周博士考察拾零（一百一十三） 大跨度“氣樓”塑料大棚

“氣樓”在民用與工業建筑上是指沿建筑物屋脊安裝且高于屋脊部位用于換氣、排音、采光、防雨的排窗。由于其位于建筑的最高位置，理論上講，其熱壓通風的效率最高，所以在大跨度工業廠房中被廣泛應用。

傳統的溫室、大棚屋面通風大都采用屋脊開窗或屋面開窗的形式通風，包括屋脊上懸窗（連續開窗或間隔交錯開窗，多用于玻璃等硬質板材透光覆蓋材料溫室）、鋸齒通風窗、屋脊平移通風窗（上下平移或左右平移）[1]、屋面卷膜開窗以及全開屋面通風等。這些通風方式可以直接借用溫室屋面骨架，不需要附加設置其他的結構桿件即可安裝通風窗，因此建筑投資省、建設速度快，而且由于沒有屋面“隆起”部件，溫室的抗風要求也相應降低。

對一些自然通風的連棟溫室，為增強溫室的自然通風能力，也有采用“氣樓”式通風窗進行屋面通風的案例（圖1）。按照“氣樓”的外形不同，有直立側墻坡屋面氣樓（圖1a）、三角形氣窗1

（圖1b）和斜立側墻圓拱屋面氣窗（圖1c）等形式。從通風的效果看，屋脊平移通風窗在窗扇頂起后也具有與屋面“氣樓”相同的通風效果。

標準的塑料大棚，由于建筑體本身為單跨，跨度一般在8～10 m，無論是落地拱棚還是帶肩拱棚，依靠雙側側墻的卷膜開窗一般都能取得良好的通風效果。在炎熱地區建設塑料大棚或其他地區越夏生產的塑料大棚，在屋面上設置卷膜通風，結合側墻通風一般也能滿足通風降溫的要求。對室外氣溫持續較高或室內種植作物對光照要求不高的大棚可設置外遮陽網或對棚膜表面噴白，既解決了大棚遮陽的問題也解決了大棚降溫的問題，所以標準的塑料大棚基本不采用“氣樓”式的通風形式。

近年來，隨著設施建設土地資源越來越緊張以及大棚內機械化作業水平的不斷提高，大跨度塑料大棚相繼在全國各地興起，大棚跨度從標準的10 m以內發展到20 m，甚至30 m以上，大棚在跨度方向的外圍尺寸基本和3連跨、5連跨的連棟溫室相差無幾，因此僅僅依靠側墻通風的傳統標準大棚自然通風方式將難以滿足這類大跨度大棚的降溫需要，一些連棟溫室上采用的強化通風的“氣樓”式通風窗自然而然地被使用在了這種塑料大棚上。

大跨度塑料大棚上“氣樓”

通風窗的形式

大跨度塑料大棚上的“氣樓”通風窗，除了可用圖1所示連棟溫室采用的形式外，筆者在走訪中還發現了另外3種形式，分別為矩形、梯形和圓拱屋面形（圖2）。

從提高通風效率和增強溫室結構抗風能力的角度分析，梯形結構通風窗似乎更合理，一是斜立側墻對側面來風具有導流作用，結構表面的風荷載體型系數小，同等風力作用在結構上的壓力較小;二是從室內溢流的熱風不受任何阻擋可直接排出室外，排風的流道短、孔口阻力小，排風效率高;三是采用卷膜通風時，兩側斜面可以支撐卷膜軸，相應對薄膜的拉拽和卷膜電機的動力輸出要求低。但梯形通風窗如果在下雨期間不能及時關閉窗口，室外降雨將會直接垂落到溫室室內（當下雨伴隨刮風時，直立側墻的通風窗也同樣會有雨滴飄入溫室的問題，但可以通過上風側關閉下風側打開的方式解決這個問題），尤其在高溫季節下雨期間需要進行通風換氣時，這種通風窗的防雨弱點更是被充分放大。

圓拱屋面通風窗與平屋頂的矩形或梯形通風窗相比，頂面不易積水，尤其對塑料薄膜圍護的通風窗更不會在通風窗的頂面形成水兜，表面積灰引起透光率降低的程度也較小。從外觀造型上看，圓拱屋面的“氣樓”較矩形或梯形的更美觀，但在相同通風口高度的情況下，圓拱屋面“氣樓”的建筑高度最高，因此對結構的抗風要求更高，同時結構的用材量也最大，施工安裝的工時也最長。

不同形式的“氣樓”建筑各有特點，在具體設計中應根據溫室建設地區的氣候特點、溫室種植作物對通風降溫的要求以及工程造價等多種因素綜合考慮，優化選擇確定“氣樓”的建筑形式。

“氣樓”式大跨度塑料大棚結構

大跨度塑料大棚按其保溫形式的不同分為不保溫大棚、外保溫大棚和內保溫大棚（圖3）。不保溫大棚就是簡單地將標準塑料大棚跨度和高度加大，其保溫性能和普通塑料大棚基本相同，而保溫大棚則是在大棚屋面上增設能夠卷放的柔性活動保溫被，白天保溫被卷起便于大棚采光，夜間保溫被展開為大棚保溫，由此可大大提高塑料大棚的保溫性能，不僅延長了傳統塑料大棚“春提早、秋延后”的種植時間，在一些冬季溫度不是很低的地區甚至還可以實現越冬生產，使大棚和土地的使用效率雙雙得以提升，從而獲得經濟效益、社會效益和生態效益的全面提升。

保溫大棚按照保溫被的設置位置不同可分為外保溫大棚（圖3b）和內保溫大棚（圖3c）。不設“氣樓”的大跨度外保溫大棚的結構和保溫被的安裝與控制筆者在2017～2018年本刊上進行過總結[2-3]。事實上，在外保溫大棚上安裝“氣樓”，由于需要對“氣樓”單獨保溫，配套的保溫設施相對復雜，所以配套“氣樓”的大跨度塑料大棚主要為不保溫大棚和內保溫大棚。

“氣樓”的承力結構

在大跨度塑料大棚上支撐“氣樓”的承力結構有兩種形式：一種是單柱結構，在大棚跨中設單立柱，柱頂安裝與大棚屋脊同方向的柱頂梁，在柱頂梁上安裝“V”形支桿，下部支撐在柱頂梁上，上部與大棚屋面拱桿相接并分別支撐“氣樓”在屋面上的兩側底邊（圖4a）;另一種是雙柱結構，在大棚跨中采用雙柱，立柱從地面直接通到大棚屋面拱桿并支撐“氣樓”在屋面上的兩側底邊（圖4b），兩根立柱在大棚跨度方向的間距即是“氣樓”的跨度，其位置則處于“氣樓”的側墻正下方。為了增強結構的承載能力，在大棚立柱與屋面拱桿的上部位置還可增設加強支撐（圖4c），具體的結構形式可根據大棚建設地區的風雪荷載以及大棚跨度和“氣樓”的建筑形式及尺寸等設計參數確定。

“氣樓”式內保溫大棚的結構與保溫

采用保溫被做內保溫的大跨度保溫塑料大棚，其結構形式一般都是采用雙層骨架結構（圖5）。內層結構和外層結構分別覆蓋塑料薄膜，形成雙膜保溫結構。嚴寒季節可雙膜覆蓋提高白天的保溫性能;氣溫適宜的季節或時段，可揭開室內保溫膜，大棚單膜覆蓋以增強大棚的采光。保溫被安裝在內層骨架，在山墻端安裝擺臂式卷簾機，白天卷起，夜間展開，以保證大棚夜間的保溫和白天的采光。將保溫被安裝在內層骨架，一可以避免保溫被受外界風雨雪的侵擾，降低對保溫被防水和抗老化的要求，延長保溫被的使用壽命;二可以在兩層骨架間形成空氣間層，進一步提高溫室的保溫性能。所以，在嚴寒地區或者需要大跨度保溫大棚越冬生產時常采用內保溫的大棚結構。

對于不設“氣樓”的內保溫大棚，保溫被可以全部覆蓋內層拱架的屋面，在屋脊處固定，從兩側活動邊向屋脊卷放，可形成屋面保溫被的嚴密密封。

對于柱頂安裝“V”形支桿的單立柱“氣樓”內保溫大棚，可將內層骨架安裝到立柱柱頂梁上，內層骨架雙側屋面保溫被用兩臺卷簾機分別卷放兩張保溫被，兩張保溫被的固定邊可固定在“V”形支桿的兩側，兩幅保溫被之間可用固定保溫條連接（由于固定條的幅寬較小，基本不影響大棚內作物的采光）或如同不設“氣樓”的內保溫大棚一樣直接用一整幅保溫被，在遇到“V”形支桿時保溫被開口繞過支桿，也能形成比較嚴密的保溫。對于大棚的通風，可像日光溫室一樣，在內層骨架保溫被卷起位置的下方設置沿大棚長度方向通長的通風口（可以是卷膜開窗、拉膜開窗，也可以是齒輪齒條開窗，甚至還可以不設開窗機構用保溫被控制通風口的啟閉），白天保溫被卷起，當室內溫度達到設定通風溫度后，通風口打開，大棚通風;當室內溫度在設定通風溫度以下時，關閉通風口，室內外雙層膜形成大棚良好的采光和保溫。

對于安裝“氣樓”的雙立柱內保溫大棚，由于立柱要貫通內外兩層屋面拱架，并且彼此還有一定距離，上述的單幅保溫被雙側卷被的方案將無法實現“氣樓”下部兩柱之間的卷放。如果在這塊區域采用固定式保溫被保溫，一是保溫被的陰影面積太大;二是固定保溫被同時也封閉了“氣樓”的出風口，大棚的通風將受到直接阻擋，為此，設計者采用了中空PC板做“氣樓”的底板（圖6a），一是中空PC板具有一定的透光性能，不會在大棚內形成固定的陰影帶;二是中空PC板同樣也具有一定的保溫性能，盡管其保溫性能無法和保溫被相媲美，但與塑料薄膜比較卻有數量級的增加。為實現“氣樓”的通風，在“氣樓”的底板PC板上安裝了齒輪齒條開窗機（圖6b），需要通風時將“氣樓”底板頂起，打開出氣口通風;需要保溫時放平底板，關閉通風口。當然，如上述單立柱結構大棚一樣，在內層骨架的屋面上保溫被卷起的位置開設通風口，也可以解決這個問題。不論采取哪種通風方式，由于氣樓底板的保溫性能遠不及保溫被的保溫性能，因此，“氣樓”底板實際上在大棚內形成了一個“冷橋”，非常不利于大棚的整體保溫，或許在不影響“氣樓”底板開窗通風的基礎上在其上表面附加一層水平活動保溫被與內保溫被形成閉合保溫系統，會使這個問題得到有效解決，實踐中可以嘗試應用。

凹形“氣樓”

前述介紹的“氣樓”都是凸出屋脊的通風窗。2013年筆者在云南調研中還發現過凹形“氣樓”，在此也一并介紹。凹形“氣樓”是相對凸形“氣樓”而言的。凸形“氣樓”是通氣窗凸出大棚屋脊的通風窗，而凹形“氣樓”則是通風窗在屋脊部位垂凹進室內，從外形看是在屋脊處形成一個凹槽（圖7a），恰似完全對稱型陰陽型日光溫室的外形，只是前者凹槽的兩側為屋面通風口（圖7b），而后者為保溫屋面。嚴格講，這種大棚的屋脊應該是凹形“氣樓”的兩側“屋檐”。

由于大棚屋脊在風壓作用下始終處于負壓狀態，所以，不論是風壓還是熱壓，凹形“氣樓”通風窗都是向外排氣，基本不會發生室外冷空氣倒灌的問題。另外，從建筑外形看，由于沒有屋面的凸出結構，對大棚結構的抗風要求也不會進一步提升。從室內看（圖7c），大棚“屋脊”下沉，其結構為立柱支撐“底板”，該“底板”既是屋面雨雪的排水槽，也是屋面通風窗操作的作業走道，同時也兼做用于薄膜更換或結構維修的作業平臺。從室內種植作物的要求看，雖然大棚的“屋脊”下沉，降低了傳統大棚的屋脊高度，但基本不影響室內作物的種植空間。

和凸形“氣樓”的支撐方式相同，支撐凹形“氣樓”底板的方式也有單柱和雙柱之分（圖8）。由于是直接支撐“樓板”，所以，民用建筑上的一些常規的立柱支撐方式都可以直接采用。

凹形“氣樓”通風口的開啟方式，可以是手動扒縫（圖9a），也可以是手動或電動卷膜（圖9b）。手動扒縫需要操作者經常上下屋頂操作，作業勞動強度高、環境控制也不精準。在條件許可的情況下，建議盡量采用卷膜開窗的方式。

參考文獻

[1]周長吉.周博士考察拾零（一百）從引進到自主創新——記興邦（漳州）溫室制造有限公司的創新之路[J].農業工程技術（溫室園藝），2020，40（1）：54-61.

[2]周長吉.周博士考察拾零（七十五）大跨度保溫塑料大棚的實踐與創新（上）[J].農業工程技術（溫室園藝），2017，37（34）：

20-27.

[3]周長吉.周博士考察拾零（七十六）大跨度保溫塑料大棚的實踐與創新（下）[J].農業工程技術（溫室園藝），2018，38（1）：

38-43.

[引用信息]周長吉.周博士考察拾零（一百十一三）大跨度“氣樓”塑料大棚[J].農業工程技術，2021，41（04）：52-56.