CN107926375A - 一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的复合大棚 - Google Patents
一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的复合大棚 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的复合大棚，由位于朝阳面的阳棚、位于背阴面的阴棚和中间墙组成，阳棚与阴棚通过共用中间墙连接在一起，中间墙上分布上下2行通风孔，通风孔上装有换气设备。夜间阴棚的食用菌产生呼吸热对阳棚起到保温、提温作用，而白天阳棚吸收的太阳辐射热对阴棚起到增温作用，二者相辅相成，能够在冬季大棚农业生产中保温、增温，节省能源；补充气肥，二氧化碳和氧气合理流动、转化、利用，促进代谢，降低成本，大幅提高效率。
Description
技术领域
本发明属于农业大棚领域，具体说是一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的复合大棚。
背景技术
冬暖式种植大棚是北方寒冷地区，用来提高作物环境温度，为作物生长创造有利条件的设施，能在一定程度上缓解低温等恶劣气候条件对作物生长的不利影响，可达到拉长生产周期、增加产量、提高品质、保障农产品供应等目的。目前，很多种绿色植物和喜阴作物是在种植大棚中进行反季节栽培。
但是，常规的种植大棚在寒冷季节进行通风换气时会浪费了大量热能和光合原料，如蔬菜等绿色植物光合作用产生的氧气、食用菌等喜阴作物呼吸作用产生的二氧化碳和呼吸热等。同时，由于喜阴作物需避光生长，无法吸收太阳辐射热，使种植大棚内增温困难；而普通绿色植物大棚后墙由于保温效果不高，在夜间损失了大量热能。
绿色植物白天通过光合作用积累营养，吸收二氧化碳，呼出氧气，使封闭的大棚内的氧气浓度提高，二氧化碳浓度降低而影响光合作用；食用菌等喜阴作物吸收氧气，呼出二氧化碳使棚内二氧化碳浓度提高，氧气浓度降低，影响其生长发育。常规的冬暖式种植大棚只能通过开棚放风的办法解决上述问题，导致了棚内热量流失，对冬季作物生产极其不利。
如果能创造一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的大棚，将常规种植大棚浪费的这部分资源加以利用，就可以节省能源、提高产量、降低农业生产成本。
发明内容
本发明提出一种复合大棚，包括位于朝阳面的阳棚、位于背阴面的阴棚和中间墙，阳棚与阴棚通过共用中间墙连接在一起，阳棚内种植蔬菜、水果等绿色植物，阴棚内种植食用菌等喜阴作物，通过阳棚和阴棚之间冷热空气对流，可实现氧气、二氧化碳和热量等在复合大棚内部交流互补，被两种不同类型的作物循环利用，提高了资源利用效率，可以节省能源、提高产量、降低农业生产成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
1、位于朝阳面的阳棚，其实质是一种外部设有保温装置的透光温室，除与位于背阴面的阴棚共用的中间墙外，其余部分可以采用玻璃温室、塑料大棚、阳光板大棚等建筑形式，具体结构和尺寸可根据气候、地形、材料、成本等实际情况合理选择。
2、位于背阴面的阴棚，其实质是一种外墙开有通风孔的避光保温室，通风孔上装有密封阀，除与位于朝阳面的阳棚共用的中间墙外，其余部分可以采用钢结构保温室、砖混结构保温室等建筑形式，具体结构和尺寸可根据气候、地形、材料、成本等实际情况合理选择。
3、中间墙，是阳棚和阴棚共用的一堵墙，其上分布上下两行通风孔，通风孔上装有换气设备，将阳棚和阴棚连接在一起，形成两边既保持相对独立又能进行物质和能量交流格局，具体结构和尺寸可根据气候、地形、材料、成本等实际情况合理选择。
4、位于朝阳面的阳棚内种植蔬菜、水果等绿色植物，位于背阴面的阴棚内种植食用菌等喜阴作物。白天在太阳光照辐射下，阳棚气温高于阴棚，阳棚内热空气与阴棚内冷空气形成对流，阳棚内的太阳辐射热和绿色植物光合作用产生的氧气通过中间墙的上排通风孔传输到阴棚内，被喜阴作物利用；阴棚内喜阴作物呼吸作用产生的二氧化碳通过中间墙的下排通风孔传输到阳棚内，被绿色植物利用。夜晚喜阴作物呼吸作用释放大量呼吸热，阴棚气温高于阳棚，阴棚内热空气与阳棚内冷空气形成对流，阴棚内的呼吸热通过中间墙的上排通风孔传输到阳棚内，被绿色植物利用。
5、当夜晚或白天遭遇极端低温天气时，可将阳棚外部的保温装置打开，覆盖保温。当阳棚或阴棚内部氧气、二氧化碳浓度及空气湿度等条件不适宜作物生长时，可开启中间墙通风孔上的换气设备和阴棚外墙通风孔上的密封阀，进行强制交流或通风。
本发明中阳棚为一种日光温室，可采用玻璃温室、塑料膜大棚、阳光板大棚等建筑形式，外部设有保温装置，用于种植蔬菜、水果等绿色植物；阴棚为一种避光保温室，可采用钢结构保温室、砖混保温室等建筑形式，外墙开有通风孔，用于种植食用菌等喜阴作物。该复合大棚由于阳棚接受太阳辐射，而阴棚没有太阳辐射，使阴阳棚体受热不均，阳棚空气受热膨胀，推动阴阳棚的冷热空气自动对流，带动氧气、二氧化碳和热量等在阳棚与阴棚之间交流互换，满足绿色植物对二氧化碳的需求和食用菌等喜阴作物对氧气的需求，使棚内二氧化碳和氧气循环利用。夜间阴棚的食用菌产生呼吸热对阳棚起到保温、提温作用，而白天阳棚吸收的太阳辐射热对阴棚起到增温作用，二者相辅相成，相互利用，互惠互利，各得其所，能够在冬季大棚农业生产中保温、增温，节省能源；补充气肥，二氧化碳和氧气合理流动、转化、利用，促进代谢，降低成本，大幅提高效率。
本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：
1、多种资源通过内部交流循环得到有效利用。
本发明中，阳棚与阴棚通过共用开有通风孔的中间墙连接在一起，构成一个两边既相对独立又保持连通的独立空间，当阳棚与阴棚出现温差时，在冷热空气对流的带动下，阳棚内太阳辐射热和绿色植物光合作用产生的氧气与阴棚内喜阴作物呼吸作用产生的二氧化碳和呼吸热交流互换，太阳辐射热和氧气被喜阴作物利用，二氧化碳和呼吸热被绿色植物利用。氧气、二氧化碳和热量等在本发明提供的复合大棚内部被两类作物循环利用，提高了资源利用效率，节省了能源及肥料等。
2、能营造更适宜作物生长的条件。
本发明提供的复合大棚将两种不同类型的作物互补地结合在一起种植，阴棚中喜阴作物呼吸作用产生的二氧化碳与阳棚中绿色植物光合作用产生的氧气循环交流，可以在相对封闭的保护条件下使阳棚中二氧化碳浓度和阴棚中氧气浓度都得到提高，同时还避免了水分和热量的损失，非常有利于两种作物生长，能够增加产量；阳棚中吸收的太阳辐射热和阴棚中喜阴作物释放的呼吸热分别在白天和夜间向另一方传输，保温、增温效果明显，二者平均温度均比单一的同规模同类型对照大棚温度高，更能抵抗不利气候，拉长作物产期，调节最佳上市时间，获得更好的收益。这种做法使部分物质和能量按照两类作物的不同需求分别流向各自相对独立的环境，从而为两种作物营造更适宜生长的条件，实现了增产增效。
3、建造和运行成本不高于两种同规模同类型的单一大棚之和。
两种大棚连接在一起建造，互为依靠，不仅可共用一堵中间墙，还可降低共用中间墙的标准，能节省建造成本。此外，两种大棚的主体均可采用钢结构，可实现工厂标准化出品，现场模块化安装，既能节省土建人工费，拆解搬迁时又能重复利用，一旦规模化生产应用还能进一步降低成本。通过内部交流互换，喜阴作物呼吸作用产生的二氧化碳与绿色植物光合作用产生的氧气被循环利用，生产中可减少二者的补充量，降低投入品成本；太阳辐射热和喜阴作物呼吸热被更有效地利用，可降低控温设备的标准，减少设备运行时间，节省设备和能源成本。综上所述，本发明提供的复合大棚建造和运行成本均不会高于两种同规模同类型的单一大棚之和，具有良好的推广前景。
具体实施方式
下面对本发明方法具体举例说明：
本发明是一种可实现氧气、二氧化碳和热量等在内部循环利用的复合大棚，包括位于朝阳面的阳棚、位于背阴面的阴棚和中间墙等部分，以南向朝阳为例，建造和使用方法如下：
1、位于朝阳面的阳棚，东西长60m，南北宽8m；北墙为与阴棚共用的中间墙，高度3.5m，东西两侧墙为坡形，高度自北向南从3.5m顺坡落至0.4m，然后垂直落到地面。所有墙体均采用砖混结构，棚架由金属坡形拱架、横梁和横拉杆焊接而成，坡形拱架的前脚和后脚分别固定在地面固定桩和北墙上，拱架外覆盖透光的塑料大棚膜；棚顶部设有卷帘装置和保温棉被。
2、位于背阴面的阴棚，东西长60m，南北宽7m；南墙为与阳棚共用的中间墙，高度3.5m，北墙高度2.8m，东西两侧墙为坡形，高度自南向北从3.5m顺坡落至2.8m，除中间墙外的所有墙体及阴棚的顶部均采用钢结构外挂聚苯乙烯保温墙面板；北墙离地0.3m的高度上每隔8m开一个直径0.25m的圆形通风孔，通风孔上安装密封阀。
阴棚北墙的通风口主要用于调节两棚的温度和湿度，打开的频率低且通风量小，所以通风口小且少。中间墙通风口的作用主要是连通阴阳两棚内的氧气、二氧化碳的循环交流及其热量对流交换，频率高、流通量大，所以通风口大且多。
阳棚侧墙设计与普通日光大棚相同，主要为利用太阳辐射，提高棚内温度。阴棚主要用来种植食用菌等喜阴作物，并起到为阳棚保温的作用，要保持较大的空间，所以后墙建造要达到足够的高度，并保持一定的坡度，不使屋顶存水。
3、中间墙，为阳棚和阴棚共用，东西长60m，高度3.5m，采用砖混结构，每间隔5m建造上下2个直径0.4m的圆形通风孔，上排通风孔离地高度3m，下排通风孔离地高度0.3m，上排通风孔安装向阴棚方向排气的排风扇，下排通风孔安装向阳棚方向排气的排风扇。
通风口的设计是保证阳棚和阴棚气流畅通，满足不同类型作物对氧气和二氧化碳的不同需求，并起到调节两棚内温度和湿度的作用。0.3米的通风口为下通风口，主要用于将阴棚内的二氧化碳排放到阳棚，因为比重大，二氧化碳沉积在地面，要由下通风口排放，同时考虑农事操作，下排风口与地面要保持一定高度；3米的通风口为上通风口，主要用于将阳棚内的氧气排放到阴棚，因为比重轻，氧气漂浮在大棚上部空间，要由上排风口排放，上排风口过高又会影响气流畅通，所以确定3米高度。
4、位于朝阳面的阳棚内种植蔬菜、水果等绿色植物，位于背阴面的阴棚内种植食用菌等喜阴作物，氧气、二氧化碳和热量等在阳棚与阴棚之间交流互换，被两种作物循环利用。
5、当夜晚或白天遭遇极端低温天气时，可将阳棚顶部的保温棉被打开。当阳棚或阴棚内部氧气、二氧化碳浓度及空气湿度等条件不适宜作物生长时，可开启中间墙通风孔上的排风扇或阴棚北墙通风孔上的密封阀，进行强制交流或通风。
当然，上述说明并非是对发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种内部循环复合大棚，其特征在于，所述复合大棚包括：位于朝阳面的阳棚、位于背阴面的阴棚和中间墙，所述位于朝阳面的阳棚和位于背阴面的阴棚通过共用中间墙连接在一起，所述中间墙上开有通风孔。
2.如权利要求1所述的复合大棚，其特征在于：所述中间墙上的通风孔呈上下行排布，所述通风孔装有换气设备。
3.如权利要求1所述的复合大棚，其特征在于：所述位于朝阳面的阳棚为一种日光温室，可采用玻璃温室、塑料膜大棚、或阳光板大棚的建筑形式。
4.如权利要求1所述的复合大棚，其特征在于：所述位于背阴面的阴棚为一种避光保温室，可采用钢结构保温室或砖混结构保温室的建筑形式。
5.如权利要求3所述的复合大棚，其特征在于：所述位于朝阳面的阳棚外部设有保温装置。
6.如权利要求4所述的复合大棚，其特征在于：所述位于背阴面的阴棚外墙开有通风孔，所述通风孔上装有密封阀。
7.如权利要求1-6任一项所述的复合大棚，其特征在于：所述阳棚用于种植蔬菜、水果等绿色植物；所述阴棚用于种植食用菌等喜阴作物。
8.权利要求1-7任一项所述的复合大棚的建造方法，包括如下步骤：(1)、阳棚北墙为与阴棚共用的中间墙，其东西两侧墙为坡形，高度自北向南顺坡落至地面；
(2)、阴棚的南墙为与阳棚共用的中间墙，东西两侧墙为坡形，除中间墙外的所有墙体及阴棚的顶部均采用钢结构外挂聚苯乙烯保温墙面板；北墙开圆形通风孔，通风孔上安装密封阀；
(3)、中间墙，为阳棚和阴棚共用，采用砖混结构，其上建造通风孔。
9.根据权利要求8所述的复合大棚的建造方法，其特征在于：步骤(3)中通风孔为两排，上排通风孔安装向阴棚方向排气的排风扇，下排通风孔安装向阳棚方向排气的排风扇。
10.权利要求1-7任一项所述的复合大棚的使用方法，包括如下步骤：位于朝阳面的阳棚内种植蔬菜、水果等绿色植物，位于背阴面的阴棚内种植食用菌等喜阴作物，氧气、二氧化碳和热量等在阳棚与阴棚之间交流互换，被两种作物循环利用；当夜晚或白天遭遇极端低温天气时，可将阳棚顶部的保温棉被打开；当阳棚或阴棚内部氧气、二氧化碳浓度及空气湿度等条件不适宜作物生长时，可开启中间墙通风孔上的排风扇或阴棚北墙通风孔上的密封阀，进行强制交流或通风。
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