蜂巢保溫大棚的特點(diǎn)與應(yīng)用

郭長進(jìn)，趙濱

（1.合肥野生動(dòng)物園，安徽 合肥 230312；2.安徽東廬植物園有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

0 前言

半球型（蜂巢）大棚等五項(xiàng)相關(guān)專利和研發(fā)技術(shù)于2007年研制成功的最新成果。團(tuán)隊(duì)成員一直秉承創(chuàng)新、務(wù)實(shí)的思想，在長期的發(fā)展過程中致力于研究開發(fā)高壽命、高抗性、低成本、更優(yōu)質(zhì)的蜂巢大棚及其衍生產(chǎn)品。在這種相關(guān)理念的指導(dǎo)下，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，利用較為輕便的鍍鋅管架和專業(yè)防水PVC拉伸膜制作出了第一代產(chǎn)品球形大棚。該設(shè)計(jì)已獲批為國家實(shí)用技術(shù)專利。

1 半球形大棚

半球形大棚是蜂巢大棚一種，棚體是由若干個(gè)鍍鋅管按三角形交叉搭建而成，且每個(gè)交叉點(diǎn)均用高強(qiáng)螺栓固定連接，棚體的外表面安裝圓形窗戶，棚體的底端設(shè)置有圓形拱門，棚體的頂端安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，利用空氣對流帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到棚內(nèi)換氣的作用，無須像傳統(tǒng)的大棚用電力驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部空間無需任何支柱及立柱，空間利用程度高，無死角。抗風(fēng)、抗雪、抗震能力強(qiáng)。耐壓，每一支點(diǎn)可承受100kg左右，半球形結(jié)構(gòu)可以使風(fēng)力分散。內(nèi)壁可安裝熱水循環(huán)管，外周可安裝太陽能電池組件等。

半球形大棚半徑有10m、15m、20m等規(guī)格，最大半徑40m。產(chǎn)品主要材料為框架使用鍍鋅管架，防銹，更經(jīng)濟(jì)耐用，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)無釋放，防水防曬。所有外圍覆蓋膜為專業(yè)戶外防水PVC拉伸膜，價(jià)格相比同類水平更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,內(nèi)壁可填充聚酯發(fā)泡劑、保溫棉或水泥。該種大棚使用壽命為10年，相比正常大棚2年左右的使用期限，質(zhì)量更佳。

圖1 半球形大棚圖

2 產(chǎn)品優(yōu)勢

抗壓性強(qiáng)。球型大棚的材料和弧形結(jié)構(gòu)，不易積雪、積水，抗雪壓能力是傳統(tǒng)的拱形棚和聯(lián)棟式大棚所不能比擬的。

抗風(fēng)性強(qiáng)。球型棚沒有迎風(fēng)面，可以抵御任何方向的來風(fēng)。

圖2 山西榆社1800m2的蜂巢棚

抗震性強(qiáng)。蜂巢棚是不同長短的鍍鋅管編織成半球型的結(jié)構(gòu)，非常穩(wěn)固。無支柱，大空間解決了抗震問題。

圖3 蜂巢棚外部圖

空間大。解決耕作空間狹小性的問題，傳統(tǒng)的拱棚和聯(lián)棟式大棚受高度限制，導(dǎo)致在棚里操作空間狹小、壓抑。

圖4 蜂巢棚內(nèi)部圖

保溫性強(qiáng)。球體具有空間最大化表面積最小化的幾何特征；其中空間最大化可以創(chuàng)造出更為空曠的耕作空間，表面積最小化可以達(dá)到外界最小的氣候干擾，冬季夜晚的幅射降溫減小，夏季外界熱源傳遞輸入的表面積也減小，這樣更利于溫室內(nèi)溫度的穩(wěn)定，更為節(jié)能。也可實(shí)現(xiàn)三維立體耕作，節(jié)約土地使用面積。

3 技術(shù)特點(diǎn)

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)采用整體張力設(shè)計(jì)、拱橋的平衡力原理、三角穩(wěn)固性原理、空間最大化、表面積最小化的球體幾何原理、金屬球罩的電場屏蔽原理、煙囪效應(yīng)、短程化材料的力臂原理、溫室的蓄熱機(jī)理、空間的三維耕作設(shè)計(jì)、保溫遮陽及能量循環(huán)設(shè)計(jì)等技術(shù)，使本產(chǎn)品能夠達(dá)到各方面的性能要求。

3.1 短程化材料的力臂原理

從材料的運(yùn)用上，一改傳統(tǒng)溫室的長程材料為短程材料，建造普通溫室的管材大多6m長左右，這樣的長程材料受到外界扭曲后容易變形，而采用1～2m長的管材，就得需用數(shù)倍的力量才能讓其變形，這就是材料短程化后，使材料的力學(xué)得以最大化的發(fā)揮。另外普通溫室在材料組建時(shí)大多采用排列式組建，沒有對材料進(jìn)行三角交叉，形成局部的鐵三角和六邊蜂巢，這樣也形成了普通溫室局部受力后易變形的原因，而三角結(jié)構(gòu)與蜂巢六邊結(jié)構(gòu)所形成的穩(wěn)定性就可以輕松地解決外力變形的問題。

3.2 煙囪效應(yīng)

熱空氣上升，底部開窗+頂部無動(dòng)力風(fēng)機(jī)，使蜂巢內(nèi)部形成空氣對流，加上蜂巢中部很高，產(chǎn)生煙囪效應(yīng)帶走大量熱量和濕氣。

3.3 三維耕作

從某種含義上也叫垂直耕作或者垂直農(nóng)業(yè)，就是讓植物的光合葉面積布滿整個(gè)空間，由于人口劇增，土地減少，如果僅僅靠當(dāng)前的平面種植法，很難實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)的大幅度提高。即使采用最先進(jìn)的育種技術(shù)，其產(chǎn)量還是有很大的限制性。而空間的利用是無限的，是不受平面耕作面積影響的，這是提高生物量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的關(guān)鍵，也是未來農(nóng)業(yè)要有更大突破與飛躍的技術(shù)切入點(diǎn)。

3.4 溫室的蓄熱機(jī)理

采用的是吸熱保溫原理，一方面大棚的材料可以采光吸熱，同時(shí)也有保持溫度的作用，防止熱量散失。日光溫室保溫性能比較好，成本也比較低。

4 市場應(yīng)用

4.1 農(nóng)業(yè)

對于擁有大面積土地，且農(nóng)作物生產(chǎn)因所在的地理環(huán)境、自然因素等影響而產(chǎn)量不佳的地區(qū)，可考慮采用蜂巢溫室的方法，它有著提高抗雪壓能力、抗風(fēng)性、抗震性、解決耕作空間狹小性、提高蓄熱保濕性等優(yōu)勢。因本產(chǎn)品的空間利用率很大，可進(jìn)行空間上的無土種植，更加高效地生產(chǎn)蔬菜。

另外，空間大，無立柱，可以生產(chǎn)機(jī)械化，使用大型噴霧器等機(jī)具，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，不僅可以生產(chǎn)蔬菜，還可以種植高大的果樹。

4.2 旅游景點(diǎn)

有些旅游景點(diǎn)由于生態(tài)紅線，不能建設(shè)房屋，但蜂巢大棚作為臨時(shí)用房，不受政策影響。還有許多地區(qū)的旅游業(yè)因自然風(fēng)景單一、沒有特色、相同市場的競爭壓力大等原因，出現(xiàn)每年的旅游人數(shù)遞減的現(xiàn)象，為此可采用蜂巢大棚唯美造型和技術(shù)，設(shè)計(jì)不同外觀形狀的大棚，將景點(diǎn)更加的多元化，吸引更多的消費(fèi)者。例如，利用溫室大棚進(jìn)行辦公、展覽、景觀休閑、溫泉沐浴、室內(nèi)游泳池、休閑度假的小旅館、生態(tài)餐廳的建設(shè)等等。

圖5 旅游景點(diǎn)應(yīng)用蜂巢棚

4.3 城市邊緣區(qū)

在城市邊緣地區(qū)，近年來興起的一種都市農(nóng)業(yè)的新型農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，將更加依賴球型蜂巢大棚，以保障水文循環(huán)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、生物多樣性維持，以及提供教育、觀光等生態(tài)服務(wù)。

4.4 動(dòng)物籠舍

動(dòng)物展覽中，有些動(dòng)物籠舍經(jīng)常變動(dòng)。蜂巢大棚建造和搬移方便，成本低，保溫效果好，對于熱帶動(dòng)物的飼養(yǎng)和觀賞效果明顯。成功用于合肥百鳥園建設(shè)，建造了熱帶雨林棚、荒漠戈壁棚、炎熱帶闊葉林棚、科普表演棚，不僅節(jié)約了成本，而且還可以與動(dòng)物親密接觸。

圖6 動(dòng)物展覽應(yīng)用蜂巢棚

5 前景及發(fā)展趨勢

隨著我國經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展及我國國際地位的提升，從人類的發(fā)展來看，農(nóng)業(yè)是人類首先創(chuàng)造的生產(chǎn)活動(dòng)形式，農(nóng)業(yè)是人類和社會生產(chǎn)活動(dòng)的重要基礎(chǔ)和起點(diǎn)。人類社會發(fā)展農(nóng)業(yè)能夠滿足人們生存和發(fā)展的基本需要。從我國農(nóng)業(yè)部門的發(fā)展來看，其在整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的作用日益彰顯，顯現(xiàn)出其他產(chǎn)業(yè)無法替代的作用。與此同時(shí)，我國的旅游業(yè)作為第三產(chǎn)業(yè)，成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具發(fā)展活力的行業(yè)之一，且成為第三產(chǎn)業(yè)中最具發(fā)展活力的行業(yè)之一。蜂巢大棚不僅在國內(nèi)農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)逐漸推廣，現(xiàn)已在瑞士、臺灣等地幾個(gè)景點(diǎn)投用。以后可以逐步向服務(wù)業(yè)、礦石勘探、國家邊防、災(zāi)后重建、生產(chǎn)廠房等行業(yè)擴(kuò)展。綜合上述前景，蜂巢溫室項(xiàng)目具有強(qiáng)大的市場。