智能温室大棚设计方案
智能温室大棚设计方案 2020-02-09 13:17:34 本工程为智能温室大棚设计，
11 连栋,长 32 米，宽 88 米，大,轴线面积 2816 平方米外遮阳温 室， 2 栋，共 5632 平方米。工程内容主要包括大棚主体设计、
制作、安装 。二．温室规格
根据建筑方要求，该大棚为薄膜温室，型号为 pgr-8l。大
棚采用圆拱形屋面结构，跨度 8 米，肩高 3 米，脊高 4.8 米，加
外遮阳系统总高度 5.3 米,墙裙高 0.3m，拱杆间距 1m，立柱 4
米。大棚的两侧及顶部安装卷膜机构，并用宽 1.5m 米的防虫网,
门洞尺寸（宽3高）为 232 米, 11 联栋。外遮阳连栋温室，每
跨温室前端配置排风机；后端面安装降温湿帘；温室安装倒挂
式微喷灌。见《连栋温室大棚端面结构图》与《连栋温室大棚
侧面结构图》
三．大棚的结构设计
本设计参照美国?温室设计标准?和国家相关标准设计。包括
? 建筑结构载荷规范 ? （ gbj9-87 ）， ? 钢结构设计规范
?(gbj17-88),?冷弯薄壁型钢结构技术规范?(gbj18-87)，《建筑
物最小设计荷载要求》等。
根据西南气候及本温室大棚等资料，轻钢结构，外型设计使 用圆拱型，圆拱室顶比尖拱型室顶采光性高 20%，；圆拱型温室
具有良好的通风性能，跨度 8 米，也具有良好的落水性能；并结
构性能更好。见阳光照射示意图。
风载：1.53kn/m2
雪载：22.4kn/m2
恒载：116.2kg/m2
吊挂载荷：118.3kg/m2
最大排雨量：1150mm/h
见载荷设计示意图。
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温室主体结构包括:主体结构、通风系统、覆盖物、等。 温室基础采用独立墩基础以及基础墙，与地面平齐，四周砌
0.3 米高的墙裙。温室主体结构使用寿命95 年。
四．材料选型
骨架采用双热镀钢材 kt37，该钢材含硅低，表面处理采用热镀
锌；覆盖材料采用的 55 丝无滴膜。
1、温室主体结构：
（1）、拱杆：拱杆是该产品中用料最多，也是最重要的部件，它
的好坏直接影响温室的使用寿命及美观性，因此在选料上选用钢
管精细加工、定型，再经热镀锌处理，使用寿命95 年。经过受
力分析及应力计算，选用 80 管。
（2）、脊梁、支撑杆：考虑坚固耐用及安装方便，选用热镀锌管，
经过受力分析及应力计算，选用 2035.5 钢管。
（3）、门柱、端竖管：为使安装方便、结实耐用，故也选用热镀
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锌矩管， 经过受力分析及应力计算， 考虑经济性， 选用
5033031.8 矩管。
（4）、侧竖杆：用于支撑槽板及安装卷膜机构，要求结实耐用，
因此选用热镀锌管，选用 90 管。
（5）、立柱：是主要的支撑受力部件，要求坚固耐用、连接方便，
选用热镀锌管，经过受力分析、应力计算及用户要求，立柱选用
6036035.0 矩管，包含边立柱和端立柱。
（6）、拉杆：温室的主要定型部件，直接关系到温室的使用寿命
及安全。经过受力分析及应力计算，选用 3239.5 热镀锌钢管。
（7）、水槽：水槽是温室各拱之间的连接件，并用于排水和安装
人员行走，要求坚固耐用、连接方便，选用镀锌板，经过受力分
析及应力计算，选用 5.0 镀锌板冷成形，采用螺栓连接。
（8）、卷膜杆：用于卷棚侧薄膜，要求不得划伤薄膜、结实耐用， 自重要求轻，也因此选用镀锌管，考虑卷膜效率等因素，选用 ф90
热镀锌管。
（9）、用于棚内的保温，要求采光性能好。采用 0.15mm 无滴薄
膜。
2、大门：两端面各设 30m33m 双开扇大门两个,推拉结构。
3、通风系统：该系统使棚内空气能够得到充分改善。温室两侧
及顶部安装卷膜机构，采用手动拉链卷膜，自动控制。
1、采用“湿帘——风机”降温系统。湿帘风机降温系统由湿帘、
风机、水循环系统及控制装置组成。它是利用水蒸发降温原理，
将湿帘与风机分别装于密闭房舍的两端山墙上，当风机抽风时，
造成室内负压，迫使室外未饱和空气流经多孔湿润的湿帘表面，
引起水分蒸发，使室内的空气温度降低,该系统使棚内空气能够
得到充分改善。湿帘–风机降温系统功能特点：
2 降温效果好――湿帘风阻小，蒸发效率高，能承受较高的过流风
速，这样单位面积的就能使更多的空气通过并降温。保养良好的
湿帘降温系统能年复一年地保证 75-80%的降温效率。
湿润净化空气――通过湿帘进入温室的空气更加清闲湿润，更适 宜农作物生长。 操作简单，费用低――湿帘风扇系统提供了一个简单而经济有效 的降温途径，所需机械部分仅仅是水泵与排风机。 强制通风，配合温室面积及需要换气量，风机系统做不同时间， 不同阶段启动。 温室的温度保证外界 40℃时，温室内温度不超过 30℃ a、湿帘参数：
⑴水帘厚度 10cm，孔径 7mm。
⑵波级夹度 45° 15°。 ⑶纸壳型号 7090。
⑷外框材质铝合金。
⑸水帘纸要求硬度大、深色。
b、风机参数：
⑴尺寸：1380x1380。
⑵功率：1100w。 c、循环蓄水池要求：
⑴规格 3m（长）31.5m（宽）32m（深），共 9m3。⑵用
标准页岩砖“二2四”墙砌边壁，用 1:3 水泥砂浆满缝安砌， 安砌完毕后用 1:3 水泥砂浆粉糊内墙体，然后刷 2-3 次净水 泥浆。⑶用高标号水泥和 6#钢筋预制板封盖。
湿 帘
2、温室两侧及顶部安装卷膜器。
4、遮阳系统：外遮阳系统，骨架采用框架结构，齿轮齿条传动，
电机做动力，控制箱控制，外遮阳采用黑色。本系统包括控制
箱、优质专用电机、传动部分、行程限位开关等组件。按下
控制箱启动开关按钮，电机启动。电机通过传动机构驱动传
动轴运转，传动轴通过连接组件带动齿条运行，通风窗打开
后触动行程限位器开关，电机停止，该行程运行结束。该控
制箱备有手动控制，如需要中途停止，可以按下停止按钮，
即可停止运行，并可以实现智能控制。
电动外遮阳系统
5、钢结构的采用：
圆型钢管最大优点是各向同性，便于取材和加工。其缺点是：
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① 钻孔之处无镀锌保护；②几乎不可能看清楚钢管内部的状况；
③外形为圆形，可能产生滑动，④管与管不可能确保用夹板装
置连接良好并固定不动。
冷弯型矩管其特点是：
① 最终成品要精确的多；②更易于装配；③断面状况便于监视， 观察到问题更容易处理；④材料成本高。⑤抗风栽和雪载等载 荷强。
综上所述，根据本温室用途及用户要求，采用冷弯型矩管与圆型 钢管，并进行热镀锌处理。
五．系统构成
1、 骨架：立柱、拱杆、拉杆、竖杆。
2、 排水系统：水槽、下水管,温室采用六道水槽，基本让温室 雨水通过水槽、下水管进入排水沟。
3、 降温系统：14 套卷膜机构,12 套顶卷膜,2 套侧卷膜、喷灌、 风机、湿帘。
侧卷膜
4、 基础：基础是连接结构与地基的构件，必须将重力、浮力 倾斜荷载，安全传达到地基。预制地基比现浇地基多养护 期，故牢固，采用现浇地基。在水槽方向有 0.3%的坡度， 便于排走所有雨水；在垂直水槽方向，其坡度应小于 0.1%。
5、降温系统
（1）温室两侧推拉窗、风机、喷灌、门以及风机湿帘系统可
使温室内温度基本与室外温度相差不大。
（2）喷灌降温系统
喷雾降温系统，通过技术手段将水以细微颗粒状喷入空
气中，使水与空气充分接触，利用水蒸发吸热降低空气温度
的方法称为喷雾降温。喷雾降温系统分类：根据水是否直接 喷入温室内以降低温室内空气温度，可分为直接式喷雾降温 和间接式喷雾降温，直接式喷雾降温将水喷洒在温室内，间
接式喷雾降温将水喷洒在温室覆盖材料上，本处采用直接式 喷雾降温，并可增加温室湿度，增加作物叶面供水与施肥。
喷灌降温系统
6．总控 温室控制系统就是依据温室内外装设的信息，通过控制设备
（如控制箱、控制器等）控制驱动/执行机构（如风机系统、
开窗系统、灌溉施肥系统等），对温室内的环境气候和灌溉施
肥进行调节控制以达到栽培作物的生长发育需要。
六．温室微气候
1、 光照
光照调节方法：①补充光照，安装照明设备(用户自己根据需
要自行安排)；②覆盖材料的光选择性，15 丝无滴膜,透光性
好,抗紫外线强，安全系数高。
温室通风
① 自然通风
使用天窗、侧开窗、门，以及增加水槽高度，温室外的冷空
气通过天窗、侧开窗、门进入室内，室内热空气通过天窗出
去，形成自然通风。自然通风运行费用低、安装费用少，但
不易控制温湿度。
②风机排风
通过排风机，可以加快温室内空气流动，有效控制温室的温
度，达到作物生长需要的最佳效果。随着人们生活水平的提高，温室技术也越来越多，因为温室中种植的时令蔬菜正变得越来越不可分割。温度控制是最重要的部分：基于plc的灵活性和易于操作的优点，设计了基于plc的温度控制系统。让我们介绍温室控制系统的结构，包括信息收集单元，智能控制单元和最终执行单元。这次设计的温度可以改变许多因素，包括照明，湿度，通风和其他因素。该系统包括一个温度上升和下降系统，一个辅助照明系统，一个遮阳系统，一个加湿系统，一个co2系统和一个用于全面调节温度的通风系统。变化可确保温度精度。由于已根据设计需求和经济综合因素选择了siemens s7-200 plc控制装置，因此它不仅可以实现输入和输出控制，而且还可以实现输入和输出控制还实现了高性价比：通过设计给出控制系统的软硬件设计，在step7软件中输入，调试和仿真梯形图，完全可以满足设计要求。
（1）温度利用率较低。通风口必须相对较大，以防止高温影响天气对植物生长的影响。这会导致热区的温差大，然后室内的冷区会导致温度下降并减缓植物生长。
（2）当天气多雨，下雪或多风时，温室内的温度不能保持恒定并且植被不能在适当的温度下生长。虫害和疾病往往造成经济损失；
（3）不受控制的临时温度通常会造成不可逆转的损失；例如，树木开花期间的一两个高温导致一年的生产损失；
（4）劳动强度大，难以及时调整温度。蔬菜护理温度约占总时间的50％，而水果护理温度约占总时间的85％。近年来，出现了单机械通风口技术，但是由于不能解决实际问题，因此尚未得到广泛应用。
第2章系统设计设计
本系统以plc为控制核心设计，分为三个部分：
（1）信息采集系统，包括温度/湿度传感器，光传感器和co2传感器。主要实时监测温室内部的环境。在执行设备工作时，也要执行反馈工作。这是影响系统精度的主要因素。
（2）智能控制单元。它主要包括模糊控制器，mcgs配置（人机交互界面）和plc（系统的核心部分）。信息获取系统将信号输出到模糊控制器。模糊控制器处理信号（由plc确定并执行先前的分析）。模糊控制信号在发送到mcgs配置之前先经过处理。 mcgs配置会创建趋势曲线。它在人与计算机之间交换信息，例如动画演示，最后将信号发送到plc。 plc将信号与设定值进行比较，并做出相应的决定来控制下一部分工作。
（3）系统执行单元根据来自plc的信号包括前进和后退装置以及包括开关装置在内的最终装置，并相应地响应以控制温度等以达到目的。你呢在最终信息收集部分，将信息收集并反馈，并重复上述步骤以实现智能温度控制的效果。您也可以手动或自动切换以确保温度精度。
示了系统的自动温度控制梯形图。
智能温室大棚，只是在原来大棚的基础上进行智能化升级，利用农业物联网的技术和硬件设备，研发而来的智能温室大棚系统，实现对温室大棚的智能管理，进一步将温室对农作物生长的作用发挥出来。智能温室大棚系统支持改造升级原有大棚，也能应用于各类新建大棚，比如薄膜连栋温室、玻璃温室大棚等。
建造标准
温室大棚应建造在交通便当，地势平整、开阔，排水便当，有蓄水池、河流或地下水丰盛，地势高燥，避风向阳，地下水位0.5米以下，土壤深沉肥美的地方。
建设温室大棚要注意棚内后两排立柱之间，间隔尽量缩小，应在80厘米左右，中间只建一条东西走向的水泥沟兼人行路就可。东西两棚间隔0.8-2米，中心有一宽800厘米以上的小水沟。南北两棚间隔3-5米左右，用于挖水沟、安供水管道、修建通行路程等。连栋温室的间距不应低于一栋温室的宽度。
关于大棚选址，土壤是作物获得养分的重要来源，需注意土壤有机质含量，建议在建造温室大棚之前，定期对土壤进行检测，若土壤的有机质含量不够，可提早进行补充。在作物种植地苗床期等种植过程中，土壤环境的清洁也尤为重要。
温室大棚的朝向对温室内的蓄热能力影响很大，对日光温室来讲。以南北向或略偏西南的朝向更好，即南北为大棚长，东西为棚宽，便于积蓄热量。
同时也要考虑下温室类型建设的基础需求，比如玻璃温室一般上基础底部应低于室外地面0.5米以上，根据气候和土壤情况，基础顶面与室外地面的距离应大于0.1米，除了特殊要求外，温室基础顶面与室内地面的距离宜大于0.4米。薄膜大棚的薄膜外压深度等。
覆盖材料
薄膜覆盖材料选择用于设施农业生产建设的专用塑料薄膜，透光率、保温、抗拉及耐老化方面的性能均优于普通农膜。
玻璃又分为超白压延玻璃和普通透明玻璃，优点为透光率高，能达到百分之九十左右，使用期限长、防火、防腐蚀能力强。超白压延玻璃同普通玻璃区别为其光线进入室内会以漫反射，不会对室内农作物造成直射。缺点是抗冰雹自然灾害能力差，施工安装繁琐、顶部防水需要做好。
pc阳光板是聚碳酸酯为主要原料，双层中空透明塑料板材。优点是双层中空，保温隔热性能好，抗冲击能力强，重量轻每平米重1.5kg，施工安装方便，可以适度折弯等。缺点是塑料制品有使用寿命，8mm国标板材为十年板，透光率相比玻璃不足，且透光率会逐年降低。
骨架选择
骨架是保障温室大棚后续使用效果的重要部分，常用的骨架类型有：竹木骨架、树脂大棚骨架、琴弦式大棚骨架、水泥大棚骨架等、骨架类型不同，效果也不一样。
大棚骨架结构是三角稳定型结构原理，用两片支撑片与内弦和外弦通过螺丝和螺丝母固定起来，外弦和内弦是开放式c型钢架，经过弯曲成为梁架，是整个大棚整体重量的支撑核心，大棚结构稳固性好，可靠性强，加工厚度根据规格情况一般在2-3mm。
水泥大棚骨架主要是由冷拔丝、混凝土、草绳等，同时使用模具生产而成的，强度高、耐老化性好。混凝土非常脆、搬运与安装非常地不方便、且需由全手工制作而成，劳动强度非常高，不适合大面积地推广。
阳光板温室的骨架多采用钢制骨架，也有部分厂家使用几字钢作为人字梁骨架。
顶部覆盖玻璃的骨架，可以为全铝型材骨架，也可以使用钢制人字梁骨架，同玻璃三件套的样式结合。
总之，综合考量各类型温室大棚的优缺点、综合性价比、实际需求等，选择可接受的适合大棚类型，再进行下一步。
建造时间
受限于地域、气候、建造人工、设备采购/调试等因素影响，温室大棚的建造时间不固定，原则上修建时间不能拖得太久。如果施工时间过长，墙干不透，扣膜后湿度大，会降低温室的性能，造成病害严重，同时还会产生冻融交替现象，引起墙土剥落的现象发生。
验收工作
温室大棚建好之后是要先做验收，验收通过之后才能被投入使用的。验收工作可以从材料、施工技术两个方面进行检查。
(1)材料是保证温室大棚质量的关键，如果材料都没有选好，验收无法通过。重点验收在于钢构件、钢管等材料的品质。
(2)施工技术是否合理，会影响温室大棚的使用期限，因此在进行施工的时候要严格按照相关要求进行，不得随意更改，避免给后期验收带来影响，出现返工现象。
设备采购
主要配件有接头管、压顶簧、压膜槽(卡槽)、压膜簧(卡簧)、护套、压膜卡、斜撑、u型卡、夹箍、固定器、连接片、压膜线、门、卷膜器、卷膜杆、双管卡、管卡、人字卡、防雾薄膜、防虫网等，根据相关规范对进行建造。
智能温室大棚所需的设备则要在传统大棚的基础上，加上空气温湿度传感器、土壤ph值传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器、电流传感器等感知设备，以及摄像头、智能控制柜、远程控制物联网云平台等部分。
通过感知设备的实时监测，获取温室的环境参数，通过无线传输的方式，经智能控制柜上传到云平台，登录到云平台界面，直观查看每一分钟的数据变化情况，并根据种植作物类型、环境条件等，联动天窗、通风机、水肥机、补光灯、卷膜器等设备，实现示警、灌溉、卷帘、补光、施肥等操作，减少人工劳作。
系统调试
安装通风机、水肥机、补光灯等设备，同时将空气温湿度传感器等，采用壁挂式螺丝或插入式安装，并一一扫码添加到智能温室大棚系统上，在云平台上一一绑定，并对采集与控制的关系进行绑定，举例空气温湿度传感器采集到的数据，应该绑定到联动通风换气的设备上，两者在逻辑控制上设置当温度低于5℃时放下保温帘，低于3摄氏度时发送预警信息，因为这可能是卷帘器出现了故障，温度高于15℃卷起保温帘，其他逻辑控制也是同样道理，完成温室大棚智能化管理的逻辑条件。
如果需要接入摄像头，在采购之时需提前了解下智能温室大棚系统支持接入品牌，海康威视、萤石云等品牌的产品一般是支持的。
维护保养
作为温室大棚骨架的材料，有镀锌钢管等多种规格。一般在长期使用、焊接过程中使镀锌层遭到破坏，导致后期出现生锈，需要将表面的锈迹除掉，再刷一层防锈涂料，从根源上解决钢管生锈难题。做好相应的除锈工作，保证使用安全，延长使用期限。
大棚卷帘机首次使用前先往机体内注入黄油1.5公斤，以后每年更换保养一次。在使用前和使用期间，离合系统必须上油。
以薄膜作为覆盖材料的大棚，在高温天气通过遮阳网等设备进行保护，及时更换，避免带来严重影响。
连栋温室大棚最大的优点就在于土地利用率高，还提高了工厂化运行的工作效率。有利也必有弊，连栋温室在北方最大的能耗就是在冬季了，要想实现越冬生产离不开增温采暖设备，无论怎么变，传统的烧锅炉、天然气、用电等方式，都会增加比较大的运营成本。
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在确定采暖方式之前，温室内部一定要做好内保温，才可以达到最好的保温效果。玻璃温室四周一般多采用5 6 5双层中空玻璃。中空玻璃16mm(5 6 5)在室外温度为-2℃时开始结露，而顶部5mm单层玻璃在室外温度为8℃时开始结露。玻璃的传热系数是空气的27倍，只要中空玻璃的中空层是密封的，该玻璃将有佳的隔热效果。这就是在寒冷地区为什么推荐顶部也使用双层中空阳光板的原因。 目前玻璃温室增强保温效果的方法是顶部在桁架梁的下部加一套平行于内遮阳网的内保温被（防水轻质一般平方米重量在120g-150g ）。该保温被的作用是将玻璃温室的下部空间同上部的空间隔开来。避免温室内部的热量通过顶部散失到外部。同时温室的四周可以在加装墙面保温被，多采用分段卷帘或者拉链的形式，该处的作用是避免玻璃温室内部的热量从四周散失。
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一、内遮阳和内保温的区别
内遮阳系统可以通过调节光照来改善温室内的生态环境，夏季当室内温度上升到一定值时，根据不同遮阳率能反射部分阳光，并使阳光漫射进入室内以达到降温的目的。关闭遮荫保温幕，可使温室温度下降4~6℃，以降低室内需要的温度。
内保温系统当夜间温室或室内温度下降到设定的温度低限值时，关闭拉轻质丝棉保温被，加强温室的保温，减少地面辐射热流失，减少加热能源消耗，大大降低温室运行成本；在白天则可打开轻质丝棉保温被，使温室充分采光。
两者的传动方式是一样的，都是采用齿轮齿条或钢绳钢缆传动形式，幕布或轻质丝棉保温被沿开间方向行走。驱动轴与减速电机、齿轮相连，当减速电机转动时，驱动轴带动齿轮转动。齿轮的转动带动了齿条的行走，推拉杆由支撑滚轮支撑并与齿条相连，因而如果减速电机往复转动，推拉杆可实现往复运行。将遮阳网一端固定在梁柱处，一端固定在推拉杆上，就可实现幕布或轻质丝棉保温被的展开、收拢等动作。
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二、连栋温室内遮阳系统同内保温系统的相同点
相同之处：两者具有相同的传动系统；
传动系统的组成部分及工作原理：
⑴、传动机构：专用减速电机、齿轮齿条驱动、驱动杆、传动杆；电机通过传动机构驱动传动轴运转,传动轴通过连接件带动驱动杆在幕丝上平行移动，驱动杆拉动幕布一端缓慢展开，全部展开后触动行程限位器开关，电机停止，该行程运行结束。
⑵、托幕线：托幕线是安装在横梁之间的用来拖住幕布的一种塑钢线。托幕线分为上下两层，下层的间距为0.5米，上层托幕线的间距为1米。
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三、内遮阳系统同内保温系统不同点
⑴、内遮阳系统的幕布是一种铝箔遮阳网，其透光率分为65%、75%、85%不等；其主要作用是用来遮光用的。内遮阳网通过电机传动系统自动将内遮阳网展开，降低阳光的摄入。
⑵、内保温系统的幕布一般是轻质防水棉组成，重量越大、保温被越厚，其保温性能也越好。保温被在智能连栋温室中一般布置在桁架梁的下部，其工作一般是在晚上将保温被展开，将保温被的下部和上部形成两个密闭的空间，从而减少热量的散失，达到节能保温效果。
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四、温室内的热量散失途径
热量散失主要有三种，即通过地中土壤、冷风渗透和通过围护结构覆盖层散失。通过围护结构覆盖层的热量损失是温室热损失的主要部分，一般占总热损失的60%以上，因此减少该部分热量损失是温室保温技术的重点。连栋温室中安装相应的温室装备或系统是提高温室保温能力的良好办法，通过增加保温覆盖来减少温室覆盖层夜间传热量是有效的节能措施之一。内保温轻质丝棉被作为一种便于安装、易于操作的保温节能装置在温室生产中得到了广泛的应用。展开内保温轻质丝棉被可以使温室下层空间构成一个新的封闭系统，在冬季使用轻质丝棉被有如下作用:减小温室的加热空间; 减小温室的冷风渗透热损失;减小温室地面和作物对上层空间的辐射换热;增加对流换热热阻，减少因水汽冷凝而产生的潜热损失。
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薄膜连栋温室也是大型的生产型温室的一种，在实际的花卉生产、蔬菜育苗种植中占有很大的比重。北方地区增强保温性能的方法将温室做成双层薄膜连栋温室，及顶部及四周都做成双层薄膜的样式。然后再在顶部也可以加装一层内部的保温被。
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