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屋面开窗是温室自然通风的主要形式。屋面连续开窗能够保证室内气流均匀,温度场稳定,是大部分温室,尤其是塑料薄膜温室的主要开窗方式。
生产中,圆拱屋面塑料薄膜温室的屋面开窗方式大多采用卷膜开窗或齿条开窗两种形式之一。两者相比,卷膜开窗造价低廉、安装方便。因此,大部分塑料薄膜温室采用了这种形式,但卷膜开窗在生产中经常出现卷膜轴变形的问题,会直接影响通风效果,乃至温室的屋面防雨,此外,卷膜开窗部分的薄膜容易发生皱褶、积灰等影响塑料薄膜透光性能和使用强度的问题。因此,对温室透光性能和环境要求比较高的温室,大都采用齿条开窗系统。
本文结合笔者以前在国内外参观访问期间看到过的以及这次在台湾参观访问期间看到的圆拱形塑料薄膜温室的屋面连续开窗机构,对其设置方式及其性能特点作一简单介绍,供业界同仁们选择参考和研究探讨。
卷膜开窗的设置方式
根据通风口在屋面上的设置位置不同,卷膜开窗一般有屋檐部位开窗和屋面中部开窗两种方法,如图1和图2。
屋檐部位开窗一般通风口设置在温室屋面靠近天沟的位置;而屋面中部开窗的通风口则设置在屋面中部尽可能靠近屋脊的位置。按照自然通风的原理,屋面通风口的设置位置越高,温室的通风效果越好。由此可见,卷膜通风机构设置在屋面中部越靠近温室屋脊,温室的通风效果将越好,而设置在屋檐部位的通风系统应该是通风效果最差的。但屋檐部位设置的通风机构可以借用天沟的空间和承载能力,便于机构的安装和维修,虽然可能不能完全排除温室室内屋脊附近的湿热空气,但其位置总是高于温室檐高,对作物种植高度低于檐高的温室,其通风效果也能满足种植要求,所以在生产实践中,从工程的角度考虑,这种卷膜通风也大有其存在的空间。
为了保证温室的密封性,尤其是防止降雨期间或卷膜轴出现扭曲时雨水进入温室,卷膜开窗机构在通风口关闭时活动塑料薄膜(开窗期间缠绕在卷膜轴上的塑料薄膜)必须与通风口下沿的固定塑料薄膜有足够的重叠幅宽,既是屋檐部位开窗的通风系统,在靠近天沟的屋面上,也必须设置0.5~1.0 m幅宽的固定塑料薄膜(图1b),以保证通风口的密封性,而图3的简化处理方法则不可取。
卷膜开窗系统有一个自身难以解决的问题就是卷膜轴和通风口上下沿用于支撑塑料薄膜的温室结构纵向支撑系杆(温室内塑料薄膜下部)以及固定塑料薄膜的卡槽(温室外塑料薄膜的上部)对屋面的排水都具有一定的阻挡作用,尤其是夏季当塑料薄膜由于酷热的室外环境出现热涨松弛后,再遇到降雨强度不大的小雨后容易在上述部位形成水兜。水兜造成的最直接的后果轻者就是在水兜的积水范围内积聚大量的尘土,降低塑料薄膜的透光率;重者可能给温室的结构增加大量荷载,甚至造成温室屋面结构的局部,乃至整体失效。因此,在卷膜系统设计中应尽量减小卷膜轴的截面尺寸,在生产管理中要注意观察塑料薄膜的张紧度,经常保持塑料薄膜处于张紧状态,防止水兜出现,一旦出现应及时处理。对于屋檐部位开窗机构,通风口关闭时卷膜轴应尽可能地放置到温室的天沟边沿甚至天沟内,以保证温室的密封。
齿条开窗的设置方式
圆拱屋面塑料薄膜温室屋面上常用齿条开窗的方式大体有两种,分别为屋脊两翼开窗和屋脊单翼开窗,而屋脊单翼开窗又根据窗户开启面积的大小分为屋面全开式和屋面半开式(不一定正好是温室屋面面积的一半)两种,如图4。其共同的特点就是采用齿轮齿条开窗、上悬窗结构,开窗的旋转轴(不一定是实际存在的一根轴,大多是设计中的一条虚拟线)都设置在温室的屋脊位置。
从理论上讲,屋脊两翼开窗也可以设计为两侧屋面全开式;不论单翼还是双翼开窗,其开窗的旋转轴也可以设置在温室屋面上除屋脊外的其他任何地方。但实际生产和应用中这些方式都很少看到,不多赘述。
按照温室通风口距离地面高度来评判自然通风的效果,应该是屋脊两翼开窗的效果最好(开窗仰角高于水平面时不会形成温室内屋脊部位局部热量集聚),而全屋面开窗的效果最差(不仅通风口的位置低,而且在温室内屋脊部位形成的局部热量集聚不容易排除)。但屋脊两翼开窗每个温室屋面需要安装两套开窗机构,造价和运行成本将最高(有的温室采用了1 台电机同时驱动两翼开窗的做法,可节省1台减速电机和1根驱动轴及其配套机电设备,可在一定程度上节省一部分建设和运行成本);而屋脊单翼屋面全开式开窗由于其闭合时窗框下沿可以直接搭靠在温室天沟侧壁上,从而完全避免了纵向窗框在降雨时的兜水现象,与上述屋檐部位卷膜通风一样,对温室通风降温的影响也在种植作物的容许范围之内,所以,这种看似笨重的开窗方式在实际应用中也有其不可替代的优越性。
在台湾的考察过程中,看到了一种更高效的齿条式开窗通风系统,如图5。这种开窗系统将开窗的旋转轴和通风口分别设置在了屋脊的两侧,而且温室的开窗面积很小,当窗户打开时,温室的实际通风口基本处在温室脊部的最高位置,打开的窗扇还能阻止冷风倒灌。由于温室的窗扇面积减小,开启窗户的动力消耗也相应减少,开窗电机的配套功率也可减小,可更进一步地节约温室的建造和运行成本。
其他形式的开窗方式
从台湾这种高效的屋脊通风系统,联想到了韩国、西班牙等国一些简易且高效的通风方式,在此也一并做下介绍。
韩国一种简易的高效通风方式是在屋脊位置凸起一个可双侧卷膜通风的三角形通风窗,如图6。这种方式由于通风窗位于温室屋脊的最高处,而且两侧坡度较大,其通风效率应该是最高的,而且虽然也采用了卷膜通风,但卷膜轴不会形成对雨水排泄的障碍,相比齿轮齿条开窗系统,其整体造价和运行成本也较低,两侧卷膜通风分别独立控制还可以根据风向调整开窗位置和开窗大小,操作管理更为灵活、方便。
西班牙一温室公司也按照高效通风的理念沿温室的屋脊通长设计了一种可顶起的盖板式通风窗,彻底摒弃了卷膜开窗和齿条开窗的理念。这种通风窗其窗扇与温室屋脊处屋面的弧形完全一致,窗扇宽度1~1.5m,长度为温室的通风口长度(多数情况下即为温室的长度) 通风口高度。通风窗的开启与关闭采用支撑连杆操作,当支撑连杆在放平位置时,通风窗关闭;支撑连杆在竖直位置时,通风窗全打开;支撑连杆处在不同的倾斜位置时,可调整通风口的大小(即调节窗扇距离屋脊的高度)。操作窗扇支撑连杆竖立和平置(即通风窗的启闭)是一根类似文洛型温室交错开窗所用的推拉杆,推动推拉杆往复运动时,即可实现对窗扇的启闭。这种系统的通风窗窗扇是沿着温室的屋脊长度方向运行的,在窗扇处于关闭状态时,窗扇的一端会超出温室的一端山墙,超出的具体长度即为窗户全开时的高度。控制窗户启闭推拉杆的动力采用气动的方式,输出功率相对较小。
国内曾有企业模仿过这种形式的开窗方式,但由于窗户整体制造精度和动力控制技术掌握不到位,在多次安装不成功的情况下,最终改为了固定式屋脊凸起式通风窗,如图7。这种修改虽然也形成了较好的温室通风窗,但由于是固定结构,无法对温室内环境控制进行调节,尤其在需要保温是温室的密封成为了最需要解决的问题,此外,对于多风地区,可能会形成从温室屋脊的冷风倒灌,大风时也可能会影响窗户,乃至温室整个结构的强度。
对于圆拱形塑料薄膜温室,自然通风除了屋面开设通风口通风外,在温室山墙设置通风口通风也是一种有效的通风方式,尤其是山墙接近屋脊处的通风口可以完全消除由于屋面通风口远离屋脊而在室内屋脊位置形成的高温区,而且利用温室两山墙之间的穿堂风,既是在下雨屋面窗户无法打开期间,也可以保证室内有效降温和排湿。图8是笔者在台湾访问期间看到的这种通风形式。对于连栋温室,可以只用一台卷膜器串联开启温室所有山墙的通风窗,使开窗机的工作效率发挥到极致。
生产中,圆拱屋面塑料薄膜温室的屋面开窗方式大多采用卷膜开窗或齿条开窗两种形式之一。两者相比,卷膜开窗造价低廉、安装方便。因此,大部分塑料薄膜温室采用了这种形式,但卷膜开窗在生产中经常出现卷膜轴变形的问题,会直接影响通风效果,乃至温室的屋面防雨,此外,卷膜开窗部分的薄膜容易发生皱褶、积灰等影响塑料薄膜透光性能和使用强度的问题。因此,对温室透光性能和环境要求比较高的温室,大都采用齿条开窗系统。
本文结合笔者以前在国内外参观访问期间看到过的以及这次在台湾参观访问期间看到的圆拱形塑料薄膜温室的屋面连续开窗机构,对其设置方式及其性能特点作一简单介绍,供业界同仁们选择参考和研究探讨。
卷膜开窗的设置方式
根据通风口在屋面上的设置位置不同,卷膜开窗一般有屋檐部位开窗和屋面中部开窗两种方法,如图1和图2。
屋檐部位开窗一般通风口设置在温室屋面靠近天沟的位置;而屋面中部开窗的通风口则设置在屋面中部尽可能靠近屋脊的位置。按照自然通风的原理,屋面通风口的设置位置越高,温室的通风效果越好。由此可见,卷膜通风机构设置在屋面中部越靠近温室屋脊,温室的通风效果将越好,而设置在屋檐部位的通风系统应该是通风效果最差的。但屋檐部位设置的通风机构可以借用天沟的空间和承载能力,便于机构的安装和维修,虽然可能不能完全排除温室室内屋脊附近的湿热空气,但其位置总是高于温室檐高,对作物种植高度低于檐高的温室,其通风效果也能满足种植要求,所以在生产实践中,从工程的角度考虑,这种卷膜通风也大有其存在的空间。
为了保证温室的密封性,尤其是防止降雨期间或卷膜轴出现扭曲时雨水进入温室,卷膜开窗机构在通风口关闭时活动塑料薄膜(开窗期间缠绕在卷膜轴上的塑料薄膜)必须与通风口下沿的固定塑料薄膜有足够的重叠幅宽,既是屋檐部位开窗的通风系统,在靠近天沟的屋面上,也必须设置0.5~1.0 m幅宽的固定塑料薄膜(图1b),以保证通风口的密封性,而图3的简化处理方法则不可取。
卷膜开窗系统有一个自身难以解决的问题就是卷膜轴和通风口上下沿用于支撑塑料薄膜的温室结构纵向支撑系杆(温室内塑料薄膜下部)以及固定塑料薄膜的卡槽(温室外塑料薄膜的上部)对屋面的排水都具有一定的阻挡作用,尤其是夏季当塑料薄膜由于酷热的室外环境出现热涨松弛后,再遇到降雨强度不大的小雨后容易在上述部位形成水兜。水兜造成的最直接的后果轻者就是在水兜的积水范围内积聚大量的尘土,降低塑料薄膜的透光率;重者可能给温室的结构增加大量荷载,甚至造成温室屋面结构的局部,乃至整体失效。因此,在卷膜系统设计中应尽量减小卷膜轴的截面尺寸,在生产管理中要注意观察塑料薄膜的张紧度,经常保持塑料薄膜处于张紧状态,防止水兜出现,一旦出现应及时处理。对于屋檐部位开窗机构,通风口关闭时卷膜轴应尽可能地放置到温室的天沟边沿甚至天沟内,以保证温室的密封。
齿条开窗的设置方式
圆拱屋面塑料薄膜温室屋面上常用齿条开窗的方式大体有两种,分别为屋脊两翼开窗和屋脊单翼开窗,而屋脊单翼开窗又根据窗户开启面积的大小分为屋面全开式和屋面半开式(不一定正好是温室屋面面积的一半)两种,如图4。其共同的特点就是采用齿轮齿条开窗、上悬窗结构,开窗的旋转轴(不一定是实际存在的一根轴,大多是设计中的一条虚拟线)都设置在温室的屋脊位置。
从理论上讲,屋脊两翼开窗也可以设计为两侧屋面全开式;不论单翼还是双翼开窗,其开窗的旋转轴也可以设置在温室屋面上除屋脊外的其他任何地方。但实际生产和应用中这些方式都很少看到,不多赘述。
按照温室通风口距离地面高度来评判自然通风的效果,应该是屋脊两翼开窗的效果最好(开窗仰角高于水平面时不会形成温室内屋脊部位局部热量集聚),而全屋面开窗的效果最差(不仅通风口的位置低,而且在温室内屋脊部位形成的局部热量集聚不容易排除)。但屋脊两翼开窗每个温室屋面需要安装两套开窗机构,造价和运行成本将最高(有的温室采用了1 台电机同时驱动两翼开窗的做法,可节省1台减速电机和1根驱动轴及其配套机电设备,可在一定程度上节省一部分建设和运行成本);而屋脊单翼屋面全开式开窗由于其闭合时窗框下沿可以直接搭靠在温室天沟侧壁上,从而完全避免了纵向窗框在降雨时的兜水现象,与上述屋檐部位卷膜通风一样,对温室通风降温的影响也在种植作物的容许范围之内,所以,这种看似笨重的开窗方式在实际应用中也有其不可替代的优越性。
在台湾的考察过程中,看到了一种更高效的齿条式开窗通风系统,如图5。这种开窗系统将开窗的旋转轴和通风口分别设置在了屋脊的两侧,而且温室的开窗面积很小,当窗户打开时,温室的实际通风口基本处在温室脊部的最高位置,打开的窗扇还能阻止冷风倒灌。由于温室的窗扇面积减小,开启窗户的动力消耗也相应减少,开窗电机的配套功率也可减小,可更进一步地节约温室的建造和运行成本。
其他形式的开窗方式
从台湾这种高效的屋脊通风系统,联想到了韩国、西班牙等国一些简易且高效的通风方式,在此也一并做下介绍。
韩国一种简易的高效通风方式是在屋脊位置凸起一个可双侧卷膜通风的三角形通风窗,如图6。这种方式由于通风窗位于温室屋脊的最高处,而且两侧坡度较大,其通风效率应该是最高的,而且虽然也采用了卷膜通风,但卷膜轴不会形成对雨水排泄的障碍,相比齿轮齿条开窗系统,其整体造价和运行成本也较低,两侧卷膜通风分别独立控制还可以根据风向调整开窗位置和开窗大小,操作管理更为灵活、方便。
西班牙一温室公司也按照高效通风的理念沿温室的屋脊通长设计了一种可顶起的盖板式通风窗,彻底摒弃了卷膜开窗和齿条开窗的理念。这种通风窗其窗扇与温室屋脊处屋面的弧形完全一致,窗扇宽度1~1.5m,长度为温室的通风口长度(多数情况下即为温室的长度) 通风口高度。通风窗的开启与关闭采用支撑连杆操作,当支撑连杆在放平位置时,通风窗关闭;支撑连杆在竖直位置时,通风窗全打开;支撑连杆处在不同的倾斜位置时,可调整通风口的大小(即调节窗扇距离屋脊的高度)。操作窗扇支撑连杆竖立和平置(即通风窗的启闭)是一根类似文洛型温室交错开窗所用的推拉杆,推动推拉杆往复运动时,即可实现对窗扇的启闭。这种系统的通风窗窗扇是沿着温室的屋脊长度方向运行的,在窗扇处于关闭状态时,窗扇的一端会超出温室的一端山墙,超出的具体长度即为窗户全开时的高度。控制窗户启闭推拉杆的动力采用气动的方式,输出功率相对较小。
国内曾有企业模仿过这种形式的开窗方式,但由于窗户整体制造精度和动力控制技术掌握不到位,在多次安装不成功的情况下,最终改为了固定式屋脊凸起式通风窗,如图7。这种修改虽然也形成了较好的温室通风窗,但由于是固定结构,无法对温室内环境控制进行调节,尤其在需要保温是温室的密封成为了最需要解决的问题,此外,对于多风地区,可能会形成从温室屋脊的冷风倒灌,大风时也可能会影响窗户,乃至温室整个结构的强度。
对于圆拱形塑料薄膜温室,自然通风除了屋面开设通风口通风外,在温室山墙设置通风口通风也是一种有效的通风方式,尤其是山墙接近屋脊处的通风口可以完全消除由于屋面通风口远离屋脊而在室内屋脊位置形成的高温区,而且利用温室两山墙之间的穿堂风,既是在下雨屋面窗户无法打开期间,也可以保证室内有效降温和排湿。图8是笔者在台湾访问期间看到的这种通风形式。对于连栋温室,可以只用一台卷膜器串联开启温室所有山墙的通风窗,使开窗机的工作效率发挥到极致。