CN106922442B - 一种生态大棚及农田结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业技术领域，提供了一种生态大棚，包括保温棚、第一储土槽、第一换热机构、沼气池、第二换热机构和太阳能加热系统，第一储土槽设置于保温棚内，太阳能加热系统与第一换热机构和第二换热机构连接，第一储土槽设置于第一换热机构的上方，第二换热机构设置与沼气池的外壁。其解决了北方冬季田地内无法种植农作物的问题，并且沼气池产生利用动物粪便进行发酵，有效解决了动物粪便污染环境的问题。本发明还提供了一种农田结构，包括本发明提供的生态大棚，其能够实现四季农作物的种植。

Description

一种生态大棚及农田结构

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体而言，涉及一种生态大棚及农田结构。

背景技术

近年来，随着规模化畜禽养殖业的快速发展，禽畜排泄物和其他废弃物的产生量随之快速增加，造成环境污染，使畜禽养殖业发展与环境污染的矛盾日益凸现，其本身也成为畜禽养殖业可持续发展的制约因素。畜禽养殖污染已成为当前继工业污染、生活垃圾污染后的第三大污染源。

畜禽场粪便污水属高浓度有机废水，含有丰富的有机物质，如何利用这些有机废水实现合理持续地开发和利用自然资源成为亟待解决的问题。

而我国早有将动物粪便用于发酵沼气的先例。但东北地区受气候的影响，我省目前尚无大中型沼气工程，即使家庭户用小型沼气发展也存在产气率低、使用率低、原料分解率低、沼气使用时间短、综合效益差的问题。沼气利用率约50％左右，原料分解率不到30％，沼气利用时间只有4个月。沼气池内细菌发酵温度一般不低于10℃，最高不超过55℃。冬季寒冷漫长气温、地温比较低，原料分解率低，沼气的生产存在产气率低、使用率低、沼气使用综合效益差等问题甚至在冬季会出现冻裂沼气池的现象。这种状况在一定程度上限制了寒冷地区沼气利用技术的发展。

发明内容

本发明提供了一种生态大棚，旨在改善畜禽养殖厂产生的畜禽粪便污染环境和现有的大棚能耗高或现有大棚无法实现全年工作的问题。

本发明还提供看一种农田结构，旨在改善北方地区现有农田无法四季工作的问题。

本发明是这样实现的：

一种生态大棚，包括保温棚、第一储土槽、第一换热机构、沼气池、第二换热机构和太阳能加热系统，第一储土槽设置于保温棚内，太阳能加热系统与第一换热机构和第二换热机构连接，第一储土槽设置于第一换热机构的上方，第二换热机构设置与沼气池的外壁。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，生态大棚还包括第二储土槽和升降机构，第二储土槽设置于第一换热机构的下方，第一储土槽和第二储土槽均与升降机构连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，升降机构包括第一滑柱、第二滑柱、第一滑竿、第二滑竿以及设置于地面的滑轨，第一滑柱的一端和第二滑柱的一端均设置于滑轨上，第一滑竿的一端与第一滑柱滑动连接，第一滑竿的另一端与第一储土槽连接；第二滑竿的一端与第二滑柱滑动连接，第二滑竿的另一端与第二储土槽连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一储土槽包括土壤槽和储水盘，土壤槽设置于储水盘的上方，土壤槽的底部设置有泄水孔，储水盘的上部设置有溢流孔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，太阳能加热系统包括用于加热循环水的太阳能集热板、用于为第一换热机构和第二换热机构输送热量的储热罐、用于将第一换热机构和第二换热机构输出的循环水提升至太阳能集热板的循环泵，太阳能集热板的一端与循环泵连接，太阳能集热板的另一端与储热罐连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，生态大棚还包括用于为第一换热机构和第二换热机构排出的循环水补充热量的补热泵，第一换热机构和第二换热机构均与补热泵连接，补热泵与循环泵连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，生态大棚还包括相互连接的集气罐和用于为生态大棚供电的发电机，集气罐与沼气池连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，生态大棚还包括相互连接的集气罐和沼气灯，沼气灯设置于保温棚内，且位于第一储土槽的上方，集气罐与沼气池连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，保温棚包括保温墙和双层保温膜，保温墙的一端设置于地面，保温墙的另一端与双层保温膜连接。

一种农田结构，包括上述的生态大棚。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的生态大棚，使用时，由于保温棚、第一储土槽、第一换热机构、沼气池、第二换热机构和太阳能加热系统相互配合作用，能够使得在寒冷的冬季大棚内的土壤能够得到热量而适应农作物生长，沼气池得到足够的热量发酵产生沼气以供生态大棚使用，解决了北方冬季田地内无法种植农作物的问题，并且沼气池产生利用动物粪便进行发酵，有效解决了动物粪便污染环境的问题。本发明提供的农田结构，能够实现四季农作物的种植。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明第一实施例提供的生态大棚的结构示意图；

图2是图1中第一储土槽、第二储土槽与升降机构相互配合的结构示意图；

图3是图1中第一储土槽的纵截面的结构示意图；

图4是本发明第二实施例提供的生态大棚的结构示意图。

图标：100-生态大棚；110-保温棚；111-保温墙；112-双层保温膜；121-第一储土槽；122-第二储土槽；124-土壤槽；125-储水盘；126-泄水孔；127-溢流孔；130-第一换热机构；140-沼气池；141-集气罐；150-第二换热机构；160-太阳能加热系统；161-太阳能集热板；162-储热罐；163-循环泵；164-补热泵；170-升降机构；171-第一滑柱；172-第一滑竿；173-第二滑柱；174-第二滑竿；175-滑轨；180-沼气灯；200-生态大棚；210-保温棚；240-沼气池；241-集气罐；280-发电机；281-照明灯。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

第一实施例

参照附图1所示，本实施例提供了一种生态大棚100，其包括保温棚110、第一储土槽121、第一换热机构130、沼气池140、第二换热机构150和太阳能加热系统160，第一储土槽121设置于保温棚110内，太阳能加热系统160与第一换热机构130和第二换热机构150连接，且其为第一换热机构130和第二换热机构150输送热量。第一储土槽121设置于第一换热机构130的上方，第二换热机构150设置于沼气池140的外壁。需要说明的是，沼气池140的数量和体积可以根据保温棚110所覆盖的面积及植物生长所需的热量进行计算得到。

由于北方的冬季气温非常低，使得田地因低温而无法使用，同时，在低温环境下沼气池也无法进行发酵工作。但是，北方气温虽低，冬季光照量却十分充足，因此，利用太阳能加热系统160对循环水进行加热，并将热量输送给第一换热机构130供给第一储土槽121中的土壤加热，将热量输送给第二换热机构150供给沼气池140加热，以保证大棚内的土壤在冬季能够具有适合的温度能够种植植物，同时保证沼气池140有适合的温度对动物粪便进行发酵。该设计不仅使得动物粪便能够得以回收利用，绿色环保，还能够解决北方冬季田地内无法种植农作物的问题。

进一步地，生态大棚100还包括第二储土槽122和升降机构170，第二储土槽122设置于第一换热机构130的下方，第一储土槽121和第二储土槽122均与升降机构170连接。升降机构170能够控制第一储土槽121和第二储土槽122的升降，能够置换第一储土槽121和第二储土槽122的位置，实现上下两个储土槽中土壤的轮休。

进一步地，请参照附图2，升降机构170包括第一滑柱171、第二滑柱173、第一滑竿172、第二滑竿174以及设置于地面的滑轨175，第一滑柱171的一端和第二滑柱173的一端均设置于滑轨175上，第一滑竿172的一端与第一滑柱171滑动连接，第一滑竿172的另一端与第一储土槽121连接；第二滑竿174的一端与第二滑柱173滑动连接，第二滑竿174的另一端与第二储土槽122连接。

升降机构170为电动控制，初始时，第一储土槽121设置于第一换热机构130的上方，接通升降机构170的电源后，第一滑柱171带着第一储土槽121在滑轨175上向远离第二滑柱173的方向滑动，当第一储土槽121的底部在地面的投影与第一换热机构130在地面的投影无重合时，第一滑竿172带着第一储土槽121在第一滑柱171上一起向下滑动至地面，最后第一滑柱171向靠近第二滑柱173的方向滑动，直至第一储土槽121的位置与第二储土槽122运动前的位置重合时停止；于此用时，第二滑柱173带着第二储土槽122在滑轨175上向远离第一滑柱171的方向滑动，当第二储土槽122在地面的投影与第一换热机构130在地面上的投影无重合时，第二滑竿174带着第二储土槽122一起在第二滑柱173上向上滑动，当第二储土槽122的底部正好高于第一换热机构130时，上滑运动停止，此时第二滑柱173向靠近第一滑柱171的方向滑动，直至第二储土槽122的位置与第一储土槽121运动前的位置重合时停止。上述运动过程完成则第一储土槽121与第二储土槽122的位置交换过程完成，达到使第一储土槽121和第二储土槽122内的土壤轮休的效果。位置交换后，第一换热机构130对第二储土槽122进行加热。

进一步地，请参照附图3所示，第一储土槽121包括土壤槽124和储水盘125，土壤槽124设置于储水盘125的上方，土壤槽124深300mm，其底部设置有泄水孔126，储水盘125的上部设置有溢流孔127。当第一储土槽121内种植的植物在生长期间通过自动浇灌系统进行灌溉时，浸入土壤槽124的水分过多则从泄水孔126排出，当储水盘125内的水量过多时则从溢流孔127排出。同时设置储水盘125，使储水盘125内保持一定的水量，由于水比土壤传热效果好，该设计还有能够确保第一换热机构130对第一储土槽121的传热效率更高。需要说明的是，第二储土槽122与第一储土槽121的结构相同。

进一步地，请再次参照附图1所示，太阳能加热系统160包括用于加热循环水的太阳能集热板161、用于为第一换热机构130和第二换热机构150输送热量的储热罐162、用于将第一换热机构130和第二换热机构150输出的循环水提升至太阳能集热板161的循环泵163，太阳能集热板161的一端与循环泵163连接，太阳能集热板161的另一端与储热罐162连接。

循环泵163将第一换热机构130和第二换热机构150输出的冷却后的循环水加热提升至太阳能集热板161，经太阳能集热板161在太阳能的作用下加热，并输送至储热罐162中储存，而储热罐162中的热水则被再次输送至第一换热机构130和第二换热机构150中。采用太阳能加热，无其余能耗，更环保。

进一步地，生态大棚100还包括用于为第一换热机构130和第二换热机构150排出的循环水补充热量的补热泵164，第一换热机构130和第二换热机构150均与补热泵164连接，补热泵164与循环泵163连接。当某一日光照不佳的情况下，太阳能集热板161无法为循环水提供充足的热量，则启动补热泵164为第一换热机构130和第二换热机构150排出的循环水进行加热，以使得循环水获得的热量足够使沼气池140和第一储土槽121第二储土槽122正常工作。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，补热泵164还可以设置于循环泵163与太阳能集热板161之间，或者设置于太阳能集热板161与储热罐162之间，同样具有上述效果。

进一步地，生态大棚100还包括相互连接的集气罐141和沼气灯180，沼气灯180设置于保温棚110内，且位于第一储土槽121的上方，集气罐141与沼气池140连通。通过沼气池140产生的沼气用于沼气灯180夜间对保温棚110内进行照明和升温，该设计能够循环利用资源，降低大棚栽培的成本。

进一步地，沼气池140由钢纤维混凝土建造，内嵌在第二换热机构150内，第二换热机构150外设绝热保温板，阻止沼气池140内温度损失。

进一步地，保温棚110包括保温墙111和双层保温膜112，保温墙111的一端设置于地面，保温墙111的另一端与双层保温膜112连接。设置保温墙111与双层保温膜112是为了尽量隔绝保温棚110内部与外部的热量交换，减少热量损失，确保种植于保温棚110内的作物能够健康生长。

沼气池140余沼气灯180的设计，例如:每立方米空气温度升高1℃大约需要1千焦的热量。若要将210立方米的保温棚110内温度升高10℃,在不考虑散热的情况下,需要燃烧沼气:210×1×10÷23000＝0.1立方米。由于保温棚110保温性能不高,大部分热量散失很快。通常保温棚110内每10平方米面积对应设置一个沼气灶或者每50平方米设置一个沼气灯180,利用灶和灯散发的热量来保温。

第二实施例

本发明实施例所提供的生态大棚200，其实现原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

请参照附图4所示，生态大棚200包括相互连接的集气罐241和用于为生态大棚200供电的发电机280，集气罐241与沼气池240连通。保温棚210内设置有照明灯281，照明灯281与发电机280连接，即发电机280利用沼气池240内的沼气进行发电，并把所得的电量用于照明灯281夜间对保温棚210的照明和升温。除此之外，发电机280还可用于对生态大棚200其他部件的供电。该设计实现能源循环利用，有效避免了能源浪费，且使维护生态大棚200正常工作的资金花费降低。

综上所述，本发明提供的生态大棚由于保温棚、第一储土槽、第一换热机构、沼气池、第二换热机构和太阳能加热系统相互配合作用，能够使得在寒冷的冬季大棚内的土壤能够得到热量而适应农作物生长，沼气池得到足够的热量发酵产生沼气以供生态大棚使用，解决了北方冬季田地内无法种植农作物的问题，并且沼气池产生利用动物粪便进行发酵，有效解决了动物粪便污染环境的问题；第一储土槽和第二储土槽以及升降机构的设计使得第一储土槽和第二储土槽轮流工作，实现了土壤的轮休以保证种植的农作物能生长得更好；第一储土槽和第二储土槽的结构设计能够保证土壤槽内有充足的水分且又不会发生水分过多的现象，同时储水盘内有充足的水还能保证第一储土槽或第二储土槽与第一件热件的传热效率更高；补热泵的设计能够保证在某日光照不足时仍旧能够为循环水补充足够热量使得沼气池与第一储土槽或第二储土槽正常工作；沼气灯或者发电机与沼气池的连接的设计则能够将沼气氧化产生的能量转换为电能供生态大棚使用，不仅环保而且能够降低生态大棚的维护成本。

本发明还提供了一种农田结构，其包括本发明提供的生态大棚，即时在冬季气温极低的北方也能实现对农作物的大棚种植，且投入成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种生态大棚，其特征在于，包括保温棚、第一储土槽、第一换热机构、沼气池、第二换热机构和太阳能加热系统，所述第一储土槽设置于所述保温棚内，所述太阳能加热系统与所述第一换热机构和所述第二换热机构连接，所述第一储土槽设置于所述第一换热机构的上方，所述第二换热机构设置与所述沼气池的外壁；所述沼气池由钢纤维混凝土建造，内嵌在第二换热机构内；

所述生态大棚还包括第二储土槽和升降机构，所述第二储土槽设置于所述第一换热机构的下方，所述第一储土槽和所述第二储土槽均与所述升降机构连接；

所述升降机构包括第一滑柱、第二滑柱、第一滑竿、第二滑竿以及设置于地面的滑轨，所述第一滑柱的一端和所述第二滑柱的一端均设置于所述滑轨上，所述第一滑竿的一端与所述第一滑柱滑动连接，所述第一滑竿的另一端与所述第一储土槽连接；所述第二滑竿的一端与所述第二滑柱滑动连接，所述第二滑竿的另一端与所述第二储土槽连接；

所述第一储土槽包括土壤槽和储水盘，所述土壤槽设置于所述储水盘的上方，所述土壤槽的底部设置有泄水孔，所述储水盘的上部设置有溢流孔；

所述太阳能加热系统包括用于加热循环水的太阳能集热板、用于为所述第一换热机构和所述第二换热机构输送热量的储热罐、用于将所述第一换热机构和所述第二换热机构输出的循环水提升至所述太阳能集热板的循环泵，所述太阳能集热板的一端与循环泵连接，所述太阳能集热板的另一端与所述储热罐连接；

所述生态大棚还包括用于为所述第一换热机构和所述第二换热机构排出的循环水补充热量的补热泵，所述第一换热机构和所述第二换热机构均与所述补热泵连接，所述补热泵与所述循环泵连接。

2.根据权利要求1所述的生态大棚，其特征在于，所述生态大棚还包括相互连接的集气罐和用于为所述生态大棚供电的发电机，所述集气罐与所述沼气池连通。

3.根据权利要求1所述的生态大棚，其特征在于，所述生态大棚还包括相互连接的集气罐和沼气灯，所述沼气灯设置于所述保温棚内，且位于所述第一储土槽的上方，所述集气罐与所述沼气池连通。

4.根据权利要求1所述的生态大棚，其特征在于，所述保温棚包括保温墙和双层保温膜，所述保温墙的一端设置于地面，所述保温墙的另一端与双层保温膜连接。

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