CN105875271A - 装配式节地节能高性能日光温室及其建造工艺 - Google Patents

Abstract

装配式节地节能高性能日光温室及建造工艺，本发明日光温室采用整体轻钢骨架与吸热储热保温多层复合围护体相结合的建筑结构。其建造采用标准化、模数化部品装配工艺，各部品均为固定件连接。这种温室可节地50％，室温提高4℃以上，在北纬43°也不须加温，实现了高性能。

Description

装配式节地节能高性能日光温室及其建造工艺

技术领域

本发明属于现代农业技术领域，涉及一种日光温室，尤其是一种装配式节地节能高性能第三代日光温室及其建造工艺。

背景技术

现代农业的方向之一，就是发展以温室设施为代表的高效种植业。在欧美发达国家，荷兰为代表，以发展大型连栋现代温室为主，但由于其投资大，加温能耗高，在我国的发展受到限制。我国以发展中国原创的日光温室为主。由于日光温室投资小，不加温或只需辅助加温，以日光为主要热源，所以适应了国情，得到空前发展，占全国温室总量的80％以上。在未来相当长的时期内，日光温室将因其可以节能，仍会成为我国的主导性温室。

对于我国现有的日光温室，中国农大李青云教授在其所著《高产蔬菜日光温室设计建造与管理》一书中，根据全国日光温室协作网专家组的理论，将其分为第一代和第二代。其分代主要依据对室温影响很大的采光屋面角。屋面角采用合理采光屋面角的日光温室称为第一代日光温室，而采用合理光时段屋面角的温室，称为第二代日光温室。目前，第二代日光温室采光量大，室温高，效益好，代表我国温室的先进发展水平。

虽然我国第二代日光温室已经十分先进，促进了我国设施农业的快速发展，但纵观现在已投入使用的第二代日光温室，仍普遍存在许多问题。因此，有必要加快我国第三代温室的开发，克服第二代温室的不足，促使我国日光温室成功升级换代，从而带动我国现代农业的更快发展。

开发我国第三代日光温室，已经不能像前两代那样，以研究合理的采光屋面角等采光设计参数为主要技术措施。如今，经几代人近50年的艰辛努力，日光温室的采光结构设计参数已基本趋于合理和科学，如前屋面角，后坡仰角，后坡水平投影，脊高，后坡高，宽高比，宽长比，温室方位角等关键要素。虽然，采光结构设计的许多参数还会有继续改进的可能，但其挖掘潜力的余地已很小。若想继续提高采光量，增大日光有效利用来提高温室性能效果会很有限。另外，前坡面透明覆盖物及保温坡，也都采用了目前国际最先进的材料，在近年很难会再有重大突破，要想在这方面技术升级来提高室温也已不大可能。相比较而言，先进墙体材料的研发和使用，墙体结构的优化，墙体保温、储热、吸热性能的提高，墙体工艺的现代化等方面，现有技术则着力相对较少，致使日光温室墙体成为短板，问题最多，对日光温室的升级影响最大。另外，现有日光温室的骨架与建造工艺也十分落后，问题也不少。因此，我国日光温室要升级到第三代，技术改进重点应放在墙体和温室骨架结构、建造工艺三个方面。

第二代日光温室存在的问题如下：

墙材落后。大多数日光温室墙材均为粘土和粘土砖。轻质保温防火的优质新型墙材应用极少。使用粘土和粘土砖破坏土地，违背国家保护耕地及墙改的国策，且保温性差。

墙体过厚。目前，粘土墙一般4-9m厚，几乎与室宽相等，砖砌复合墙则1-1.5m，压占土地也不少。如此厚的墙体，使日光温室的土地利用率仅为30％-40％，大量土地被墙体侵占，不符合国家节土节地的政策。

日光温室整体结构设计缺乏先进性。现有墙体多为夯土结构，压土结构，砖砌复合结构。而没有采用建筑业普遍使用的承重框架加轻质保温围护体的先进结构，温室骨架缺乏整体性，承重能力差。致使拱架不能大型化，温室跨度小，室内面积小，难以实现温室大型化和连栋化。同时，也没有使用轻质保温围护体。

日光温室建造工艺落后。现在已进入现代化社会，而日光温室墙体还在用人工夯土工艺，压土工艺，砌砖工艺，而没有采用现代先进的装配式建造工艺，建设速度慢，不符合现代农业建筑产业化发展方向。

日光温室性能仍不理想。由于主要墙材为粘土、粘土砖，夹心或外贴保温材料为聚苯泡沫板、秸秆、炉渣、珍珠岩。这些材料中，聚苯泡沫板的保温性能很好，但储热性能很差，夜间室温下降快。而其他材料则具有良好的储热性能，保温性能却较差。由于所用墙材保温储热的综合性能差，以至于墙体只能靠加大厚度来提高保温效果。但即使如此，第二代日光温室也只能使最低室温在不加温情况下达到8℃，仍然偏低，在北纬43°以北地区，夜间仍需加温，节能还不理想。

发明内容

针对现有第二代日光温室的不足，本发明提供一种第三代装配式节地节能高性能日光温室.该温室通过采用整体骨架加轻质保温围护体的技术，来提高墙体性能，同时，采用装配式工艺，实现了对第二代日光温室的换代升级，为第三代温室的研发创造了条件。

本发明还提供了一种装配式日光温室的建造方法。

本发明的具体实施方案详述如下：

一种装配式节地节能高性能第三代日光温室。其主要技术特征是在第二代日光温室利用合理采光时段屋面角，优化采光设计参数的基础上，采用整体承重骨架与轻质保温高性能复合围护体相结合的先进温室结构，且重点采用吸热、储热、保温、围护预制板材复合墙体和后坡装配式建造新工艺。其复合墙体和后坡由主要保温储热材料板、辅助保温材料板、储热材料板、面板、吸热层所组成。

本发明采用的主要墙体和后坡保温储热材料，是泡沫混凝土，或聚苯颗粒泡沫混凝土，或轻集料泡沫混凝土，或轻集料混凝土，或聚苯颗粒混凝土。这些材料已普遍用于住宅建筑工程或其它建筑工程。

本发明采用的辅助墙体后坡保温材料，是聚苯泡沫板，挤塑板，酚醛泡沫板。这些材料均有市售。

本发明采用的轻钢整体骨架与复合轻质保温非承重墙体和后坡相结合的温室结构。它以轻钢骨架承重受力，支撑温室拱架，增大墙体和后坡的抗风压能力。轻质复合保温非承重墙体和后坡则主要承担保温、储热、吸热作用，成为温室围护体。

本方明的轻钢骨架由拱架和墙体、后坡框架组成。拱架以螺栓与墙体、后坡框架连为一体。墙体后坡框架由组合立柱和横梁组成。横梁沿墙体长度方向安装。组合立柱间距与围护体各层板材的宽度相等。组合立柱固定于混凝土基座上，横梁固定于立柱顶端和后坡顶端，横梁使所有组合立柱连为一体，增加墙体和后坡的整体性，并与组合立柱一起承受温室荷载并抗风压。另外，轻钢墙体和后坡框架还起到支撑轻质保温复合围护材料的作用。后坡框架是后墙框架后上的延伸。后墙的组合立柱向上延伸折转为后坡竖向骨架。

本发明的轻质保温复合围护体由多层组成。从内侧到外侧各层依次是：吸热层、内侧面板、储热材料层、主要保温材料层、辅助保温材料层、外侧面板。各层材料固定于轻质墙体和后坡钢框架内，形成一个完整的墙体和后坡。

本发明墙体的一个主要特征，是它直接深入地下，超过当地冻土层10cm以上，省去第二代温室墙体外侧的防寒沟，可以起到比防寒沟更好的切断土层传热的作用。

本发明墙体的另外一个重要特征，是它的后墙向上延伸，直接成为温室保温后坡，使后坡与后墙成为一个整体，克服了第二代温室后墙与后坡分离，后坡保温简单，影响室温的不足，其后坡围护体与骨架结构与后墙完全相同，而且与后墙为一体。其竖向骨架是墙体立柱的上延部分，其横向骨架与立柱横梁平行，位于后坡最顶端，上下两侧各一根，呈东西方向把后坡的竖向骨架连为一体。

本发明墙体的另外一个特征是设有与后墙结构相同的保温前墙。前墙位于温室前侧地脚处，地下深于冻土层10cm以上，地上高30cm。地下部分起绝热作用，切断土层室内外热交换，提高室温。克服了第二代日光温室不设前墙，另设防寒沟的不足，减少了温室占地，降低了造价，提高了性能。

本发明日光温室的装配式建造工艺是：

在厂内或现场按模数化和标准化尺寸，加工好温室结构的拱架、墙体组合立柱、横梁、复合围护体内外侧面板、主要保温材料板、辅助保温材料板、储热材料板、连接固定件、通风窗及开窗器、室门等，其中，主要保温材料也可以采用现场浇注工艺，不需予制。各层墙体板材长度应与墙高相同，宽度应与立柱间距相同。立柱采用组合式。它由两根竖向钢管为立柱主体，再以两根横向钢管把两根竖向钢管连为一体。其中，一根横管焊接于竖管顶端，另一根焊接于地面处。竖管高度为墙高加后坡宽，横管长度为墙厚。

挖出墙体基坑，基坑深度应大于冻土层10cm以上。然后，在坑内按组合立柱间距浇注立柱基座，基座应预埋螺栓。

将组合立柱用螺栓固定于基座上，然后将两根横梁用固定件固定于墙体顶端组合立柱的内外两侧，另一根横梁用固定件固定于后坡顶端。再将拱架用固定件装配于后墙坡顶部的横梁上及温室前墙内侧的横梁上。随即将门框用螺栓固定于一头山墙的立柱上。通风窗框及开窗器也用螺栓固定于拱架上，温室整体骨架完成。

安装墙体保温储热吸热围护体。先安装主要保温储热材料板，再安装辅助保温材料板和储热板，最后安装内侧与外侧纤维水泥面板。内侧纤维水泥板的板面，另黏贴一层吸热材料。各层材料板均镶嵌于墙体框架两相邻组合立柱之间，并用固定件与轻钢框架连结。但纤维水泥面板则用螺钉固定在立柱上，成为墙面。后坡面由于与后墙为一体，所以已随后墙一起完成。

安装通风窗和室门，覆盖前坡面塑料膜并固定，最后覆盖保温被并安装卷帘机。温室安装结束。

当后墙主要保温储热材料不是板材，而采用浇注成型时，其墙体建造工艺为：先在轻钢龙骨的内侧用螺钉固定内侧纤维水泥板，将辅助保温材料和外侧面板用螺栓固定于龙骨的外侧，形成墙体空腔。最后，向空腔内浇注主要保温材料浆体。浆体硬化后，将内侧面板、外侧辅助保温材料、龙骨，粘结成一体，形成墙体。

本发明的有益效果是：

(1)为日光温室由第二代向第三代升级开辟更为合理先进的技术道路，克服目前日光温室技术开发重于优化结构采光参数，以提高采光率为增大室温主要技术手段的不足，转而采取在现有优化结构采光参数，提高采光率的基础上，重点开发新的墙体材料及墙体结构，提高墙体吸热、储热、保温综合性能。(2)节地。降低日光温室墙体的占地面积，提高土地利用率至少50％。(3)进一步提高节能效果。实现日光温室不加温，即使在在北纬43℃以北的高寒地区也可不加温生产，比第二代温室节能10％以上。(4)实现日光温室高性能，其最低室温提高4℃，达到夜间最低气温不低于12℃，室内外温差最高达35℃以上，将日光温室的应用推进到北纬43°的以北地区。(5)实现日光温室建设装配化，产业化，装配率达80％以上，改变目前夯土、压土、砌筑的落后工艺，带动日光温室建设现代化。

附图说明

图1：本发明整体结构示意图。

图2：本发明墙体及后坡保温围护体结构示意图。

附图1中：1为地面，2为拱架，3为后坡框架，4为后坡复合保温围护体，5为组合立柱位于墙体顶端的横向连接钢管，6为墙体复合保温围护体，7为组合立柱，8为组合立柱位于地面的横向连接钢管，9为立柱基座。

附图2中：1为主要保温储热层，2为储热层，3为内侧纤维水泥面板，4为吸热膜层，5为辅助保温板层，6为外侧纤维水泥面板。

具体实施方式

建造一种全装配式适用于北纬44°地区的日光温室。它的墙体和后坡主要保温储热材料采用预制大型聚苯颗粒泡沫混凝土板。其辅助保温材料采用厚度20cm挤塑板。其储热材料采用市售通用储热板，厚度10cm。其吸热材料采用市售通用吸热膜。各层墙体材料的规格均立于聚苯颗粒泡沫混凝土板相同。该装置采用整体式轻钢结构，拱架与墙体和后坡框架连为一体。室内跨度设计为12m，比普通日光温室宽4m，属于大跨度温室。其前屋面采用先进的合理时段采光角。

首先开挖基础，深度1.5m，超过当地冻土层。在基坑内按1.2m中心间距浇注高0.5m的组合立柱混凝土基座。

安装组合立柱。组合立柱用螺栓固定于混凝土基座上。组合立柱每1.2m安装一个。每个立柱由4根钢管焊成。其中，两根竖管相当于墙高加后坡宽(含地下1.5m)，两根横管相当于墙厚和后坡后。一根横管焊接于两根竖管顶端，一根横管焊接于地面处。横管把两根竖管连为整体，形成组合式立柱。组合立柱应在厂内预制。

安装连接横梁，沿墙体长度方向，在组合立柱墙体顶端的内外侧，各以螺栓固定一根钢管作为横梁，把所有组合立柱连为一个整体。再在后坡顶端的上下侧也各安装一根横梁，使后坡骨架成为一体。

安装拱架。以螺栓将拱架一端固定到后坡顶端前侧的横梁上，另一端以螺栓固定到前墙立柱(仅高出地面30cm)顶端内侧的横梁上。

安装墙体和后坡各层围护材料。首先安装大型预制保温储热材料聚苯颗粒泡沫混凝土板，将该板镶嵌于两个立柱之间。板的下端立于基坑底部，埋入地下1.5m，既使墙体稳固，又可取代防寒沟。板之间填充密封胶。板和组合立柱之间采用固定件固定。然后在聚苯颗粒泡沫混凝土板外侧，安装15cm厚聚苯泡沫板，作为辅助保温层。接着在聚苯颗粒泡沫混凝土板的内侧，安装10cm储热板。最后，在墙体内外两侧，安装纤维水泥板作为墙体面层，板缝用密封胶密封并粘贴防裂带。在内侧纤维水泥板的板面，可粘贴一层吸热材料膜。墙体和后坡安装结束。

在拱架顶部安装通风窗和开窗器，在一头山墙上安装室门。

安装前坡高透明塑料薄膜。

安装保温被及卷帘机。

Claims (7)

1.装配式节地节能高性能日光温室及其建造工艺，本发明采用整体轻钢骨架与吸热储热保温多层复合围护体相结合的建筑结构和装配式建造工艺。

2.权利要求1所述整体轻钢骨架包括拱架与墙体和后坡框架，以及门窗框，拱架、墙体和后坡框架、门窗框架，安装后为一个整体温室骨架。

3.权利要求1所述吸热储热保温多层复合围护体，其主要保温储热材料板位于墙体和后坡芯部，其外侧为辅助保温材料板，其内侧为储热材料板，辅助保温材料板和储热材料板的外层为纤维水泥板面层，在内侧纤维水泥板面，则复合有吸热材料层。这一围护体既用于墙体，也用于后坡，安装时用固定件固定于墙体和后坡框架中。

4.权利要求2所述墙体和后坡框架，由组合立柱与横梁组成，组合立柱由两根竖向钢管作为立柱主体，竖向钢管于墙体顶部、后坡顶部、地面部的位置分别用横向钢管将两根竖向钢管连接成组合立柱，各个组合立柱的顶部内侧和外侧分别用钢管横梁沿墙体长度方向连接为墙体和后坡的整体框架，组合立柱为竖向支撑，横梁为横向支撑。后坡与后墙的轻钢框架是一个整体，后坡框架实际是后墙框架向上的延伸，二者结构形式完全相同。东西山墙只有墙体轻钢框架，没有坡面框架。

5.权利要求3所述主要保温储热材料为泡沫混凝土板，或聚苯颗粒泡沫混凝土板，或陶粒泡沫混凝土板，或聚苯颗粒混凝土板，或陶粒混凝土板。

6.权利要求3所述辅助保温材料为聚苯泡沫板，或挤塑板，或酚醛泡沫板。

7.权利要求1所述装配式建造工艺，所用轻钢骨架材料与吸热储热保温多层复合围护体材料、固定件，均采用标准化、模数化预制加工，然后运至现场装配施工，轻钢骨架材料与复合围护体材料采用固定件固定为整体。