2.覆盖材料
理想的覆盖材料应是透光性、保温性好,坚固耐用,质地轻,便于安装,价格便宜等。屋脊型连栋温室的覆盖材料主要为平板玻璃(西欧、北欧、东欧玻璃温室比较多),塑料板材(FRA板、PC板等,美国、加拿大多用)和塑料薄膜(亚洲、以色列、西班牙等多用)。寒冷地区、光照条件差的地区,玻璃仍是较常用的覆盖材料,保温透光好,但其价格高,约是薄膜温室的5倍,且易损坏,维修不方便。玻璃重量大,要求温室框架材料强度高,也增加投资。
塑料薄膜价格低廉,易于安装,质地轻,但不适于屋脊型屋面,且易污染老化,透光率差,故屋脊型连接屋面温室少用。近年来新研究开发的聚碳酸酯板材(PC板),兼有玻璃和薄膜两种材料的优点,且坚固耐用不易污染,是理想的覆盖材料,因其价格昂贵,还难以大面积推广。
3.自然通风系统
有侧窗通风、顶窗通风或两者兼有3种类型。通风窗面积是自然通风系统的一个重要参数,研究测试结果表明,空气交换速率,取决于室外风速和开窗面积的大小,并证明顶窗加侧窗通风效果比只有侧窗好。在多风地区,如何设计合理的顶窗面积及开度十分重要,因其结构强度和运行可靠性受风速影响较大,设计不合理时易被损坏,并限制其空气交换潜力的发挥。顶窗开启方向有单向和双向两种,双向开窗可以更好地适应外界条件的变化,也可较好地满足室内环境调控的要求。玻璃温室开窗常采用联动式驱动系统,工作原理是发动机转动时带动纵向转动轴,并通过齿轴-齿轮机构,将转动轴的转动变为推拉杆在水平方向上的移动,从而实现顶窗启闭。因此,在整个传动机构中,齿轮、齿条的质量和加工精度,是开窗系统运行可靠性的关键。
4.加热系统
现代化温室因面积大,没有外覆盖保温防寒,只能依靠加温来保证寒冷季节园艺植物正常生产。加温系统采用集中供暖分区控制,有热水管道加温和热风加温两种方式。
热水管道加温主要是利用热水锅炉,通过加热管道对温室加温。该系统由锅炉、锅炉房,调节组、连接附件及传感器、进水及水口主管、温室内的散热管等组成。温室内的散热管排列有以下要求:①保证温室内温度均匀。一般水平方向的温度差不超过1℃。②热源能根据温室植物生长的变化而变化,从而保证了植物生长的温度。③保证热水在管道内循环流畅。根据温室内植物生长的变化,温室内散热管的排列按管道的移动性可分为升降式和固定式管道,按管道的位置则可分为垂直排列和水平排列管道。热水管道采用燃煤进行加热,其特点是温室内温度上升速度慢,室内温度均匀,在停止加热后温室内温度下降的速度也慢,因此有利于植物生长。而且加热管道可兼作高架作业车的轨道,便于温室植物的日常管理。但所需的设备和材料多,安装维修费时、费工,一次性投资大,且需另占土地修建锅炉房等附属设施。温室面积大时,一般采用热水管道加温。
热风加热主要是利用热风炉,通过风机将热风送入温室加热。该系统由热风炉、送气管道(一般用聚乙烯薄膜作管道)附件及传感器等组成。热风加热采用燃油或燃气进行加热,其特点是温室内温度上升速度快,但在停止加热后,温度下降也快,加热效果不及热水管道。但设备和材料较热水管道节省,安装维修简便,占地面积小。热风加温适用于面积比较小的连栋温室。
荷兰目前多利用白天CO2施肥时燃烧天然气或重油放出的热量将水加热,然后将热水贮存在地下蓄热罐中,晚间让热水通过管道循环,达到温室加温的目的。一个供热量6.5吨的蒸汽锅炉,每小时耗油量300kg/台,供热量16,538×106J/h,可满足外界最低气温在15℃地区10000m?不加保温覆盖温室的供暖。
5.帘幕系统
帘幕系统具有双重功能,即在夏季可遮挡阳光,降低温室内的温度,一般可遮荫降温7℃左右;冬季可增加保温效果,降低能耗,提高能源的有效利用率,一般可提高室温6~7℃。
帘幕材料有多种形式,较常用的一种采用塑料线编织而成,并按保温和遮阳的不同要求,嵌入不同比例的铝箔。帘幕可分为节能型、节能/遮光型、遮光型和全遮光型等多种类型,各种类型又有许多产品,每种产品的节能率和遮阳率有所不同,生产上可根据需要进行选择。
帘幕开闭驱动系统根据其采用构件的不同而分为两种形式:一种是齿轮-齿条驱动机构,由发动机转动带动驱动轴转动,经过齿轮箱、驱动轴的转动转换为推拉杆的水平移动,从而实现帘幕的展开和收拢;另一种是钢丝绳牵引式驱动机构,由齿轮减速电机、轴承、传动管轴、牵引钢丝绳、滑轮组件、链轮和链条等组成。传动钢丝绳安装在两端山墙横梁上的滑轮组件内,并与传动管轴相绕;钢丝绳用张紧器张紧至适当的张紧度;当传动管轴旋转时,借助摩擦力带动钢丝绳运动,从而牵引帘幕:通过电机的正反转实现帘幕的展开与收拢。
6.计算机环境测量和控制系统
计算机环境测控系统,是创造符合园艺植物生育要求的生态环境,从而获得高产、优质产品不可缺少的手段。调节和控制的气候目标参数包括温度、湿度、CO?浓度和光照等。针对不同的气候目标参数,宜采用不同的控制设备。控制设备多种多样,按控制原理可分为开关控制和比例或比例加积分两种类型。无论是开关控制还是比例或比例加积分控制,都存在测量目标值和实际值之间会有偏差,例如温室温度传感器的实测值,往往迟滞于温室内的实际温度值,所以国际上许多研究机构正在研究开发更加现代化的控制方法,如最优控制和适应式控制等。
7.灌溉和施肥系统
完善的灌溉和施肥系统,通常包括水源、贮水及供给设施、水处理设施、灌溉和施肥设施、田间网络、灌水器如滴头等。其中,贮水及供给设施、水处理设施、灌溉和施肥设施构成了灌溉和施肥系统的首部,首部设施可按混合罐原理制作成一个系统。在土壤栽培时,植物根区土层下需铺设暗管,以利于排水。在基质栽培时,可采用肥水回收装置,将多余的肥水收集起来,重复利用或排放到温室外面。
在灌溉和施肥系统中,肥料均匀注入水中非常重要。目前采用的方法主要有:文丘里注肥器法、水力驱动式肥料泵法、电驱动肥料泵法。
文丘里注肥器法是使用根据流体力学的文丘里原理设计而成的文丘里注肥器进行施肥的一种方法。也就是利用输液管某一部分截面变化而引发的水的速度变化,使管道内形成一定负压,将液体肥料带入水中,随水进行施肥。
水力驱动式肥料泵法是通过水流流过柱塞或转子,将液体肥料带入水中,注肥比率可以进行准确控制。电驱动肥料泵法是通过电驱动肥料泵将液体肥料施入田间的方法。这种方法简便,泵的价格低,运行可靠,在有电源的地方可使用。电驱动肥料泵型号较多,小到每小时注入几升肥料液,大到每小时注入几百升肥料液。
灌溉和施肥系统设有电子调节器及电磁阀,通过时间继电器,调整成时间程序,可以定时、定量地进行自动灌水。如果是无土栽培,则可以定量灌液,并能自动调节营养液中各种元素的浓度。在寒冷季节,可以根据水温控制混合阀门调节器,把冷水与锅炉的热水混合在一起,以提高水的温度。喷灌系统也可进行液肥喷灌和喷施农药,并在控制盘上测出液肥、农药配比的电导度和需要稀释的加水量。
温室盆栽花卉多采用针式滴头施肥灌溉,可在滴灌管线上每隔一定距离安置增压器,每个增压器最多可带动50个滴头,可有效改善滴灌效果。
8.二氧化碳气肥系统
大型连栋温室因是相对封闭的环境,CO?浓度白天低于外界,为增强温室园艺植物的光合作用,需补充CO?进行气体施肥。大型温室多采用二氧化碳发生器,将煤油或天然气等碳氢化合物通过充分燃烧产生CO?。通常lL煤油燃烧可产生1.27m?的CO?气体。另一种方法也可将CO?的贮气罐或贮液罐安放在温室内,直接输送CO?到温室中。CO?一般通过电磁阀、鼓风机和管道,输送到温室各个部位。为了控制CO?浓度,需在室内安置CO?气体分析仪等设备。
9.温室内常用作业机具
(1)土壤和基质消毒机:温室长年使用,植物连作较多,土壤中有害生物容易积累,影响植物生长,甚至使植物发生严重病虫害。无土栽培的基质在生产和加工的过程中也常会携带各种病菌,因此采用土壤消毒方法,消除土壤中的有害生物十分必要。土壤和基质的消毒方法主要有物理和化学两种:
物理方法包括高温蒸汽消毒、热风消毒、太阳能消毒、微波消毒等,其中高温蒸汽消毒较为普遍。采用土壤和基质蒸汽消毒机消毒,在土壤或基质消毒之前,需将待消毒深度的土壤或基质疏松好,用帆布或耐高温的厚塑料薄膜覆盖在待消毒的土壤或基质表面上,四周要密封,并将高温蒸汽输送管放置到覆盖物之下,每次消毒的面积同消毒机锅炉的能力有关,要达到较好的消毒效果,每1m?土壤每小时需要50kg的高温蒸汽。采用化学方法消毒时,土壤消毒机可使液体药剂直接注入土壤到达一定深度,并使其汽化和扩散。
(2)喷雾机械:在大型温室中,使用人力喷雾难以满足规模化生产需要,故需采用喷雾机械防治病虫害。荷兰温室多采用Enbar LVM型低容量喷雾机,可定时或全自动控制,无需人员在场,安全省力。每小时用药液量为2.5L,每台机具一次可喷洒面积达3000~4000m?,运行时间约45分钟。为使药剂弥散均匀,需在每1000m?的区域内安装一台空气循环风扇。
(二)拱圆形连接屋面温室
1.温室结构特点
目前我国引进和自行设计的拱圆形连接屋面温室较多,这种温室的透明覆盖材料采用塑料薄膜,因其自重较轻,所以在降雪较少或不降雪的地区,可大量地减少结构安装件的数量,增大薄膜安装件的间距。如内部柱间距为4m或5m时,拱杆间距分别为2m或2.5m。跨度也有6.4m、7.5m、8m、9m等多种规格。从侧边起0.50m处的自由空间高度可达到1.7m以上,进一步方便了栽培作业。由于框架结构比玻璃温室简单,用材量少,建造成本低。
由于塑料薄膜较玻璃保温性能差,因此提高薄膜温室保温性能的一个重要措施是采用双层充气薄膜。同单层薄膜相比较,双层充气薄膜的内层薄膜内外温差较小,在冬季可减少薄膜内表面冷凝水的数量。同时,外层薄膜不与结构件直接接触,而内层薄膜由于受到外层薄膜的保护,可以避免风、雨、光的直接侵蚀,从而可分别提高内外层薄膜的使用寿命。为了保持双层薄膜之间的适当间隔,常用充气机进行自动充气。但双层充气膜的透光度较低,因此在光照弱的地区和季节生产喜光植物时不宜使用。我国自行设计建造的华北型连栋塑料温室,其骨架由热浸镀锌钢管及型钢构成,透明覆盖材料为双层充气塑料薄膜。温室单间跨度为8m,共8连跨(可任意增加),开间3m,天沟高度最低2.8m,拱脊高4.5m,建筑面积为2112m?。东西墙为充气卷帘,北墙为砖墙,南侧墙为进口PC板。温室的抗雪压每1m2为30kg,抗风能力为28.3m/s。这种温室还设有完善而先进的附属设备,如加温系统、地中热交换系统、湿帘风机降温系统、通风、灌水(施肥)保温幕以及数据采集与自动控制装置等。自动控制系统可以实现温室的自动和手动相互切换,可进行室内外的光照、温度和湿度的自动测量。加温和降温系统可根据植物生育需要,设定温度指标实行自动化控制。
2.加温系统
加温系统采取集中供暖方式。供暖管路采用聚氨酯发泡塑料包裹直埋管道材料保温技术,另外采用三向阀分阶段改变流量的调节,可降低温室能耗。
这种温室冬季通过暖气加温、太阳能地中热交换、保温幕、顶部和侧墙采用双层充气膜覆盖(保温能力比单层膜及玻璃好)等措施增加室内温度。夏季利用开窗自然通风、遮光和湿帘风机降温等措施调控室内温度。开窗机构除可自动控制外,也可人工手动开窗,更适合电力供应不足的地区。
地中热交换系统在冬季可使室内气温提高3~7℃,地温提高4~8℃;经理论分析计算,在采暖温室中应用此系统,可节省燃料38%左右。地中热交换系统的加热量可达30~60W/m2,但寒冷地区白天室内最高温度在30℃以下时,不宜使用。
3.其他
温室帘幕与荷兰温室类似,同时兼有保温和遮光作用,其开闭实行自动化。天窗开启机构采用齿轮加蜗杆机构,结构紧凑,噪音较低,增加了自动控制装置,可自动开闭。
湿帘风机降温系统可使夏季室内气温比室外降低4~6℃。
通过上述加温、保温和降温措施,温室内气温一般冬季夜间不低于8~15℃,白昼达到20~30℃;15cm地温比普通塑料薄膜温室提高3℃以上;夏季晴天室内最高气温较室外低4~6℃,一般可控制在32℃以下。
温室内采用滴灌、喷灌、渗灌等方式灌溉,追肥可随灌溉进行,灌溉施肥系统与荷兰温室基本相同。