日光節(jié)能溫室中無機復(fù)合材料的應(yīng)用及其綜合性能研究
李南南
摘 要 通過對日光節(jié)能溫室建造技術(shù)中一種新型無機復(fù)合材料的使用的介紹，以及對其結(jié)構(gòu)性能、生產(chǎn)性能和經(jīng)濟(jì)性能所作的研究與分析，表明無機復(fù)合材料的強度可以滿足日光溫室的建造要求，從而可有效地降低光節(jié)能溫室的建造成本。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其能耗約降低50%以上，土地利用率可提高20%以上，遮光率降低15%以上。
關(guān)鍵詞：日光溫室 無機復(fù)合材料 綜合性能研究
日光溫室是我國有自主知識產(chǎn)權(quán)的溫室結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用面積大，普及全國各地[1]。從目前發(fā)展形勢看，由于優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性和廣泛的適應(yīng)性，日光節(jié)能溫室在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)仍是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主流[1]。但現(xiàn)行的日光溫室在建筑材料和結(jié)構(gòu)形式上仍存在不足，影響了溫室的進(jìn)一步發(fā)展。雖然木結(jié)構(gòu)溫室造價低，但使用壽命較短、承載能力弱，使用維護(hù)量大，溫室的可操作性差；金屬結(jié)構(gòu)溫室雖然承載能力高，使用壽命長，但造價高，大部分農(nóng)民經(jīng)濟(jì)上難以承受。所以對于日光節(jié)能溫室的建筑材料的優(yōu)化一直是研究的主要方向之一。為此，在研究日光節(jié)能溫室結(jié)構(gòu)特性、材料要求和生產(chǎn)性能的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了適合該類日光節(jié)能溫室建造的無機復(fù)合材料的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)性能。無機復(fù)合材料建造的日光溫室造價低、承載能力強、壽命長、生產(chǎn)性能好，能滿足民眾的生產(chǎn)需要。
1基本結(jié)構(gòu)及其相關(guān)材料
1.1基本結(jié)構(gòu)溫室基本結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料日光溫室基本造型和普通日光溫室相近，跨度可為8～10 m，一般高度為跨度的35%～45％，拱架間距為0.8～1 m。拱架與墻體基礎(chǔ)的連接固定可以采用預(yù)埋件和現(xiàn)澆混凝土等形式，但無論用哪種方法，一是要求墻體基礎(chǔ)要穩(wěn)固；二是要求拱架和墻體基礎(chǔ)的連接要牢固。
1.2溫室拱架結(jié)構(gòu)及其材料 無機復(fù)合材料溫室拱架采用自然玄武巖連續(xù)纖維或玻璃連續(xù)纖維作為主要組織結(jié)構(gòu)的連接材料，以氧化鎂作為化合主劑，以氯化鎂作為配料劑，以新的催化固體劑作為助劑，以金屬絲為加強主筋，運用新的制作工藝流程和技術(shù)生產(chǎn)而成[2]。在無機復(fù)合材料溫室拱架的截面中，截面尺寸為8號或更大的冷拔絲嵌入骨架無機復(fù)合材料中，與無機復(fù)合材料合成一體，有效提高了溫室拱架的抗彎強度，從而實現(xiàn)日光溫室的大跨度無支柱建造[3]。為了提高無機復(fù)合材料溫室拱架的綜合抗力，溫室中的所有拱架都必須用包塑鋼絲繩或復(fù)合材料連桿成1～2 m的間隔，連成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。包塑鋼絲繩或復(fù)合材料連桿的東西2個端點與墻體連接及其中間各點與拱架的連接一定要可靠、牢固。
1.3溫室保溫墻體及其材料溫室墻體基礎(chǔ)視建筑地土質(zhì)情況，一般采用條形基礎(chǔ)，寬約1000mm，深400～500 mm，三合土夯實200 mm，其余用磚砌筑即可。后墻和東西墻可采用磚砌結(jié)構(gòu)，外設(shè)5 cm厚聚苯乙烯板或其他相應(yīng)厚度的保溫材料，也可采用全復(fù)合材料墻板。和磚砌墻體試驗研究相比，此保溫墻體可節(jié)約土地60％以上，而造價又低于磚墻。如在復(fù)合材料墻的內(nèi)側(cè)面再附以蓄熱性能好的材料，效果更好。后斜坡底層可鋪放10 cm厚復(fù)合木板，中層可填爐渣、粉煤灰、鋸末或柴草作保溫蓄熱處理，上層用水泥沙漿或油氈瀝青作防水處理。
1.4覆蓋采光材料溫室采用透光率較高，厚度為0.1～1 mm的聚氯乙烯或聚乙烯無滴膜或無滴轉(zhuǎn)光膜覆蓋材料，覆蓋膜采用卡簧卡槽和壓膜線固定。
2綜合性能研究
2.1無機復(fù)合材料及其溫室構(gòu)件的性能經(jīng)長期實驗和檢測測定，無機復(fù)合材料及其制品具有如下性能。
2.1.1性能穩(wěn)定優(yōu)化配置的無機復(fù)合材料化學(xué)性能穩(wěn)定、抗逆性強、耐潮濕。經(jīng)長效試驗，無風(fēng)化和龜裂等現(xiàn)象，使建筑構(gòu)件使用壽命達(dá)20年以上。
2.1.2熱變性穩(wěn)定無機復(fù)合材料固化后，熱變性穩(wěn)定，不易結(jié)露，可在-30℃～100℃范圍內(nèi)保持形狀不變。
2.1.3結(jié)構(gòu)均勻抗力強復(fù)合材料固件組織結(jié)構(gòu)均勻、密實、穩(wěn)定、抗力強度高。對于規(guī)范化生產(chǎn)的日光節(jié)能溫室拱架，其抗力可大于500 N/m2。
2.1.4嵌入金屬加強筋技術(shù)優(yōu)越復(fù)合材料構(gòu)件組織結(jié)構(gòu)中優(yōu)化埋設(shè)嵌入金屬加強筋的技術(shù)，有效地解決了無機復(fù)合材料抗拉強度偏低、不適合大跨度建筑結(jié)構(gòu)的缺點。經(jīng)試驗，其平均承載力增加了60%以上，抗拉強度增加超過120%，有效地降低了資源的消耗，資源的降低率大于20%。
2.1.5性價比高無機復(fù)合材料制作的農(nóng)業(yè)設(shè)施建筑構(gòu)件，造價是金屬結(jié)構(gòu)建筑的65.6%，金屬和木結(jié)構(gòu)溫室的70%，與木結(jié)構(gòu)的造價基本持平，而使用壽命和金屬材料相當(dāng)，是木材料的3倍左右。且使用期間又無需任何方式的維護(hù)和保養(yǎng)，其價格性能比是現(xiàn)行其他材料無可比擬的。
2.1.6實現(xiàn)材料綠化復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)中塑料纖維對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的利用，消除了固件中的應(yīng)力集中，既改善了無機復(fù)合材料的韌性和彈性，也實現(xiàn)了材料的綠色化。
2.1.8成型性和可加工性強新型復(fù)合材料可以借助模具加工成任何形狀的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其成型性，可加工性是普通建材無法比擬的，如可加工成任何弧形的溫室拱架、支架等。
2.1.9使用范圍廣作為建筑材料，由于復(fù)合材料的綜合性能基本上兼有金屬、竹木、磚、水泥等為一體的共性，其使用范圍將不僅限于溫室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還可以制作盆栽生產(chǎn)構(gòu)件、溫室工具間等民用設(shè)施。
2.1.10綠色環(huán)保無機復(fù)合材料原料、主料均為自然的可再生資源，其開發(fā)利用不會破壞自然界的平衡。
2.1.11提高了溫室的土地利用率 由于在構(gòu)件中嵌入了金屬加強筋，增加了溫室骨架的抗力，從而可實現(xiàn)溫室的大跨度（8～12 m）無柱化。與木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)溫室相比，顯著地提高了溫室的土地利用率。當(dāng)溫室跨度為12 m時，土地利用率可達(dá)到80％[3]，竹木結(jié)構(gòu)溫室的土地利用率不到50％。另外，由于加強筋的嵌入結(jié)構(gòu)使溫室骨架截面幾何尺寸基本不隨跨度的增加而增加（8～10 m長跨度骨架截面均為5 cm×7 cm），又不需支柱，因此與純復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相比，其遮光率大大降低。
2.2日光溫室的生產(chǎn)性能
2.2.1耐候性及抗惡劣氣候性 由于大跨度無支柱溫室具有較大的熱慣性，所以具有較強的抵御自然惡劣氣候的能力。又由于加強筋結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，致使結(jié)構(gòu)抗力較強。從開始研究、試用、推廣到現(xiàn)在，各推廣應(yīng)用溫室均處于正常運行狀態(tài)，未發(fā)生過因暴雨和大風(fēng)引起的坍塌，也未發(fā)生過凍害或熱害現(xiàn)象。
2.2.2作物生長發(fā)育狀態(tài) 由于無機復(fù)合材料本身具有良好的熱穩(wěn)定性，對塑料的支撐面又較大，所以對膜的破壞作用小。常用的國產(chǎn)膜使用壽命均得到不同程度的提高，從而使溫室作物的栽培期延長。這種延長對于無限生產(chǎn)型的茄果類、瓜菜類作物作用更為明顯，經(jīng)對比測量，延長平均收獲期在30d以上。
2.2.3 對產(chǎn)品及環(huán)境的影響 無機復(fù)合材料的原料都是相對穩(wěn)定的自然原料，本身都不具有毒害性，再加上經(jīng)化合后固化為一體，其化學(xué)穩(wěn)定性是金屬和木材所不能比的。經(jīng)長期的觀察、測定，到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)其對農(nóng)作物產(chǎn)品和環(huán)境有污染。
2.2.4 溫室造價、使用維護(hù)和運行費用是建造溫室首先要考慮的問題。無機復(fù)合材料日光溫室造價較低，使用壽命較長，僅需很少維修費用。無機復(fù)合材料溫室的造價僅為金屬型材溫室的33.8％，略高于竹木混用結(jié)構(gòu)。若考慮到維修費用，無機復(fù)合材料溫室單位造價和使用運行費用是相對最低的，因而最具有市場潛力和競爭力。另外，無機復(fù)合材料溫室的使用壽命與金屬結(jié)構(gòu)相當(dāng)，可達(dá)到20年以上。由此可以看出其優(yōu)越的性價比和投入產(chǎn)出比[2]。

3結(jié)論
新型無機復(fù)合材料中加固技術(shù)與材料符合的應(yīng)用，有效地提高了復(fù)合材料溫室骨架的抗拉強度，滿足了溫室的大跨度無柱結(jié)構(gòu)需求。運用無機復(fù)合材料建造的大跨度無支柱日光溫室的土地利用率高、可操作性強、采光率高、生產(chǎn)率高，具有良好的綜合生產(chǎn)性能新型無機復(fù)合材料日光溫室不僅造價低，而且基本無需維護(hù)，使用壽命長，而且美觀大方，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]周長吉，王應(yīng)寬.中國現(xiàn)代溫室的主要型式及其性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2001,17(1)：16-21.
[2]解繼紅，王雙喜，陳建軍.大跨度無支柱無機復(fù)合材料日光溫室的研究[J].農(nóng)機推廣與安全,2004，5（5）：18-19.
[3]張澤民，王雙喜.大跨度無支柱日光節(jié)能溫室性能的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,9（3）：11-14.

作者：李南南
單位：黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝分院 哈爾濱市哈平路666號 郵編：150069
簡介：（1983-）碩士研究生，主要從事研究園藝設(shè)施的建筑材料。聯(lián)系方式：13845104230
 

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