luda 大跨度外保温型塑料大棚的设计及应用
目前，塑料大棚和日光温室是北方地区主要的园艺设施类型。塑料大棚建造成本低、建设速度快、土地利用率高，适合中国南北气候区域，其分布遍及大江南北，可种植蔬菜、花卉、食用菌、果树等，也可用于蔬菜育苗、水稻育秧、畜牧养殖和水产养殖。但是，塑料大棚在河南地区主要用于春提前和秋延后栽培，保温性能低，不能用于越冬栽培，制约了其发展和利用。北方冬季越冬栽培主要利用日光温室，日光温室可保证室内外温差为28℃，在河南地区主要进行喜温果菜类的长季节栽培，但是日光温室土地利用率低，降温效果差，越夏生产困难。
河南地区作为中国早春蔬菜的重要供应基地，早春茬口定植于冬末，盛果期在早春，前期以保温为主，后期则要加强通风。为满足栽培茬口的要求，近年来河南地区出现了一种外保温型塑料大棚（图1），将日光温室上的外覆盖保温系统利用在塑料大棚上，提高冬春季保温性能，增加大棚高度，利用顶部和底部通风口对流降温，增大通风量，进行越夏栽培，将塑料大棚和日光温室的两方面优势结合起来即可实现周年生产。
结构与设备
结构参数
为保证采光均匀性，大棚采用南北延长的方位，长度100m，跨度20m，单栋建筑面积2000m2。脊高6.2m，拱架平均屋面角为31.5°，底角处屋面角75°，屋脊位置处屋面角15°。大棚外覆盖保温被，机械卷放。沿大棚长度方向设置底部通风口和顶部通风口。
承重结构
结构是大棚的承力体系，是抵抗室外风雪荷载、室内作物荷载及设备荷载（如保温被、保温幕、吊挂设备等）的承力构件的集合，同时也是安装塑料薄膜等围护材料的载体。大跨度外保温型塑料大棚跨度大、高度高，设计时必须充分考虑结构安全性。大棚承重结构包括基础、骨架（由立柱、拱架、屋脊横梁、纵向系杆等组成）和山墙（图2）。
◎基础 大棚四周设置无筋混凝土条形基础，基础埋置深度不小于0.5m，基础顶部设置200mm高钢筋混凝土圈梁，并设置预埋件，便于安装拱架。圈梁顶面高出室外地面0.2m，防止雨水倒灌入温室内。基础外侧贴100mm厚聚苯乙烯保温板，高出地面部分的基础与圈梁表面抹水泥砂浆起保护作用，同时外部设置排水沟，防止雨水渗入地基。中柱下部设预制混凝土独立基础，基础顶部留置预埋件，方便连接中柱（图3）。
◎骨架 中柱、横梁、拱架、纵向系杆、立柱间剪刀撑和斜撑共同组成大棚骨架。大棚中部设一排立柱，采用矩形镀锌钢管，间距3m，中柱下部固定在独立基础预埋件上，上部与横梁进行螺栓连接。横梁采用钢桁架制作，钢桁架上、下弦均采用矩形镀锌钢管。桁架每隔1m设置1根矩形钢管做竖向腹杆（图4），用于安装拱架，其他位置设置斜向腹杆。钢桁架顶部设置一对等肢角钢，用于固定保温被。大棚拱架间距1m，采用装配式C形钢桁架结构，桁架上、下弦采用冷弯C形钢，腹杆采用冷弯钢板，腹杆与上、下弦采用螺栓连接。拱架上部与钢桁架竖向腹杆螺栓连接，下部与条形基础圈梁上预先埋置的预埋件连接。
为增强大棚整体稳定性，沿大棚长度方向设置纵向系杆。纵向系杆与拱架下弦采用专用连接件连接。纵向系杆间水平投影间距2m。靠近山墙的5排拱架设置斜撑连接。斜撑采用冷弯C形钢，分别于靠近山墙处拱架两侧倾斜交叉布置1道，提高大棚端部的承载能力。为增强大棚整体性和沿长度方向的承载能力，每隔20m在立柱间交叉布置1道剪刀撑。
◎山墙 北侧山墙采用240mm厚砖墙，增加整体安全性，北墙探出，可防止冬季西北风刮起保温被，减少缝隙放热。南侧山墙采用钢骨架覆盖塑料薄膜，钢骨架由立柱和水平压膜槽组成（图5），采用两根拱形钢管加强山墙结构稳定性。大棚内侧张挂保温被，白天拉开，夜间盖严，提高大棚保温性能，且不影响采光。
配套设备
◎通风口 为保证塑料大棚的通风需求，利用压膜槽在大棚两侧分别设置顶部通风口和底部通风口（图2）。通风口宽度1.0m。通风口通过卷膜器卷放薄膜实现通风，内部设置防虫网，防止室外昆虫进入室内。底部通风口的下沿距室内地面0.5m高。顶部通风口与屋脊的水平距离1.5m，内侧设置网架支撑，可防止兜水。为防止大风时卷膜轴来回摆动，在通风口处捆绑数道交叉压膜线固定通风口处薄膜。
◎出入口 在南、北山墙上沿温室中柱西侧分别设两个出入口，在大棚内侧建造缓冲间，缓冲间使用塑料薄膜作为围护材料，进入缓冲间的门与进入温室的门应错位布置，减少人员进出时的冷风灌入。两门洞之间设置走道，上午保温被形成的阴影带被投影在走道附近，可减少遮荫对作物光合作用的影响。
◎外保温装置 外保温材料应选用防水、光滑、质轻、耐久性好、传热系数小于2.0W/(m2•℃)的保温被。大棚两侧分别覆盖保温被，采用两台卷帘机分别每条保温被间搭接宽度应不小于10cm，使保温被形成一个整体，减少缝隙放热。
性能特点
土地利用率提高
与日光温室相比，该塑料大棚为全采光结构；与普通塑料大棚相比，由于增加了中柱，大棚跨度增大；而且大棚底角处屋面角75°，保证了足够的栽培空间，土地利用率显著提高，可达80%；与日光温室相比，土地利用率提高30%以上。
保温性能好
由于外保温覆盖物，温室跨度大的原因，缓冲能力增加，该塑料大棚保温性能较普通塑料大棚有较大提高。经测定，大跨度外保温型塑料大棚在未种植作物情况下，当室外气温为-15℃时，室内温度为6℃，室内外温差为21℃，与日光温室性能相近。在河南地区深冬季节可进行喜温类蔬菜栽培生产，番茄1月下旬定植，3月下旬产品即可上市，比普通塑料大棚提早上市50天左右。
抗灾能力强
该塑料大棚结构合理，基础坚固，且上部自重小，抵抗暴雨、积雪等自然灾害能力强。大棚高度大，屋脊位置处屋面角大于15°，大部分位置处屋面角大于20°，不易形成积雪，抵抗雪灾能力强。2018年1月，河南经历了强降雪天气，驻马店地区累计积雪厚度30cm以上，在驻马店市平舆县建造的大跨度外保温型塑料大棚正常进行生产作业，经受住了灾害天气的考验。
使用范围广
与普通大棚相比，该大棚棚内空间大，便于开展机械化作业，不但可进行蔬菜栽培生产，也适用于果树栽培。
性能
大跨度外保温型塑料大棚在河南地区主要应用于早春茬和秋冬茬栽培，种植喜温果菜类，一年可收获2茬。以栽培番茄为例，早春茬12月初育苗，翌年1月下旬定植，温室内增设保温幕，提高其保温性能，按温度控制管理保温被，3月下旬开始采收。秋冬茬于7月下旬育苗，9月下旬定植，11月上旬开始采收。
效益分析
该塑料大棚间距3m，两侧道路6m，占地面积约为2438m2。大棚净使用面积为1985m2，建造成本约为120元/m2，以设施内栽培番茄为例，计算成本和收益。
生产及经营成本
①年生产成本：有机肥25m3，120元/m3，计3000元；种子2100元；化肥1000kg，2元/kg，计2000元；农药1200元；地租4000元；合计12300元。
②大棚折旧费用：棚膜、防虫网、压膜线按3年折旧，平均每年3500元；保温被按6年折旧，每年4900元；大棚主体按10年折旧，每年15000元；设施维修费用平均每年计1000元；合计24400元。
③人工、营销及管理费用：按照每2人管理1栋大棚，每月1800元，每栋大棚年人工费用4.32万元；管理及营销按平均每年2000元计；合计4.52万元。每栋大跨度外保温塑料大棚年生产总成本共计8.19万元，每667m2生产成本2.75 万元。
产出
早春一茬番茄产量7500kg/667m2，均价3.0元/kg，产出2.25万元/667m2；秋冬1茬番茄产量5000kg，均价3.0元/kg，产出1.5万元/667m2；年产值3.75万元/667m2。
效益分析
每栋大跨度外保温塑料大棚年净收益3万元，平均每667m2耕地年纯收入0.85万元。