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依山势而建的“长城”温室,设计巧妙在哪里?

2019-01-18  来自: 漳州市盛胤机械设备有限公司 浏览次数:555


周博士考察拾零(八十七)


“长城”温室——记成都市新津县花舞人间花卉博览园温室


2018年学院都市农业研究所组织的设施7月11日,笔者随中国农业科农业专家考察团来到了成都市南郊的花舞人间4A级旅游景区。该景区位于新津县永商镇,距离成都市约30km。景区占地面积3000多亩(200hm2),拥有迷宫花园、同心潭、杜鹃长廊、云海、花卉博览园、花舞天阶、森林漂流、金沙沟花海、海棠山舍等景点,不同季节根据花期还举办郁金香节、杜鹃花节、鲁冰花节、向日葵节、百合花节、野菊花节、花粉节、兰花红叶节等多个主题花节庆,景区365天花开不断,被誉为“西南赏花之地”。这里山峦叠嶂、空气新鲜,再加上人工营造的能够四季盛开的各种造景花草树木,已经成为了成都市郊有名的休闲观光目的地之一。


景区依山而建,山水相连。汽车一路绕山,我们也在花海中盘旋。在这迷人的花海中,我们似乎早已忘却了多日参观考察的疲倦,个个神清气爽,车厢内人们不时的惊讶声和相机咔咔的快门声,已经成为我们进入景区后的主旋律。不知不觉中,我们的车已经到了山头的最高峰,把我们引到了要参观的现代温室设施。


我们从停车场下车后,沿着导引的台阶拾步向前,从郁密的花丛中突然看到了一座宏大的玻璃建筑(图1),正面墙面上硕大的“365天花舞人间花卉博览园”告诉我们,这里就是我们要参观的目的地。

温室配件

前面的花海已经调动了大家的神经,看到温室更使我精神倍增,一探温室中花海的冲动驱使我疾步向前,以至于忘却了我们还是10多人的团队。


跨入温室的大门,首先看到的是敞亮的大厅,凉爽的空气环境使我不自觉地去思考温室究竟采用了什么方法降温。要知道7月的成都,室外基本是天然的桑拿浴场,突然进入清凉的花海世界,不仅能一饱眼福,还能避暑纳凉,因此这里必然是游客们的地方。作为专业的考察,找到温室的冷源,自然也就成了我们行动的必然。四周看,玻璃墙面光洁平整;抬头看,典型的文洛型温室屋面,似乎和传统的玻璃温室没有两样;定睛细看,原来温室的结构、降温方法、建造技术等与传统的文洛型温室相比,有很多改进和创新,亮点绝不止一处。不着急,这就让我们一起随着导游——温室的建设者,成都聚仓农业科技有限公司总经理杨利琼女士,一起来慢慢评鉴。


温室建筑


该温室依势而建在山顶上,沿着山脊方向曲曲折折地展开(图2),恰似中国北方的万里长城,故笔者称之为“长城温室”。温室总长度1100m,虽然与万里长城的长度远远不在一个数量级上,但在国内外温室建筑中,这种宽度只有30~50m,长度超过1000m的窄长形温室,足可以称其为温室建筑中的“长城温室”了。说温室窄长是根据温室的长宽比而言,但单从温室的跨度看,30~50m的跨度在常规温室中也不能算太小。

温室配件

沿长度方向,温室共分为9个不同的展馆,依次用英文字母从A馆到I馆排序(图3)。每个馆根据展示内容的不同而给出命名,分别为“迎宾馆”“峡谷馆”“幸福馆”“奇妙馆”“花舞天阶”“银色海滩”等。根据各个区域展示花卉和造型的不同,形成不同的功能区。实际上温室内部是完全连通的,所不同的只是每个功能区的长度和跨度有所不同,因此温室中每个功能区的面积有所不同。不同的功能区,是通过不同的植物布景和游览功能来实现的。

温室配件

沿长度方向,温室共分为9个不同的展馆,依次用英文字母从A馆到I馆排序(图3)。每个馆根据展示内容的不同而给出命名,分别为“迎宾馆”“峡谷馆”“幸福馆”“奇妙馆”“花舞天阶”“银色海滩”等。根据各个区域展示花卉和造型的不同,形成不同的功能区。实际上温室内部是完全连通的,所不同的只是每个功能区的长度和跨度有所不同,因此温室中每个功能区的面积有所不同。不同的功能区,是通过不同的植物布景和游览功能来实现的。

温室配件


狭长的平面布局,只有一个主出入口,不设盘门左道(消防门除外),往返超过2km,不仅延长了游人的游览停留时间,也为游人提供了充分的休闲娱乐空间,如游乐场、茶馆、餐饮区、聊天娱乐场等,这些功能区也就成了温室设计中的必要因素。


从温室建筑用材看,屋面采用了中空PC板,在保证温室保温和采光的条件下,更增强了温室屋面的安全性(相对玻璃屋面而言);墙面采用平板玻璃,透亮而美观,正面入口立面更是采用了蓝色镀膜玻璃(图1),通过建筑的色彩变化,调和了玻璃温室单色的色调,更符合观光温室吸引游客的条件。


从建筑防火安全的角度考虑,温室在每个功能馆设置了2道2000mm×2000mm的外开门,便于在应急情况下游客的逃生。当然,考虑到温室四周为玻璃材料,温室宽度方向的距离不长(30~50m),在应急状态下,打碎玻璃逃生也是一种可行的方案。


温室结构


从温室的屋面支撑结构看,温室采用了传统的文洛型结构,即平面桁架支撑天沟,天沟支撑屋面梁,屋面梁支撑屋面透光覆盖材料,如图5。这是一种非常经济的屋面支撑结构,温室的屋面跨度小、矢高低,室内光照均匀,而且每个屋面的汇水面积小,相应天沟的截面面积小,天沟对室内光照的影响也小,利用支撑屋面的桁架结构还可以吊挂室内遮阳保温幕、喷灌系统(含自行走式喷灌车)、循环风机、CO2发生器等设备。这种结构形式的承力构件和连接配件均实现了标准化生产和供应,构配件热浸镀锌,使用寿命长,技术成熟,造价低廉,因此在硬质板屋面覆盖材料(玻璃和PC板)的生产性温室中已经成为了主流,近年来有的温室企业甚至将这种结构形式应用在了柔性塑料薄膜温室上,形成了小屋面的锯齿形、拱圆形或是尖顶形小屋面塑料温室,使温室的标准化进一步提高、造价进一步降低、性能进一步提升(包括室内光照的均匀度和设备安装的灵活性等)。
温室配件

为了增强屋面结构的承载能力,该温室在传统文洛型温室屋面结构的基础上,在每个小屋面的屋面梁上增加一道水平拉杆(图5a),不仅增强了温室屋面的承载能力,而且还缩短了屋面梁的长细比,使屋面梁的截面尺寸进一步减小。应该说这种结构的加强处理方法是合理的,也是必要的。


 


除了对屋面梁的加强之外,该温室还对支撑屋面的平面桁架进行了局部加强,也就是在支撑天沟的位置除了传统的一道竖向支撑腹杆外,还在其两侧各平行附加了一道竖向支杆(图5b)。这种加强支撑方法,是否合理值得商榷。因为3个平行的竖直支杆作为桁架的腹杆承受天沟的压力时应该全部都是压杆,如果由于安装或构件截面出现偏差,很容易发生各个击破的屈曲变形,反而使局部加强的部位成为了承力薄弱点。正确的做法应该是采用斜拉腹杆的方式,尽量让腹杆承受拉力,这样构件的截面才会变小,而且桁架的整体承载能力也会更强。


 


传统的文洛型结构,支撑平面桁架都用立柱,而且立柱之间的间距大都在6.4~12.8m。该温室由于建设时分为2期工程设计施工,温室屋脊的走向也有2种形式:一种是沿温室长度方向;另一种是沿温室的宽度方向。前已叙及,该温室在长度方向的尺寸达到1100m,而宽度方向的尺寸在30~50m。尽管温室沿长度方向分为了若干个单元,但每个单元在跨度方向的尺寸,也就是单榀平面桁架的总长度,最小也在30m及以上。如此大跨度温室,单用平面桁架,如果没有支撑,其变形和构件截面将会很大,由此会大大增加温室的工程造价。


 


为了减小平面桁架的支撑跨度,该温室采用了相互垂直的“井字”梁结构。“井字”梁结构采用了截面不等高而相互垂直的两种截面的桁架。直接支撑屋面天沟的桁架为平面桁架(前已叙及),与屋脊方向垂直;与平面桁架垂直的桁架采用三角形空间桁架,其作用是支撑平面桁架,方向与温室屋脊方向平行,相当于传统文洛型温室屋面桁架的立柱支撑。


 


三角形空间桁架的出现大大加大了温室的跨度,设计中跨度在30m以内时(称为大跨度)不设室内立柱,跨度超过30m时(称为超大跨度)才在空间桁架下设立支撑立柱(图6)。这种设计大大减少了温室内的立柱数量,温室中大部分区域基本看不到室内立柱,更有利于室内作物的布局,也不影响游客在室内的视线。
温室配件三角形空间桁架在两端以及中间与立柱的连接,采用了立柱承台的支撑方法(图7a和图7b),而与之交叉的平面桁架的连接则采用了对接连接的方式,即将平面桁架的端板做成与三角形空间桁架倾斜腹杆相同的倾斜角,平面桁架的下弦杆与空间桁架腹杆的下部平齐,并通过螺栓将平面桁架的端板与空间桁架的倾斜腹杆相连(图7c),从形式上看形成了相互交叉的“井字”梁桁架在二者下弦杆上的基本对齐。
温室配件

相互垂直的“井字”梁桁架在下弦杆上保持齐平后,由于平面桁架和空间桁架的截面高度不同,必然将使空间桁架的上弦杆远远高处平面桁架的上弦杆。为了处理好二者之间的空间关系,该设计将三角形空间桁架正好布置在温室小屋面的正下方,而且由于温室屋脊走向与空间桁架的布置方向正好也是同方向,相当于将空间桁架藏在了温室的小屋面内,不仅有效利用了空间,而且也不影响温室的净空。应该说这是该温室设计的最大创新亮点之一。


温室通风降温


传统的温室通风系统大都采用开窗通风的自然通风方式,运行节能更节约成本;温室的降温系统多采用内外遮阳和湿帘风机降温相结合,降温负荷小,运行成本低。该温室考虑到采用开窗通风可能会出现屋面漏水、墙面不美观(由于温室是按照地形走势设计的,有的局部立面可能无法排风;齿条开窗时齿条安装高度低了,可能会影响游人,高了不方便检修),所以不论温室立面还是温室屋面都采用了完全封闭结构,没有设置任何的开窗通风。为了降低温室的降温负荷,温室设计了室外遮阳,但考虑到室内的美观,没有设计室内遮阳。由于屋面覆盖材料中空PC板的透光率较低(80%以下),成都市常年的室外日光强度也不高,仅用外遮阳足可以满足降低室外光照强度和室内热负荷的需要。温室的通风降温主要依靠室外遮阳和风机湿帘降温系统。为增强室内空气流通,在温室内局部区域还增设了循环风机和独立空调。


风机湿帘降温系统的设置方法与传统温室有很大不同。传统温室的风机和湿帘一般都是分别设置在相对面的山墙或侧墙上,风机与湿帘之间间距小(多控制在50m以内),室内空气运动流向相同,室内环境相对稳定、均匀。该温室考虑到温室的美观和观光游览的需要,没有将大量的风机均匀排布在温室的侧墙上,而是将湿帘相对集中安装,风机也相对集中安装,而且由于风机噪音大可能会影响游客,在风机安装位置的设置上大都将集中的风机组安装在人流不及的地方,或者在风机组安装的周围采用了布景遮挡暗藏的方法,尽量减小风机运行时给游客带来的噪音干扰或安全隐患,而湿帘则安装到了温室墙面的上部,完全不会影响室内游客游览以及室内植物的布景。


湿帘布置时,在跨度较大的大空间,采用了相邻立面集中连续布置的方式;在跨度较小的区域,则采用相对立面均安装湿帘的布置形式(图8)。这种布置方式加大了湿帘的布置面积,因此可更有效降低室内的空气温度,对于保持温室内适当的湿度也有很大帮助。这种湿帘、风机分别相对集中布置的降温方式也算是该温室设计的一种创新,其他温室设计中可参考和借鉴。

温室配件

风机湿帘的这种布置方法,从原理上讲,风机创造室内负压,在室内外空气压差的作用下,自然将会有室外干热空气通过湿帘降温后进入温室。由于温室屋面和墙面没有开窗,相对温室的密封性较好,温室内始终处于负压状态,湿帘风机降温的效率也较高。据介绍,这种风机湿帘降温系统基本能满足夏季室内的降温要求(我们参观时正值7月的盛夏三伏天,这个季节能有效降温,基本可以判定温室的降温系统是有效的)。美中不足的是一年四季每天都要开启风机通风(不论降温与否),相比自然通风系统,在一定程度上增加了温室的运行能耗。


这种完全封闭温室采用全天候风机湿帘运行的设计方案为我们的温室设计提供了一个样板。在具体的温室设计中是否要采纳这种形式的降温系统,应该经过开窗机构的建设和运行维护成本与湿帘风机的运行成本比较分析后确定,不必照搬照抄这种形式。


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