河北省设施温室现状.docx

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河北省设施温室现状

河北省设施温室现状

河北省位于北纬36°～42°5。

土壤、气候条件适宜,蔬菜业发展迅速,蔬菜生产规模逐年增加，播种面积只占全国第五位，但总量位居全国第二,仅次于山东。

据统计，河北省蔬菜占北京蔬菜市场的53%,占天津市场的42%，蔬菜出口也是大省。

全省蔬菜总产值占种植业总产值的41.7%,居种植业之首。

10万亩以上大县有60多个，2006年的统计数字显示，河北省农民纯收入的18.7%来自于蔬菜。

因此,蔬菜业的可持续发展对于全省经济发展和我国蔬菜业的持续发展有着举足轻重的作用。

1990年全省设施菜面积仅有31.6万亩，1995年达到260万亩，2000年发展到463.5万亩，2007年，河北省设施总面积约770万亩，其中日光温室280万亩，产值226亿元；大棚170万亩，产值86亿元；中小棚320万亩，产值100亿元。

在设施效益方面，日光温室一般亩效益8000-10000元，大棚一般亩效益5000-8000元，中小棚一般亩效益1500-2000元。

河北省南北差异大，地形地貌多样，适合发展多种形式的蔬菜生产，总体来说河北省有五大优势特色蔬菜产区，张承地区主要发展错季菜生产；冀东地区重点发展果菜生产；环京津地区突出发展京特菜；冀中地区侧重点发展日光温室和大棚为主的设施菜生产；冀南地区着重发展中小棚蔬菜生产。

其中，60个蔬菜大县、30个蔬菜强县和11个蔬菜核心县逐步形成了各自的优势特色，示范带动作用明显增强。

食用菌、芦笋等新兴产业快速发展，面积分别达到28万亩和20.1万亩，年产值分别为60亿元和9.89亿元，位居全国前列。

11个蔬菜核心县名单

市名

核心县

邯郸市

永年

邢台市

南和

石家庄

藁城

保定市

定兴

沧州市

肃宁

衡水市

饶阳

廊坊市

永清

唐山市

乐亭

秦皇岛

昌黎

张家口

沽源

承德市

丰宁

1设施结构

河北省设施规模较大，但技术水平仍属于初级阶段，设施材料、技术设备、自动化水平还比较落后。

目前河北省应用最多的小型温室一般占地面积667m2，内部可使用面积400-500m2。

这种温室多为单坡面，后墙、侧墙一般是土质或是砖混结构，骨架为木质或金属结构，覆盖材料多数采用塑料薄膜，保温材料主要使用当地制作的草帘。

菜农使用的温室，主要是农民自己建造，根据经济条件和用途，结构型差异很大，建造投入相差悬殊，少则几千元，多则几万元。

一般菜农自己制作的简易温室，土墙、用木料和竹片搭建主体，用棚膜、草帘保温，这样的温室仅用几千元。

但为了保温，墙体厚度大，占地面积大，土地利用率低，应用限制条件较多，难以保证温室内蔬菜适宜的环境条件，产量和收入不稳定。

而墙体利用土质和砖混结构、采用钢骨架支撑、采用塑料薄膜和草帘或保温被建造的温室，功能稳定，适应性强，产量和质量比较稳定。

这种温室投入较多，一般在1.5～5万元之间，随着投入的增加，增收、增产效果和使用性能会更好。

保定以北地区日光温室结构较为合理，多为由山东引进的寿光Ⅳ型、寿光Ⅴ型，棚内地面半地下40-70cm，保温性较好，尤其是在衡水、沧州一带。

但是，遇到长期的低温阴雪天气，种植的喜温蔬菜冷害现象仍将普遍发生。

保定地区日光温室采光角度小，采光量达不到要求，性能较差。

河北清县连栋塑料大棚面积较多，效果比单栋塑料大棚好，温度较为稳定。

日光温室建筑标准低，结构不尽合理，抵御自然灾害的能力差，经济效益还不高，特别是遇到不利的天气条件，例如：

长期低温寡照，连续阴天、大雾天，使大部分日光温室蔬菜受到严重的灾害。

针对日光温室建筑结构不合理，操作不方便等现状，为了规范设施建造，河北省对设施类型作了分类，小拱棚一般中高≤1.3m，跨度≤3m，骨架为竹木结构为主；中拱棚一般中高1.3-1.8m，跨度3-6m，骨架为竹木结构和钢材结构为主；大拱棚一般中高≥1.8m，跨度≥6m，骨架为竹木结构和钢材结构为主。

日光温室分成春秋型日光温室和冬用型日光温室两种类型，春秋型日光温室冬季最低温度低于5℃，不能生产喜温性蔬菜，只能生产耐寒性蔬菜和半耐寒性蔬菜，脊高2.0-2.5m，跨度6.0-10.0m，高跨比0.25-0.33，土墙0.7-1.0m，采光角度为（地理纬度-26.5°）；冬用性型日光温室冬季最低温度高于8℃，在冬季、春季、秋季均可以生产喜温性蔬菜，脊高2.8-3.9m，跨度6.0-10.0m，高跨比0.43-0.47，土墙2-4.5m，采光角度为（地理纬度-16.5°）。

石家庄常见的日光温室的结构参数如下：

　　1.墙体材料以土质为主，因为土墙的惯流系数低，比砖墙优越。

墙体厚度以当地冻土层深度的5-8倍为宜。

2.后坡仰角。

以当地秋分或春分节的太阳高度来确定，北纬38度的石家庄中午12时为52度，10时和14时为43度，后坡仰角应为38-57度，考虑当地大风情况，一般选择40度。

　　3.高度。

后墙高度为1.8－2米，（包括栽培床低于地面50厘米）。

在此基础上根据后坡仰角确定脊高，后坡仰角为40度时脊高为3-3.2米，（包括栽培床低于地面50厘米）。

脊高高有利温室内温度的分布，易形成高温保护层，变温层，适温层。

　　4.跨度。

跨度应为棚室高度的2－2.5倍，跨度最大为8米，过大保温性能下降，白天蓄热不足，夜间放热太快。

　　5.前屋面及底角。

前屋面以拱园型或微拱型。

以北纬38度的石家庄市为例，冬至节太阳高度角为28.5度，前屋面底角为90-28.5=61.5度。

　　6.前屋面拱架。

目前拱架多采用竹片材料，采用竹片材料的温室内立柱林立，操作不方便。

目前应提倡钢筋水泥拱架或钢筋拱架，采用这些材料可提高棚室的抗风、抗雪压能力，又可改善操作条件。

　　7.栽培床设计。

栽培床深度应低于地面50厘米，南走道50厘米，北走道70厘米。

　　8.后坡材料。

采用水泥或钢筋结构的温室，后坡应选用水泥板材料，可增大强力，施工、作业方便。

　　9.棚膜覆盖。

覆盖应采用三块膜，可形成三个风口，前屋面下部用1.5米高农膜覆盖，可形成底风口和上风口，然后再覆盖一大块膜，可形成顶风口，采用一块旧膜覆盖后坡。

石家庄市适宜推广的日光温室

1、温室跨度：

750-800cm6、后坡仰角大于40度

2、温室高度：

300-330cm7、后坡投阴小于100cm

3、后墙高度：

180-200cm8、前屋面底角大于62度

4、后墙厚度：

300-400cm9、防寒沟宽、深为50×50cm

5、栽培床：

低于地面50厘米10、南北道宽，50，70cm

河北省也有少数连栋的高标准温室，一般是立项研究示范项目，研究内容涉及高效节能日光温室、大型现代温室等设施及其配套设备、作物专用品种和配套栽培技术以及综合成套技术，“九五”以来获得了一大批相关技术研究成果。

但是在生产实践中，由于这种温室投入成本高，运行费用高，如没有高附加值产品，经济效益都很差，甚至负效益运行。

多数是用来育苗或是发展成观光园区。

2设施生产技术

2007年蔬菜生产良种覆盖率达到90%以上。

以防虫网和诱杀虫板为主的无公害防治技术；以秸秆生物反应堆为主的设施土壤改良技术得到普及；CO2缓释富氧秸秆发酵技术是河北省部分县区在温室中使用的农艺设施，利用秸秆发酵为室内提供足够的CO2和热量，使用该项技术可以在单位时间内提高温室内CO2浓度4-5倍，冬季提高地温4-5度，提高气温2-3度。

同时还能降解残留农药。

这个技术现在省内200多个温室大棚中推广。

河北省严重干旱缺水，目前大力推广以水肥一体化运用为核心的节水灌溉技术，以膜下沟灌，膜下滴灌，磨下微灌为主，目前全省推广节水技术约100万亩，这种方式能有效减少温室湿度，减少温室内病虫害，特别是膜下滴灌技术，可节水70%以上，增产20%以上。

河北省温室内环境调控能力普遍低，基本停留在手工作业、传统经验管理的水平上，距标准化、自动化和机械化尚有很大差距；覆盖使用透光性、耐候性、流滴性、防雾防尘等先进材料率很低。

要真正充分发挥温室的环境效益，生产高附加值的产品，必须对温室环境严格控制达到植物生长的最佳条件。

而实现最佳条件，必须有对应的设备、技术手段。

目前河北省应用的这类产品价位较高，有些技术应用复杂，与面积较小的温室相比不配套，与现行的管理方式不协调，与菜农文化素质较低现状不适应。

自20世纪90年代，结合温室节水灌溉自动控制系统的研发，就研制了温室环境控制系统设备。

这套系统是以单个温室为基本控制单位、室内单个控制设备为基本控制单元，利用计算机技术使系统实现。

研发成果先后在正定农业开发示范园区、藁城市节水农业示范园区、三河高科技农业示范园区、定州市节水示范园区、秦皇岛市节水示范园区以及河北省水利技术试验推广中心高效节水科技园区等工程中使用。

近一段时间，河北省气象科学研究所在保定、石家庄等地农民日光温室大棚内首次建立果菜生产小气候监测站，对日光温室内不同高度的温度、湿度和太阳辐射等气象要素进行自动化监测，观测数据通过无线网络进行实时接收和分析处理，为农民及时提供精细化防灾减灾气象服务信息。

3存在问题：

（1）温室连作障碍严重，一般三年以上连续使用的温室连作障碍很严重，目前解决的最好方式是无土栽培，但无土栽培的基质成本过高是限制河北省无土栽培推广的主要障碍。

河北省很多地方就地取材，多用矿渣，炉渣，沼渣，这种基质保水能力较差。

（2）日光温室环境调节能力差，夏天温度过高，河北省普遍在6月底到7月底就停止使用了，作为温室土地修整的时间，俗称闷棚。

（3）温室机械化程度低，河北省机械卷帘机多为自制，而且使用不多，大约只有20%左右。

室内作业机械更为急需。

（4）加温设备以加温炉为主。

当长期低温时，没有较为有效经济的增温方式。

4河北省现阶段的发展目标

（1）适度发展大型连栋温室。

集中经济实力，在一些开发区或科技示范区适当发展大型温室，同时要提高大型温室管理经营的科技含量，借鉴和引进国外先进技术与经验，在高产、优质、高效上做文章，找出一条真正适合河北省省情的大型温室可持续发展的道路。

（2）推广应用小型温室。

进一步完善现行小型温室的节能、保温技术，提高小型温室产品的时令性；要进一步改进温室结构，提高土地利用率。

（3）加强温室品种的培育和引进转化。

加大引进和培育适合温室周年生产的作物品种，以特色品种优势，提高效益。

同时要进一步推广适用于温室生产的综合栽培管理技术，充分利用新闻媒体和各种信息渠道，加强宣传培训力度。

（4）进一步研发和推广小型温室环境监测技术，研发价格低，应用方便、操作简单的小型温室环境监测仪器。

（5）进一步推广温室灌溉节水设备，做到温室生产能够适时、适量的灌溉作物，考虑到温室环境的特殊性，要大力推广能够稳定温室环境、提高温室产品质量、节水的灌溉技术和节水灌溉设备。

（6）推广温室雨水集蓄利用技术。

利用棚面集雨，在棚下建蓄水池（不占用耕地）的方式集蓄雨水灌溉，同时雨水缺乏时可作调蓄池，达到温室生产节水、节能，有利于温室生产管理。

日光温室正在我国得到广泛的应用，且发展越来越快，但日光温室的应用却以北方居多。

本文在大量查阅文献的基础上，通过借鉴北方日光温室的设计、建造方法，结合昆明地区的地理位置和气候条件，从理论上阐述了昆明地区日光温室结构设计应考虑的主要因素和具体方法。

从结构的简化出发，把广泛用于工业和民用建筑的结构受力分析方法用于日光温室的结构设计。

对常见的温室前屋面型式进行了选择，并由各种约束条件得到了一种合理的结构形式。

分析了日光温室的荷载情况，对温室所承受的各种荷载的取值和组合进行了科学的论述，应用相应的计算机程序对结构的受力进行了计算和验证。

最终得到了一种适合昆明地区的、受力合理、施工方便日光温室结构。

针对北方的气候特点,新型高效节能日光温室为变截面

装配式桁架结构,上弦杆件（槽形截面）采用双圆弧拱顶曲

线,选取优化的圆弧半径和曲率中心位置,从而使坡顶的坡

度角加大,顶部积雪易于滑下,有利于提高抗雪载能力。

变

截面不仅符合受力要求,同时还能充分利用材料,减少钢材

用量。

整个温室造型美观、适用,且强度均匀,具有良好的抗

风雪能力。

新型高效节能日光温室主体结构技术参数为:

跨

度6m,脊高3·4m,拱距1·2m;抗风载能力:

最大风速28m/s

（相当于10级风）;抗雪载能力:

最大积雪厚度可达50cm

作物荷载:

0·15kN/m2（要求其作用在节点上）。

不同几何参数对结构性能影响

对日光温室进行结构性能分析的目的是探求在不同载荷的作用下,应力变化情况,找出薄

收稿日期:

1999-09-23

修稿日期:

1999-10-20

节,为下一步的优化设计提供理论依据。

2.1不同前屋面形状对结构性能影响

对以下七种前屋面形状列出曲线方程

1椭圆x252+y232=1

2抛物线y=1.8x

3一面坡y=0.6x

4双曲线x252-y232=1

5幂函数y=3×x5m

6一坡一立x=2.5yy≥1

x=00≤y≤1

7圆（x-5）2+（y+2.67）2=32.2

对几种日光温室进行有限元分析,所受荷载为恒载+雪载+保温草毡重（湿草毡卷在屋

脊）,分析结果见图表2。

Table2Stressoffrontframeofdifferentshapes107Pa

ShapeNode

12345678910

Ellipse22.347.019.611.034.938.430.54.528.77.88

Parabola10.322.845.525.921.516.441.639.90.216.26

Oneslope15.110.490.115.017.1151.590.210.3151.615.6

Twoslope28.761.7159.3248.792.521.2100.7145.7156.213.2

Hyperbola1002.971.3109.611794.146.146.410.26.53

Power

function44.1154.640.941.593.6115.6107.469.10.189.63

Circle64.73.121.744.364.057.014.327.115.59.7

对于抛物线形状,骨架的应力值于节点3处最大;椭圆形在节点2和节点6处应力值较

大;一面坡形在节点6和节点9处应力值较大;双曲线形在节点5处应力值最大;幂函数在节

点2处应力值较大;对于圆形在节点5处应力值较大。

比较上述各曲线的最大应力值,抛物线

形的最大应力值最小,（0.454GPa）,说明其结构性能最好;一坡一立形的最大应力值最大,为

2.486GPa,超出了材料的许用应力。

在相同载荷作用下,可见骨架的形状对日光温室的结构性

能相差特别大,存在优化形状的问题。

2.2不同拱间距离对结构性能的影响

拱间距离是指相邻两骨架距离,对抛物线的日光温室进行有限元分析,其他参数同2.1,

得出分析结果如表3。

骨架的应力值,随着拱间距的变化而不同,当d=600mm时,骨架的应力值最小,应为

0.249GPa,当d=1400mm时,骨架的应力值最大,为1.006GPa;从结构性能来说,选用拱间

距离小些为好,但拱间距离过小,与同长度的日光温室相比增加骨架杆数,提高成本,不经济;

同时,拱间距离过小,增加骨架阴影面积,降低日光温室的采光性能。

因此,选择较优的拱间距

是下一步的任务之一。

82光学精密工程7卷

Table3Framestressofdifferentdistance107Pa

d（mm）Node

12345678910

6005.212.724.915.69.79.223.420.80.23.8

80011.839.757.83318.416.626.832.50.84.75

100010.323.845.425.921.11641.639.90.26.25

120043.851.646.640.923.93267.866.30.18.53

140058.190.394.368.926.150.2100.699.63.39.14

160026.150.589.95750.640.278.180.12.110.7

2.3不同高度对结构性能的影响

Fig.2Greenhouseofdifferentheight

在等跨度的情况下,

分别对h=2600mm,

2800mm,3000mm,

3200mm,3400mm的一面

坡形状的日光温室进行分

析,材料为Dia22×1.2钢

管,所受荷载为恒载+雪

载+保温草毡重+屋脊集

中荷载（湿草毡卷在屋

脊）。

有限元分析结果见表4。

Talbe4Framestressofdifferentheight107Pa

h（mm）node

2345678910

2600141.99.784.5141.1160141.184.69.6142.2

2800146.51087.2145.6165.1145.687.39.9146.7

3000151.310.490.1150.4170.6150.590.210.3151.6

3200156.510.793.1155.6176.4155.693.310.6156.7

340016211.196.4161.1182.6161.196.611162.2

Fig.3Greenhouseofdifferentspan

从中可见,随高度的不断提高,日光温室骨架的

应力值变大,结构性能变差,若高度增大率在5%以

下,应力值变化不显著。

2.4不同跨度对日光温室结构性能的影响

在等高度情况下分别对跨度为4000mm,

5000mm,5200mm,5400mm,5600mm,5800mm,

6000mm的一面坡形状日光温室进行有限元分析,

材料为钢管,所受荷载为恒载+雪载+保温草毡重

+屋脊集中荷载（湿草毡卷在屋脊）。

有限元分析结果见表5。

836期侯丽薇等:

日光温室结构性能的计算机辅助分析

Table5Framestressofdifferentspan107Pa

K（mm）node

2345678910

4800132.59.678.7132149.9132.178.99.5132.4

5000151.310.490.1150.4170.4150.590.210.3151.6

5200150.21189.1149.6169.9149.789.410.9150.1

5400159.711.794.7159180.6159.29511.6159.6

5600169.512.5100.5168.8191.7169100.812.4169.4

5800179.813.3106.6179203.3179.2106.813.2179.6

6000190.514.2112.8189.6215.3189.8113.114190.3

对数据分析可知,随跨度变大,日光温室骨架的应力变大,说明其结构性能变差,但应力增

加幅度不大。