CN103053368A - 连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统 - Google Patents

Abstract

连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统属于设施农业生产领域大棚内环境调控管理。棚体整膜覆盖，交替开设顶通风口和侧通风口，通风口安装滑动窗并由绳与滑轮组合的从传动绳牵动相向平移实现同步启闭，棚区相同横向位置的从传动绳又都由横跨棚区的绳与滑轮、链条和齿轮组合的主传动绳牵动，实现横向同步联动，齿轮都同轴安装在纵向转动轴上，转动轴与自动控制电机输出轴连接作正向或反向转动，实现纵向同步联动，带动所有滑动窗同步平移，自动完成所有通风口同步启闭。本发明使棚体密闭保温性能更好、通风更趋科学，实现了连片单体大棚通风调温自动化管理，适用于单体大棚规模化、现代化农业生产。

Description

连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统

所属技术领域

本发明属于设施农业领域农用拱圆形大棚通风调温控制装置和管理，特别是规模连片单体拱圆形大棚日常通风调温一体化自动控制管理。

背景技术

随着经济的发展和农业投入的加大，我国已成为世界上设施农业面积最大的国家，其中单体大棚面积已达10万公顷。近年来，全国各地也引进和建造了比较先进的连栋温室及其自动控制系统，但多因投资大、能耗多、运营成本较高，在我国除科研试验示范和少量高档花卉苗木培育应用外，其它实际生产上未能产生良好的经济效益，大面积生产上更没有推广应用优势。目前，在我国大部分地区设施农业的主要类型仍然是半拱圆形单体钢架大棚。对于大棚农业生产，最重要的技术之一就是大棚通风调温控制管理，适宜的环境能促进作物优质高产，若棚温太低，棚内作物就会被冻死或停止生长，棚温过高，作物又会被烧死或生长受抑制。一般标准钢架拱圆形大棚是由棚架覆盖棚膜而成，棚架是由拱架、顶拉杆、卡槽、摇膜器等构件组装而成，棚膜是由两侧裙膜加顶膜共三块塑料薄膜覆盖成的。大棚覆盖塑料薄膜后形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候环境，生产上为了控制大棚内温度、湿度和气体环境达到棚内作物适宜的生长发育条件，主要通过人工逐个揭开棚侧顶膜下边使之与裙膜间形成侧向通风口来通风换气降温降湿或放下棚侧膜关闭通风口升温保温。大棚的这种通风调温方式和方法不仅使日常管理费时费工，而且侧向通风效果容易受到外界风力、风向的影响而难以平稳及时掌控，很容易发生偏差，不利于棚内作物优质高产；大棚顶膜与裙膜间仅靠简单重叠，棚体密封性相对较差，影响低温季节大棚的保温效果，且容易发生大风吹翻毁棚或大风穿堂爆棚现象，时常给生产造成很大的损失；更为突出的问题是我国当前设施农业上应用面积最大、范围最广的这种单体大棚在实际规模生产中还无法实现通风调温的自动控制管理，而随着农村劳动力数量的减少和劳动力用工成本的增加，将会越来越严重制约这种劳动密集型产业的发展，特别是蔬菜大棚的规模发展，影响“菜蓝子”供应安全，也影响农业现代化整体进程。

发明内容

发明目的：为了解决目前设施农业生产上广泛应用的单体大棚存在用多块棚膜覆盖因密闭不严而影响棚体保温性能及其稳固性、侧向通风效果偏差且难以及时平稳掌控、日常通风调温人工操作管理费时费工又难以准确调控的问题，破解单体大棚特别是规模连片单体大棚日常通风调温管理不能一体化自动调控的难题，本发明通过改变棚膜覆盖方式，科学设置通风口和启闭方法，应用原理简明、结构简约、构思独特、经济实用的通风调温及自动监测整体联动控制设置，来简化棚体结构、改善棚体密闭保温性能，巧妙实现规模连片单体大棚小气候环境全天候自动监测整体联动即时调控管理，推动单体棚日常管理的规模化、现代化，显著减轻劳动强度、减少劳动用工、提高劳动效率，促进农业设施装备水平和管理技术水平的全面提升，推动我国农业现代化的发展。

技术解决方案：连片区域内每个单体棚的标准、方向基本一致，单体棚采用一块棚膜整体覆盖，棚侧各安装一条卡槽固定棚膜，棚膜四周用土压紧压实。与标准棚相比，少安装了两条卡槽和两边的摇膜器，简化了棚体结构，也减少了棚体安装用工，而棚体支撑结构没有改变，其承重承压性能也基本不受影响；整膜棚体覆盖，四周底部由大量土壤重压，使棚体密闭保温性能达到最佳、稳固性更强。在棚体顶部和棚两侧下部按一定的间隔距离交替开设棚顶通风口和侧通风口，利用湿热空气升腾自然拔风原理，棚内湿热气体会自动从开启的处于棚体最高位置的顶通风口排出，棚外新鲜冷空气由棚两侧下部较低位置的侧通风口进入，提高了大棚自主通风换气排湿调温效果，增加了通风调温的稳定性，因而这种通风方式较原单纯侧向通风更趋科学合理。通风口棚膜固定和通风窗安装可采用特制的窗轨和滑动窗，也可安装简易的压膜卡和滑动膜窗，简易安装方法：通风口棚膜用压膜卡固定在相邻的拱架上，通风口上安装滑动膜窗，滑动膜窗是用比通风口略大的棚膜将其侧边热粘合成管状边，通风口相邻两边拱间压膜线从窗膜边管中分别穿过，作为窗膜固定的滑动轨道并在其上自由滑动，窗膜上下两边各穿入与窗膜等宽的短杆，短杆中心都固定于从传动绳上，从传动绳为经通风口中心线横跨棚体并与棚体外侧底部设置的两个定滑轮组合成可自由牵拉传动的闭合绳环，牵动从传动绳可使处于相同位置通风口的两个膜窗作相反方向滑动，完成通风口的开启和闭合；特制的定型窗轨和滑动窗安装：窗轨将通风口棚膜一起固定在相邻的拱架上，滑动窗直接安装在窗轨上滑动，滑动窗仍由从传动绳牵动在窗轨上滑动，完成通风口的开启和闭合。同一区域内所有单体大棚相同位置的同类型通风口设在同一横向线上，在棚区边棚外侧设置固定支架，用以固定一根于棚体方向和高度一致的纵向转动轴，在转动轴与所有通风口横向位置处同轴安装齿轮，齿轮整体同步转动，棚区另一侧通风口相应横线与棚高位置处用支架固定设置定滑轮，主传动绳穿过定滑轮横向跨越棚区大棚再与转动轴相应齿轮上的链条(或同步带)两头对接，每条棚处于同一横线位置上的从传动绳与主传动绳相切连接，实现横向所有滑动窗同步联动，转动轴一端再安装手动转轮或摇臂，以便在停电状态下由人工手动转动调控，转动轴再与离合器、减速器和电动机组合的电机输出轴连接，实现机械转动控制，温控仪通过棚内探测器按设定区限自动控制电机正向或反向转动(温控仪有两支流：一支串联接高温继电器、高温行程开关和电机的反转电极；另一支串联接低温继电器、低温行程开关到电机的正转电极)，在电机控制箱上安装手动控制按钮，人工随时控制电机的运行，链条上设置一行程限位器，当通风口完全打开或关闭时触动限位器开关，使电机自动停止运行，这样在任何状态下都可实现连片大棚内温湿度环境全天候一体化整体调控。当棚温超过设定适温上限时，控温仪起动电机反转，电机带动转动轴转动所有齿轮，齿轮上链条随之同步拉动主传动绳同步联动，主传动绳又牵动从传动绳同步运行，从传动绳运行把滑动膜窗拉开，所有通风口同步开启，大棚开始通风换气降温；当棚温降至设定温度下限时，控温仪起动电机作正转，同样带动所有主传动绳联动，并牵动从传动绳反向同步移动，又把滑动膜窗带动回位，所有通风口同步关闭，大棚进行闭棚升温保温；调节行程限位器的位置，可控制通风口开启或关闭的大小，以适应不同季节、不同天气和不同作物对棚温的要求。根据季节的不同需要，侧向通风口的滑动窗可调节向上或向下滑动；连片区域某个棚若不需统一调控，只要断开其主传动绳与从传动绳之间的连接即可；冬季棚区要减少大棚通风量，断开其中一个主传动绳与链条的连接就能减少一排横向通风口。控制箱安装计算机系统和控制主板，还可实现大棚通风调温全天候自动远程智能精准即时调控。

技术效果：本发明与标准棚相比，每亩标准大棚少安装了220米的卡槽和摇膜器，相应减少棚架材料成本1400元/亩，连片安装这种大棚滑动窗式通风调温自动控制系统更能降低整体成本，且规模越大平均成本越小，节本效果越明显，因而该系统既能减小成本投入又能简化棚架；棚体采用整膜覆盖周边由大量土壤重压，使大棚密闭性更好、保温性能更佳、稳固性更强、更能抵御风灾和寒潮；在棚体顶部和两侧下部交替开设通风口，利用湿热空气上升拔风原理实现棚内外气体自动对流交换，提高了大棚通风换气调温效果，增加了通风调温的稳定性，特别是排湿降湿效果更突出，较棚单纯侧向通风更趋科学合理；巧妙地将农艺操作与机电结合，完成了规模连片单体大棚日常通风调温自动监测整体联动调控，实现了单体大棚规模化、机械化、自动化日常管理，大幅度减轻劳动强度、减少劳动用工，提高劳动效率，降低设施农业生产成本，促进农业设施装备水平和设施生产管理技术水平的全面提升，推动设施农业现代化飞跃发展，具有十分显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1.是连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统在棚区中单体棚俯视结构图

图2.是连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统在棚区的整体俯视结构图

图中①整体塑料薄膜，②压膜卡槽，③大棚钢管拱架，④大棚顶拉杆，⑤压膜线，⑥棚侧底部定滑轮，⑦从传动绳，⑧滑动窗框或滑动膜窗短杆边框，⑨顶通风口，⑩顶滑动窗边框中心与从传动绳固定连接处，

滑动窗或滑动膜窗，

侧通风口，

侧滑动窗边框中心与从传动绳固定连接处，

主传动绳，从传动绳与主传动绳固定连接处，

主传动绳侧边定滑轮，转动轴固定立架，

转动轴，

链条或同步带，

齿轮，

手动转轮，

电机(离合器、减速器和电动机的组合装置)，

棚温探测仪，

控制箱，

行程限位器。

具体实施方式

图1.大棚采用整体塑料薄膜①覆盖，棚侧各安装一条卡槽②固定棚膜，棚膜四周底部用土压紧压实。在棚体顶部顶拉杆④两侧和棚两侧下部按一定的间隔距离交替开设顶通风口⑨和侧通风口

通风口棚膜用压膜卡固定在相邻的拱架③上，通风口上安装滑动膜窗

滑动窗膜侧边热粘合成管状边，两根压膜线⑤分别穿过窗膜边管并拴在通风口相邻两边拱架外侧地锚上，拴压膜线不能过紧或过松，以窗膜在两条压膜线上自由平移滑动为度，窗膜上下两边各穿入短杆作为窗膜边框⑧，顶窗和侧窗的短杆中心⑩、

都固定于从传动绳⑦，从传动绳通过棚体外侧底部两个定滑轮⑥牵拉运动，使处于同侧通风口或顶通风口的两个窗膜作相反方向同步滑动，完成通风口的开启和闭合；通风口也可安装专业特制的定型窗轨和滑动窗，窗轨将通风口棚膜一起固定在相邻的拱架上，滑动窗替代上述的滑动膜窗，滑动窗仍由从传动绳牵动在窗轨上滑动，完成通风口的开启和闭合。每个从传动绳在棚顶与横跨棚区的主传动绳

连接于相切处

实现棚区横向通风口的整体联动同步启闭。

图2.主传动绳通过棚区外侧定滑轮横向跨越棚区所有单体大棚与另一侧转动轴

相应位置齿轮

上的链条(或同步带)

两头对接，转动轴由支架

固定支撑，同一主传动绳位置上的通风口类型相同，转动轴一端安装手动转轮

(或摇臂)，在停电状态下可手动转轮进行控制，转动轴再连接电机

输出轴，电机的运行由控制箱

内温控仪和手动控制按钮控制，温控仪根据棚温设置区限通过棚内温度探测仪

采集数据并自动控制电机作相应方向转动(温控仪有两支流：一支串联接高温继电器、高温行程开关和电机的反转电极；另一支串联接低温继电器、低温行程开关和电机的正转电极)，安装手动控制按钮，为需要时人工操作电机的运行，链条上设置一行程限位器

当通风口完全打开或关闭时触动限位器开关，使电机自动停止运行。在日常大棚管理中，当温度探测仪探测到棚温超过设置棚温上限时，控温仪自动起动电机，电机带动转动轴转动齿轮，齿轮上链条随之拉动主传动绳同步联动，主传动绳又牵动从传动绳同步联动运行，从传动绳运行中把滑动窗拉开，所有通风口同步开启，大棚开始通风换气降温；当棚温降至设置棚温下限时，控温仪起动电机作反向运转，从传动绳又反向牵动把滑动窗带动回位，所有通风口同步关闭，大棚进行闭棚升温保温。通过调节行程限位器的位置，实现通风口开启或关闭的大小，以适应不同季节、不同天气和不同作物对棚温的要求。根据季节的不同需要，侧向通风口的滑动窗可设置向上或向下滑动；连片区域某个棚若不需统一调控，只要断开主传动绳与其从传动绳之间的连接即可；同样要减少通风口数量，断开其主传动绳与链条的连接就能实现。控制箱内再安装计算机系统和控制主板，还可实现大棚通风调温全天候自动远程智能精准即时调控。

Claims (5)

1.一种连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统，大棚通过开启棚膜进行通风换气排湿降温和闭合棚膜进行密闭升温保温，调控棚内环境以适宜作物生长发育，其特征是：连片单体大棚整膜覆盖并在棚顶和棚侧分别开设顶通风口和侧通风口，通风口设置滑动窗，滑动窗与牵拉其平移的从传动绳连接联动，从传动绳再与牵拉其传动的主传动绳连接同步联动，主传动绳对接链条并与滑轮、齿轮、转动轴组合连接构成整体同步传动，转动轴一端安装手动转轮并与自动控制电机转动装置输出轴连接，设置棚温区限自动控制电机转动方向并牵动棚区所有滑动窗联动，同步启闭所有通风口，自动完成连片大棚温湿度环境统一调控管理。

2.根据权利要求1所述的连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统，其特征是：棚顶通风口和棚侧通风口间隔交替开设，且棚区大棚相同位置的通风口类型相同并同处一条横向线上，通风口安装滑动窗，利用滑动窗与棚膜平移来启闭通风口。

3.根据权利要求1所述的连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统，其特征是：从传动绳跨越棚体与棚体两侧定滑轮连接，滑动窗连接于从传动绳，从传动绳牵动两个滑动窗相向滑动平移并同步启闭通风口。

4.根据权利要求1所述的连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统，其特征是：主传动绳与棚区一侧定滑轮连接，横跨棚区大棚再与棚区另一侧齿轮上链条两头对接，棚区横向相同位置从传动绳都分别相切连接于同一主传动绳并同步联动。

5.根据权利要求1所述的连片大棚窗式联动通风调温自动控制管理系统，其特征是：齿轮都同轴安装于棚区棚体方向一致的同一根纵向转动轴上并同轴同步转动，所有齿轮上链条随之同步牵动相连接的主传动绳同步传动。

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