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科学设计是降低温室大棚建设成本的最有效的途径第一讲我讲了《传统大棚的钢筋混凝土基础有明显的力学失误》，第二讲我讲了《传统温室墙体有明显的建筑热学失误》，第三我讲了《大棚骨架设计中的降本潜力》。第四讲我讲了《大棚骨膜、保温被、大棚门窗及采暖设备的选择也会影响到建设成本及运行成本》这一讲（第五讲）的题目是《双层大棚是否能降低建设成本》随着科技发展和市场经济的需要，农林牧渔业生产正在向产业化、高科技、高效益的方向转变。被誉为“白色革命”的温室大棚以其巨大的生命力出现在人们面前！随着这场革命的不断深入，相关科学技术和发明创造的日新月异，温室大棚的规模、水平、效益和应用范围得到了前所未有的大发展。到目前为止，温室、大棚是现代农林牧渔业最常用的生产工具，已无需论证。但实践效果有时却不随人愿，也给我们留下许多遗憾与无奈。其中有三点主要表现形式：1、建设成本高，投资回收期长，是最无情的现实和无奈。直接影响到温室、大棚的建设和推广。2、结构抗自然灾害能力差，特别是面对大风、冰雹，暴雨的袭来，往往只能是听天有名和灾后重建。即产生二次建设成本，又给生产带来突如其来的损失。3、生产环境差，温度、湿度、空气成分不适合操作人员的身体健康，有时还会影响产品的质量。以上问题在全国普遍存在，且长期困扰着广大的投资者和各级政府（要支付大量的救灾款和补贴）。在许多人看来，似乎这是一件无法解决的难题。怎么能建设造价低，抗灾能力强，工作环境较好的温室大棚（以下简称大棚）呢？这首先要从大棚的科学属性来谈这个问题。大棚本身是农业，林业技术吗，不是。大棚是畜牧，水产业技术吗，也不是。难怪，多年来由农业专家牵头的大棚改良一直在不断地照猫画虎，难以切中要害，也就不可能将成本大幅度地降下来，将抗灾能力提上去了。大棚与我们的住房一样，属于建筑技术。只有用研究建筑技术的方法去分析目前大棚的现状和存在的问题，才能提出降低温室大棚的造价、提高抗灾能力，和改善环境的正确思路。原来，目前许多大棚，存在的建设造价高，抗灾能力低及工作环境差，都是出在没有精准的建筑设计或是结构本身不合理的问题上。遗憾的是目前主持研究大棚的专业技术人员绝大多数是学农林牧渔的专家、乡村的能人或是包工队长，（他们只能凭经验，而许多经验本身就是错误的）。很少有建筑设计师介入这一领域。但这也同时给建筑设计留出改进、降本的空间。我是一位专业从事建筑结构设计的高级工程师，叫高和林，退休前曾任内蒙古包头钢铁公司设计院院长，土建专业高级职称评审委员会组长。1997年由我亲手设计的中国第一座塑料大棚双标准池游泳馆建成并投入使用，比北京“水立方”提早了十年，我也从此走上了“塑料大棚设计”之路。大棚设计中我本着以下标准要求自己：同等强度，追求造价最低；同等造价，追求材质最优；同等材质，追求跨度最大；同等跨度，追求强度最坚。如今我是位退休十多年的老人，大家都称我高老师。我设计的各类塑料大棚，经过在全国各地十多年的实践，获得成功。已在内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江西、河北、江苏、广西、山西、陕西、甘肃、山东、湖北、新疆、河南、云南等二十几个省推广、建成了数千余栋，效果良好，并经历了特大风暴和大雪、冰雹的考验，十年前在包头建的大棚、膜未换，还在使用。为什么说，只有科学设计才可能真正有效地降低建设成本呢。因为，只有经过建筑理论科学分析计算，才能选择最合理的墙体，基础形式；风阻最小的外形尺寸；合理的太阳入射角度；抵御雨雪冰雹的合理曲线；最小的钢材断面；最大的拱架间距，最大的单拱跨度……。从而使材料的性能既得到充分发挥其极限效能，又能满足最大的抗力需求。从而最大限度地减少材料用量，材料少了，成本自然会降下来。曾经有这样一组调查数据，一套科学的设计图纸将会给建设者节约最少20%至80%的资金。另外，只有科学设计才能保证大棚结构的安全，以满足抵抗可预见最大外来荷载（如狂风、大雪、冰雹、暴雨）的能力。为了使我对“科学设计是温室大棚降低建设成本的最有效的途径“这一论点加以阐述，必须针对目前传统大棚进行深入分析比较，肯定其合理的部分并提出存在的问题。以下，我将分几讲阐明我的观点，并提出较合理的解决方法。这一讲的题目是（第五讲）《双层大棚是否能降低建设成本》双层大棚是许多从事大棚建设的人都在苦苦追寻着的这一梦想。希望有一天能建成一座有较好保温性能又不使用棉被的理想大棚。这是他们受到双层玻璃窗保温的启示而产生的联想，并为之前赴后继地努力。不断推出各种各样的双层棚膜的大棚。那么这与降低大棚的建设成本或运行成本有关系吗？当然有。为什么要提出这个命题？这就要反过来从目前使用的大棚保温棉被的不足之处说起：大家都知道热量的散失是通过热传递的三种方式：传导、对流、辐射实现的。抑制这三种方式的任何一种，都能够起到一定的保温效果。大棚保温棉被主要就是抑制传导，也抑制部分对流和辐射。有较好保温效果的保温棉被要求棉絮蓬松、均匀、无接缝；白天卷起，晚间放下；防水性好（决不能有水分渗入棉絮）；耐久性好等。而实现这几点性能是要付出昂贵代价的：首先是运输费很高，由于棉被比重小，体积大，从厂家运输到大棚现场，运费所占比例高，有时要占到棉被售价的30%以上。第二，棉被本身价格就很高，有时要达到20元左右一平米，加上拱面弧线的加长，对于双侧拱面落地的大棚来说，按每平方米的占地面积，棉被的投资几乎占到总材料费投资的50%。第三，卷被机的价格高，目前一台卷被机也要几千元，加上电力设施投入，所占比例不可不算。四是，运行费用，事故处理费不可小视（最严重的是棉絮受潮冻冰无法卷起，或停电、设备损坏等）。五是棉被排雪自滑力很差，除雪是难题，排雨也不好。不断推出各种各样的中空双层棚膜大棚就是想绕开这巨大的费用支出，寻求一种更佳的设计方案。可现实是残酷的，科学容不得半点虚假。热量的散失是通过传导、对流、辐射实现的。中空双层大棚膜只能部分抑制传导、对流、辐射，其效果均低于棉被。另外，双层大棚膜对于太阳光的入射起到了极其有害阻挡作用。曾有人想通过多层膜来提高棚内温度，结果白天都在0度。理论上的误读必然要导致失败的结果。下图就是4层棚膜的冰窖。目前常用的架空双层塑料膜保温大棚有以下五种1、采用PC、PE阳光板大棚；2、充气式塑料大棚；（已淘汰）3、双层钢架棚；4、采用内部高透明膜吊顶结构，白天将内膜卷起一部分，晚上放下来密闭，以上四种双层棚，在实践中的效果都不理想的。究其原因，问题也出在对热学原理的曲解上：其中第1种方案，棚膜接口太多，大量看不见的缝隙成为宝贵热量散失的出口，忽略了密闭是保温的先决条件；第2种方案忽略了中空局部对流是对保温最不利的影响；第3种方案忘记了繁复、不惜成本为设计大忌。第4种方案虽忽略了钢结构腹杆冷桥是热的良导体。但相比之下这一方案较上三种方案都好。保温效果也明显好于单层大棚。如果棚膜外能加盖一层银蓝保温防晒膜，再配备一台小型热风炉，就可以成为双层棚设计的首选了。这一方案比使用棉被造价要低30%，且运行费要低，反正盖棉被也要有热风炉，达到同等效果这种双层棚是完全可能的。另外，由于压膜槽的不断改进，卡簧已经有了一种带弯钩的新产品，这为双层膜下种植爬绳类植物创造了条件。5、下面，介绍一种从理论到实践都较为理想的，是真正意义上的“双层膜大棚”。且建造过程简便易行，成本也很低。目前被广泛使用的，在大棚内再加盖的“棚中棚”就是真正意义上的“双层膜大棚”。这种方法有效提高了棚内局部区域的温度，适合育秧或抢种反季节蔬菜。有些地区，棚中棚能给农民带来成倍的收获，甚至几倍的经济效益。在各类的双层棚中，采用棚中棚是最廉价，最便于操作，最巧妙的办法。当然目前也存在很多缺点，下面我将提出一些有针对性的解决方法。上图是包头的实地效果，当时室外温度已达到零下10度。下面我想通过建筑热学原理来对其效果进行一下解释。下图是大棚蓄热的基本原理，也叫温室效应。第一层膜就相当于一层大气层。从热学原理来看，假设棚外最低温度在-10--15度的地区，由于温室效应，棚内中午的温度可达15度左右，凌晨的棚内温度可达到-5度左右。如果将大棚内再加盖小棚，这对于小棚来说，它的室外最低温度就是-5度，而不是-10--15度了，经过再一次的温室效应，凌晨的小棚内温度便可达到0度左右。如果我们再能在大棚外部加设银蓝保温膜，则实现小棚内不结冰的愿望便可以实现了。这对于一般农作物来讲，就满足了最低的温度要求。如果能再配备一台小型热风炉，就可以成为双层棚设计的另一种首选了。下面的照片表明单层小棚的温室效应。目前棚中棚的建设极为随意，高度、跨度都很小，强度也很差，材料一次性消耗，人不能进入小棚操作自如，所以还不能称为真正意义上的“双层膜大棚”。为了改变这一现状，最近，我又发明了轻型小拱棚骨架。很实用。当不使用时可折叠成一把，尺寸可以根据需要定做。这种小拱棚透光率高、搭设拆卸方便，可大可小，又可多年周转使用（开春后可由大棚内移至棚外继续使用）、价格适中，有广泛的推广价值。常用其他规格（跨度*株距*净高）有：1.2*1.8*1；1.5*1.8*1.2；1.8*1.8*1.3；2*1.8*1.5；2.2*1.8*1.6；2.2*1.8*1.8;2.5*1.8*2；3*1.6*2.2。我还在对小棚地处无风雨，无冰雹，无外力破坏，无积雪状态下的环境下的受力进行分析，力求试制出更高大，更实用的小棚骨架来。当棚中小棚尺寸达到2.5米（跨度）*1.8米（株距）*2米（净高）以上时，便能称为真正意义上的“双层膜大棚”了。理由如下：1、小棚内能便于人员操作，2、小棚内的空气体积与小棚外空气体积基本相等，等量的热交换更能维持较长的时间，热交换时间越长，保温效果就越好。3、寒冷季节的大棚最佳状态因该是：白天大棚是单层膜，以最大限度地将太阳能吸收到土地上和植物上。可见小棚的膜白天是要尽量掀起来，晚上再盖严。如图所示。太阳落山后，大棚要形成双层膜，利用中空加强保温，以最大限度地将吸收到土地上和植物上的太阳能保存起来，直至第二天太阳升起。我还看到一种在棚中小棚上再覆盖反光铝箔与发泡塑料卷材复合的保温材料，构思巧妙，完全复合隔热原理，估计效果很好。本节讲的是，双层大棚是否能降低建设成本？结论是肯定的。但这要有科学的认识和严谨的设计，并通过实践去考验。我期盼着这一天的到来。到今天为止，我讲了五讲，总结一句话：基础不挖坑了，墙体不用砖了，架子象蛋壳了，棉被变双膜了，建设使用成本降下来了，我的课也讲完了。科学设计是降低温室大棚建设成本的最有效的途径，是个十分有意义的大课题，也是个难度不大的课题，同时也是未被提到议事日程的边缘课题，可谁能想到，他同时也是全年能为国家和人民节约上亿元的利国利民的大文章。（完）