智能溫室大棚設計方案

智能溫室大棚設計方案 2020-02-09 13:17:34 本工程為智能溫室大棚設計，

11 連棟,長 32 米，寬 88 米，大,軸線面積 2816 平方米外遮陽溫 室， 2 棟，共 5632 平方米。工程內容主要包括大棚主體設計、

制作、安裝 。二．溫室規(guī)格

根據建筑方要求，該大棚為薄膜溫室，型號為 PGR-8L。大

棚采用圓拱形屋面結構，跨度 8 米，肩高 3 米，脊高 4.8 米，加

外遮陽系統(tǒng)總高度 5.3 米,墻裙高 0.3m，拱桿間距 1m，立柱 4

米。大棚的兩側及頂部安裝卷膜機構，并用寬 1.5m 米的防蟲網,

門洞尺寸（寬3高）為 232 米, 11 聯棟。外遮陽連棟溫室，每

跨溫室前端配置排風機；后端面安裝降溫濕簾；溫室安裝倒掛

式微噴灌。見《連棟溫室大棚端面結構圖》與《連棟溫室大棚

側面結構圖》

三．大棚的結構設計

本設計參照美國?溫室設計標準?和國家相關標準設計。包括

? 建筑結構載荷規(guī)范 ? （ GBJ9-87 ）， ? 鋼結構設計規(guī)范

?(GBJ17-88),?冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范?(GBJ18-87)，《建筑

物最小設計荷載要求》等。

根據西南氣候及本溫室大棚等資料，輕鋼結構，外型設計使 用圓拱型，圓拱室頂比尖拱型室頂采光性高 20%，；圓拱型溫室

具有良好的通風性能，跨度 8 米，也具有良好的落水性能；并結

構性能更好。見陽光照射示意圖。

風載：1.53KN/m2

雪載：22.4KN/m2

恒載：116.2Kg/m2

吊掛載荷：118.3Kg/m2

最大排雨量：1150mm/h

見載荷設計示意圖。

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溫室主體結構包括:主體結構、通風系統(tǒng)、覆蓋物、等。 溫室基礎采用獨立墩基礎以及基礎墻，與地面平齊，四周砌

0.3 米高的墻裙。溫室主體結構使用壽命95 年。

四．材料選型

骨架采用雙熱鍍鋼材 KT37，該鋼材含硅低，表面處理采用熱鍍

鋅；覆蓋材料采用的 55 絲無滴膜。

1、溫室主體結構：

（1）、拱桿：拱桿是該產品中用料最多，也是最重要的部件，它

的好壞直接影響溫室的使用壽命及美觀性，因此在選料上選用鋼

管精細加工、定型，再經熱鍍鋅處理，使用壽命95 年。經過受

力分析及應力計算，選用 80 管。

（2）、脊梁、支撐桿：考慮堅固耐用及安裝方便，選用熱鍍鋅管，

經過受力分析及應力計算，選用 2035.5 鋼管。

（3）、門柱、端豎管：為使安裝方便、結實耐用，故也選用熱鍍

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鋅矩管， 經過受力分析及應力計算， 考慮經濟性， 選用

5033031.8 矩管。

（4）、側豎桿：用于支撐槽板及安裝卷膜機構，要求結實耐用，

因此選用熱鍍鋅管，選用 90 管。

（5）、立柱：是主要的支撐受力部件，要求堅固耐用、連接方便，

選用熱鍍鋅管，經過受力分析、應力計算及用戶要求，立柱選用

6036035.0 矩管，包含邊立柱和端立柱。

（6）、拉桿：溫室的主要定型部件，直接關系到溫室的使用壽命

及安全。經過受力分析及應力計算，選用 3239.5 熱鍍鋅鋼管。

（7）、水槽：水槽是溫室各拱之間的連接件，并用于排水和安裝

人員行走，要求堅固耐用、連接方便，選用鍍鋅板，經過受力分

析及應力計算，選用 5.0 鍍鋅板冷成形，采用螺栓連接。

（8）、卷膜桿：用于卷棚側薄膜，要求不得劃傷薄膜、結實耐用， 自重要求輕，也因此選用鍍鋅管，考慮卷膜效率等因素，選用 Ф90

熱鍍鋅管。

（9）、用于棚內的保溫，要求采光性能好。采用 0.15mm 無滴薄

膜。

2、大門：兩端面各設 30m33m 雙開扇大門兩個,推拉結構。

3、通風系統(tǒng)：該系統(tǒng)使棚內空氣能夠得到充分改善。溫室兩側

及頂部安裝卷膜機構，采用手動拉鏈卷膜，自動控制。

1、采用“濕簾——風機”降溫系統(tǒng)。濕簾風機降溫系統(tǒng)由濕簾、

風機、水循環(huán)系統(tǒng)及控制裝置組成。它是利用水蒸發(fā)降溫原理，

將濕簾與風機分別裝于密閉房舍的兩端山墻上，當風機抽風時，

造成室內負壓，迫使室外未飽和空氣流經多孔濕潤的濕簾表面，

引起水分蒸發(fā)，使室內的空氣溫度降低,該系統(tǒng)使棚內空氣能夠

得到充分改善。濕簾–風機降溫系統(tǒng)功能特點：

2 降溫效果好――濕簾風阻小，蒸發(fā)效率高，能承受較高的過流風

速，這樣單位面積的就能使更多的空氣通過并降溫。保養(yǎng)良好的

濕簾降溫系統(tǒng)能年復一年地保證 75-80%的降溫效率。

濕潤凈化空氣――通過濕簾進入溫室的空氣更加清閑濕潤，更適 宜農作物生長。 操作簡單，費用低――濕簾風扇系統(tǒng)提供了一個簡單而經濟有效 的降溫途徑，所需機械部分僅僅是水泵與排風機。 強制通風，配合溫室面積及需要換氣量，風機系統(tǒng)做不同時間， 不同階段啟動。 溫室的溫度保證外界 40℃時，溫室內溫度不超過 30℃ A、濕簾參數：

⑴水簾厚度 10cm，孔徑 7mm。

⑵波級夾度 45°+15°。 ⑶紙殼型號 7090。

⑷外框材質鋁合金。

⑸水簾紙要求硬度大、深色。

B、風機參數：

⑴尺寸：1380X1380。

⑵功率：1100W。 C、循環(huán)蓄水池要求：

⑴規(guī)格 3m（長）31.5m（寬）32m（深），共 9m3。⑵用

標準頁巖磚“二2四”墻砌邊壁，用 1:3 水泥砂漿滿縫安砌， 安砌完畢后用 1:3 水泥砂漿粉糊內墻體，然后刷 2-3 次凈水 泥漿。⑶用高標號水泥和 6#鋼筋預制板封蓋。

濕 簾

2、溫室兩側及頂部安裝卷膜器。

4、遮陽系統(tǒng)：外遮陽系統(tǒng)，骨架采用框架結構，齒輪齒條傳動，

電機做動力，控制箱控制，外遮陽采用黑色。本系統(tǒng)包括控制

箱、優(yōu)質專用電機、傳動部分、行程限位開關等組件。按下

控制箱啟動開關按鈕，電機啟動。電機通過傳動機構驅動傳

動軸運轉，傳動軸通過連接組件帶動齒條運行，通風窗打開

后觸動行程限位器開關，電機停止，該行程運行結束。該控

制箱備有手動控制，如需要中途停止，可以按下停止按鈕，

即可停止運行，并可以實現智能控制。

電動外遮陽系統(tǒng)

5、鋼結構的采用：

圓型鋼管最大優(yōu)點是各向同性，便于取材和加工。其缺點是：

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① 鉆孔之處無鍍鋅保護；②幾乎不可能看清楚鋼管內部的狀況；

③外形為圓形，可能產生滑動，④管與管不可能確保用夾板裝

置連接良好并固定不動。

冷彎型矩管其特點是：

① 最終成品要精確的多；②更易于裝配；③斷面狀況便于監(jiān)視， 觀察到問題更容易處理；④材料成本高。⑤抗風栽和雪載等載 荷強。

綜上所述，根據本溫室用途及用戶要求，采用冷彎型矩管與圓型 鋼管，并進行熱鍍鋅處理。

五．系統(tǒng)構成

1、 骨架：立柱、拱桿、拉桿、豎桿。

2、 排水系統(tǒng)：水槽、下水管,溫室采用六道水槽，基本讓溫室 雨水通過水槽、下水管進入排水溝。

3、 降溫系統(tǒng)：14 套卷膜機構,12 套頂卷膜,2 套側卷膜、噴灌、 風機、濕簾。

側卷膜

4、 基礎：基礎是連接結構與地基的構件，必須將重力、浮力 傾斜荷載，安全傳達到地基。預制地基比現澆地基多養(yǎng)護 期，故牢固，采用現澆地基。在水槽方向有 0.3%的坡度， 便于排走所有雨水；在垂直水槽方向，其坡度應小于 0.1%。

5、降溫系統(tǒng)

（1）溫室兩側推拉窗、風機、噴灌、門以及風機濕簾系統(tǒng)可

使溫室內溫度基本與室外溫度相差不大。

（2）噴灌降溫系統(tǒng)

噴霧降溫系統(tǒng)，通過技術手段將水以細微顆粒狀噴入空

氣中，使水與空氣充分接觸，利用水蒸發(fā)吸熱降低空氣溫度

的方法稱為噴霧降溫。噴霧降溫系統(tǒng)分類：根據水是否直接 噴入溫室內以降低溫室內空氣溫度，可分為直接式噴霧降溫 和間接式噴霧降溫，直接式噴霧降溫將水噴灑在溫室內，間

接式噴霧降溫將水噴灑在溫室覆蓋材料上，本處采用直接式 噴霧降溫，并可增加溫室濕度，增加作物葉面供水與施肥。

噴灌降溫系統(tǒng)

6．總控 溫室控制系統(tǒng)就是依據溫室內外裝設的信息，通過控制設備

（如控制箱、控制器等）控制驅動/執(zhí)行機構（如風機系統(tǒng)、

開窗系統(tǒng)、灌溉施肥系統(tǒng)等），對溫室內的環(huán)境氣候和灌溉施

肥進行調節(jié)控制以達到栽培作物的生長發(fā)育需要。

六．溫室微氣候

1、 光照

光照調節(jié)方法：①補充光照，安裝照明設備(用戶自己根據需

要自行安排)；②覆蓋材料的光選擇性，15 絲無滴膜,透光性

好,抗紫外線強，安全系數高。

溫室通風

① 自然通風

使用天窗、側開窗、門，以及增加水槽高度，溫室外的冷空

氣通過天窗、側開窗、門進入室內，室內熱空氣通過天窗出

去，形成自然通風。自然通風運行費用低、安裝費用少，但

不易控制溫濕度。

②風機排風

通過排風機，可以加快溫室內空氣流動，有效控制溫室的溫

度，達到作物生長需要的最佳效果。隨著人們生活水平的提高，溫室技術也越來越多，因為溫室中種植的時令蔬菜正變得越來越不可分割。溫度控制是最重要的部分：基于PLC的靈活性和易于操作的優(yōu)點，設計了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。讓我們介紹溫室控制系統(tǒng)的結構，包括信息收集單元，智能控制單元和最終執(zhí)行單元。這次設計的溫度可以改變許多因素，包括照明，濕度，通風和其他因素。該系統(tǒng)包括一個溫度上升和下降系統(tǒng)，一個輔助照明系統(tǒng)，一個遮陽系統(tǒng)，一個加濕系統(tǒng)，一個CO2系統(tǒng)和一個用于全面調節(jié)溫度的通風系統(tǒng)。變化可確保溫度精度。由于已根據設計需求和經濟綜合因素選擇了Siemens S7-200 PLC控制裝置，因此它不僅可以實現輸入和輸出控制，而且還可以實現輸入和輸出控制還實現了高性價比：通過設計給出控制系統(tǒng)的軟硬件設計，在STEP7軟件中輸入，調試和仿真梯形圖，完全可以滿足設計要求。

（1）溫度利用率較低。通風口必須相對較大，以防止高溫影響天氣對植物生長的影響。這會導致熱區(qū)的溫差大，然后室內的冷區(qū)會導致溫度下降并減緩植物生長。

（2）當天氣多雨，下雪或多風時，溫室內的溫度不能保持恒定并且植被不能在適當的溫度下生長。蟲害和疾病往往造成經濟損失；

（3）不受控制的臨時溫度通常會造成不可逆轉的損失；例如，樹木開花期間的一兩個高溫導致一年的生產損失；

（4）勞動強度大，難以及時調整溫度。蔬菜護理溫度約占總時間的50％，而水果護理溫度約占總時間的85％。近年來，出現了單機械通風口技術，但是由于不能解決實際問題，因此尚未得到廣泛應用。

第2章系統(tǒng)設計設計

本系統(tǒng)以PLC為控制核心設計，分為三個部分：

（1）信息采集系統(tǒng)，包括溫度/濕度傳感器，光傳感器和CO2傳感器。主要實時監(jiān)測溫室內部的環(huán)境。在執(zhí)行設備工作時，也要執(zhí)行反饋工作。這是影響系統(tǒng)精度的主要因素。

（2）智能控制單元。它主要包括模糊控制器，MCGS配置（人機交互界面）和PLC（系統(tǒng)的核心部分）。信息獲取系統(tǒng)將信號輸出到模糊控制器。模糊控制器處理信號（由PLC確定并執(zhí)行先前的分析）。模糊控制信號在發(fā)送到MCGS配置之前先經過處理。 MCGS配置會創(chuàng)建趨勢曲線。它在人與計算機之間交換信息，例如動畫演示，最后將信號發(fā)送到PLC。 PLC將信號與設定值進行比較，并做出相應的決定來控制下一部分工作。

（3）系統(tǒng)執(zhí)行單元根據來自PLC的信號包括前進和后退裝置以及包括開關裝置在內的最終裝置，并相應地響應以控制溫度等以達到目的。你呢在最終信息收集部分，將信息收集并反饋，并重復上述步驟以實現智能溫度控制的效果。您也可以手動或自動切換以確保溫度精度。

示了系統(tǒng)的自動溫度控制梯形圖。

連棟溫室大棚最大的優(yōu)點就在于土地利用率高，還提高了工廠化運行的工作效率。有利也必有弊，連棟溫室在北方最大的能耗就是在冬季了，要想實現越冬生產離不開增溫采暖設備，無論怎么變，傳統(tǒng)的燒鍋爐、天然氣、用電等方式，都會增加比較大的運營成本。

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在確定采暖方式之前，溫室內部一定要做好內保溫，才可以達到最好的保溫效果。玻璃溫室四周一般多采用5+6+5雙層中空玻璃。中空玻璃16mm(5+6+5)在室外溫度為-2℃時開始結露，而頂部5mm單層玻璃在室外溫度為8℃時開始結露。玻璃的傳熱系數是空氣的27倍，只要中空玻璃的中空層是密封的，該玻璃將有佳的隔熱效果。這就是在寒冷地區(qū)為什么推薦頂部也使用雙層中空陽光板的原因。 目前玻璃溫室增強保溫效果的方法是頂部在桁架梁的下部加一套平行于內遮陽網的內保溫被（防水輕質一般平方米重量在120g-150g ）。該保溫被的作用是將玻璃溫室的下部空間同上部的空間隔開來。避免溫室內部的熱量通過頂部散失到外部。同時溫室的四周可以在加裝墻面保溫被，多采用分段卷簾或者拉鏈的形式，該處的作用是避免玻璃溫室內部的熱量從四周散失。

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一、內遮陽和內保溫的區(qū)別

內遮陽系統(tǒng)可以通過調節(jié)光照來改善溫室內的生態(tài)環(huán)境，夏季當室內溫度上升到一定值時，根據不同遮陽率能反射部分陽光，并使陽光漫射進入室內以達到降溫的目的。關閉遮蔭保溫幕，可使溫室溫度下降4~6℃，以降低室內需要的溫度。

內保溫系統(tǒng)當夜間溫室或室內溫度下降到設定的溫度低限值時，關閉拉輕質絲棉保溫被，加強溫室的保溫，減少地面輻射熱流失，減少加熱能源消耗，大大降低溫室運行成本；在白天則可打開輕質絲棉保溫被，使溫室充分采光。

兩者的傳動方式是一樣的，都是采用齒輪齒條或鋼繩鋼纜傳動形式，幕布或輕質絲棉保溫被沿開間方向行走。驅動軸與減速電機、齒輪相連，當減速電機轉動時，驅動軸帶動齒輪轉動。齒輪的轉動帶動了齒條的行走，推拉桿由支撐滾輪支撐并與齒條相連，因而如果減速電機往復轉動，推拉桿可實現往復運行。將遮陽網一端固定在梁柱處，一端固定在推拉桿上，就可實現幕布或輕質絲棉保溫被的展開、收攏等動作。

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二、連棟溫室內遮陽系統(tǒng)同內保溫系統(tǒng)的相同點

相同之處：兩者具有相同的傳動系統(tǒng)；

傳動系統(tǒng)的組成部分及工作原理：

⑴、傳動機構：專用減速電機、齒輪齒條驅動、驅動桿、傳動桿；電機通過傳動機構驅動傳動軸運轉,傳動軸通過連接件帶動驅動桿在幕絲上平行移動，驅動桿拉動幕布一端緩慢展開，全部展開后觸動行程限位器開關，電機停止，該行程運行結束。

⑵、托幕線：托幕線是安裝在橫梁之間的用來拖住幕布的一種塑鋼線。托幕線分為上下兩層，下層的間距為0.5米，上層托幕線的間距為1米。

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三、內遮陽系統(tǒng)同內保溫系統(tǒng)不同點

⑴、內遮陽系統(tǒng)的幕布是一種鋁箔遮陽網，其透光率分為65%、75%、85%不等；其主要作用是用來遮光用的。內遮陽網通過電機傳動系統(tǒng)自動將內遮陽網展開，降低陽光的攝入。

⑵、內保溫系統(tǒng)的幕布一般是輕質防水棉組成，重量越大、保溫被越厚，其保溫性能也越好。保溫被在智能連棟溫室中一般布置在桁架梁的下部，其工作一般是在晚上將保溫被展開，將保溫被的下部和上部形成兩個密閉的空間，從而減少熱量的散失，達到節(jié)能保溫效果。

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四、溫室內的熱量散失途徑

熱量散失主要有三種，即通過地中土壤、冷風滲透和通過圍護結構覆蓋層散失。通過圍護結構覆蓋層的熱量損失是溫室熱損失的主要部分，一般占總熱損失的60%以上，因此減少該部分熱量損失是溫室保溫技術的重點。連棟溫室中安裝相應的溫室裝備或系統(tǒng)是提高溫室保溫能力的良好辦法，通過增加保溫覆蓋來減少溫室覆蓋層夜間傳熱量是有效的節(jié)能措施之一。內保溫輕質絲棉被作為一種便于安裝、易于操作的保溫節(jié)能裝置在溫室生產中得到了廣泛的應用。展開內保溫輕質絲棉被可以使溫室下層空間構成一個新的封閉系統(tǒng)，在冬季使用輕質絲棉被有如下作用:減小溫室的加熱空間; 減小溫室的冷風滲透熱損失;減小溫室地面和作物對上層空間的輻射換熱;增加對流換熱熱阻，減少因水汽冷凝而產生的潛熱損失。

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薄膜連棟溫室也是大型的生產型溫室的一種，在實際的花卉生產、蔬菜育苗種植中占有很大的比重。北方地區(qū)增強保溫性能的方法將溫室做成雙層薄膜連棟溫室，及頂部及四周都做成雙層薄膜的樣式。然后再在頂部也可以加裝一層內部的保溫被。

現代農業(yè)無論是做無土栽培、立體種植、A字架、椰糠或是巖棉種植等，在溫室大棚類型中依然以連棟溫室為主要農業(yè)生產設施，互聯網和物聯網技術的飛速發(fā)展，通過和傳統(tǒng)溫室大棚相結合，在智能化的應用上也有了非常大的提高。連棟溫室配置外遮陽系統(tǒng)、內部遮陽系統(tǒng)、頂開窗自然通風系統(tǒng)、風機濕簾強制降溫系統(tǒng)、增溫系統(tǒng)、苗床、水肥一體化系統(tǒng)等。通過需求配置的智能溫室各類物聯網的傳感器和攝像頭實時采集連棟溫室內的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照、土壤等，通過無線傳輸實時傳導到連棟溫室控制室，管理員可以在PC或是手機端直接登錄管理后臺查看數據，通過農業(yè)大數據決策系統(tǒng)直接在平臺發(fā)出指令手動或是自動控制連棟溫室各個系統(tǒng)的啟停。連棟溫室的這些系統(tǒng)通過決策系統(tǒng)可以通過有效合理運行使連棟溫室內部達到最適宜作物生長的環(huán)境。

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連棟溫室的智能物聯網系統(tǒng)都可以做到在家遠程種地，大棚都可以不用去，隨時隨地查看、遠程操控、定時工作。根據傳感器和攝像頭采集的數據分析作物的長勢，用數據量化溫室環(huán)境，縮短作物生長周期，提高產量和質量。

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連棟溫室系統(tǒng)能夠實現視頻監(jiān)控實時傳輸超清的作物監(jiān)控圖像，利用神經網絡圖像識別技術智能識別作物生長狀況和病蟲害；使用傳感器采集溫室環(huán)境參數和室外氣象數據，通過5G技術上傳到系統(tǒng)服務器進行存儲和管理，實現溫室環(huán)境的信息獲取，管理和分析，預測環(huán)境變化，并以直觀的圖表和曲線方式展示；實現精細化管理，智能控制遮陽板的開閉時間，根據溫室內溫濕度，光照等信息控制加熱系統(tǒng)啟動時間等。連棟溫室系統(tǒng)能夠讓管理員通過計算機和手機遠程接收和查看數據，不需要人工值守，并根據溫室種植作物的不同要求提供各種聲光報警和短信報警，減少系統(tǒng)響應時間，提高了管理效率，節(jié)約能源，避免因為突然性自然災害導致農業(yè)生產發(fā)生重大損失。連棟溫室系統(tǒng)極大提高了溫室農業(yè)生產的智能化，網絡化和精準化。

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智慧農業(yè)是未來農業(yè)生產發(fā)展的趨勢，西方農業(yè)大國已經把智能農業(yè)作為一個獨立研究方向，而且有了非常成熟的應用。我國作為歷史悠久的農業(yè)大國，農業(yè)在我國經濟結構中起著重要的地位，農業(yè)生產主要還是傳統(tǒng)的農業(yè)生產方式，智能化程度不高。傳統(tǒng)農業(yè)主要依靠生產者的經驗指導生產，效率低下，抗風險能力差。將物聯網技術與溫室相結合，并通過傳統(tǒng)農業(yè)生產經驗相結合的方式，利用智能控制算法控制溫室環(huán)境。使用科學的種植方式促進農業(yè)生產效率，可以提高農業(yè)生產的智能程度。

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