新型囊膜结构农业大棚的设计

杜颖+胡宇祥+王雅君

摘 要：鉴于目前中国温室大棚系统科技水平低下的现状，专门设计了一种用囊膜结构覆盖的农业大棚，采用囊膜的可隔绝理论，在作物的生长温度发生变化不能满足其正常的生长需要时进行人工控制，它能够通过充水、充气对大棚内温度及时调节，使作物处于最佳生长条件。此外 ， 本新型大棚使用方便，构造简单，自重轻，易维护，并且建设周期短，节能环保，不局限于具体实施形式，便于扩展，可广泛应用到温室等场合。

关键词：农业大棚；调节温湿度；囊膜结构

中图分类号：S723.1+35 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733054

作物受地域适应性、季节性及自然灾害等环境的影响较大，在纯自然的条件下，大部分时间由于气候问题不能进行正常农业生产，造成人力、物力的大量浪费，进行温室栽培后就可以极大地减弱对作物生长不利的环境因素来促进作物生长，有利于缓解季节矛盾，提高作物产量。基于此，农业大棚为解决我国北方地区反季的蔬菜供应、为农民增收创收做出了积极的贡献。特别是近几年来，随着我国对农业的补贴不断加大，农业大棚在农村得到大规模推广，使我国的设施农业取得了蓬勃发展。但是从技术水平上看，我国设施农业却存在严重问题，每年用于病虫害防治的费用十分巨大，致使生产成本居高不下。传统的农业大棚是在桁架上覆盖透明的塑料薄膜，从而形成密闭的空间，靠太阳的辐射提高棚内温度。但是，塑料薄膜具有良好的保温效果，却不能调节棚内温度。比如在夏天大棚内可达到60℃以上，不利于作物生长，而且传统的塑料薄膜材料轻薄，对于风、雪等极端天气的抵抗能力弱，给农作物造成不可小觑的危害。如果设计一种囊膜结构调节棚内温度的农业大棚，既保温又能调温，这些问题便得到解决，就可以大幅度提高农作物产量和质量，满足广大农户需要，随之带来较好的经济收益。

1 总体设计方案

本新型大棚提供了一种用囊膜结构调节温度的农业大棚，使囊膜充当媒介，简单方便地利用水和气体调节棚内温湿度，从而保证作物的正常生长。新型大棚的结构示意图如图1所示，囊模工作原理示意图如图2所示。

新型大棚的结构包括大棚前墙、大棚后墙、桁架、囊膜覆盖、充水系统、充气系统、排水系统和排气系统。

囊膜覆盖由囊腔组成，相邻囊腔之间相互连通且由锚固结构固定在所述桁架上。充水系统包括进水管、水泵、进水阀门和出水管，按照水流方向依次连接，为囊膜覆盖充水。充气系统包括进气管、气泵、进气阀门和出气管，按照气流方向依次连接，为囊膜覆盖充水系统包括排水管和排水阀，安装在所述囊膜覆盖的底部。排气系统包括排气管和排气阀，安装在所述囊膜覆盖的上部。

2 新型大棚优势及工作原理

2.1 传统大棚温度特点及监测要求

塑料大棚种植作物是反季节种植，外界环境的变化与正常作物生长发育所处自然环境的变化相反。同时塑料大棚本身调节环境因素的能力有限，必然导致的作物生长发育于大棚内外之间的环境因素之间的矛盾难以调和，给生产带来诸多问题，塑料大棚环境的大致特点是：塑料大棚的半封闭式结构不利于人工检测棚内各个点的温湿度；塑料大棚的半封闭式结构决定了棚内湿度大，湿度过大极易导致病虫害发生；内环境多变、复杂，光照不足、温度低，同时还存在温差过大等问题，温度过高过低或温差大都不利于蔬菜生长；大棚在温湿度控制上属于复杂的非线性，大延迟系统，简单的控制算法无法达到理想效果。对于现代化的蔬菜大棚来说，最重要的管理因素是温湿度控制。温度太低，作物就会被冻死或者停止生长；温度太高，作物就会失水萎蔫甚至死亡。同时，湿度不宜也会影响其生长，将温湿度始终控制在适合作物生长的范围内迫在眉睫。

传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，人们依据读取的温度值来调节大棚内的温度，对于湿度的控制则是在棚内放容器装起来的水，依靠水的蒸发来保持湿度相对适中。像这样仅靠人工控制既耗人力，又容易出现差错，较难管理。随着农业产业规模的提高，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。因此，在现代化的蔬菜大棚管理中，通常研究新型溫湿度控制系统来控制蔬菜大棚温湿度，适应生产需要。

2.2 装置工作原理

需要使用充水系统为大棚降温时，打开进水阀门和排气阀，关闭进气阀门和排水阀，打开水泵为囊膜覆盖充水，水在自重作用下从囊膜覆盖底部开始填充，当水从排水管溢出时，关闭水泵、进水阀门和排气阀。此时，囊膜覆盖充满水体，白天可以为大棚降温，夜晚可以为大棚补温（白天降温过程阳光会将水晒热，恰好用于夜晚补温），充水过程中水分的挥发会给大棚带来相应湿度来给棚内提供湿度，以免因干燥影响作物生长。而且水重可以抵抗大风气候，适合在昼夜温差大的季节或大风季节使用充水模式，如夏季等天气炎热干燥的季节。

需要使用充气系统为大棚降温时，打开进气阀门，关闭排气阀、进水阀门和排水阀，打开气泵为囊膜覆盖充气，当囊膜覆盖完全隆起时，关闭气泵和进气阀门。此时，囊膜覆盖充满冷气，白天可以为大棚降温隔温，夜晚可以为大棚保温，通过充气亦可阻挡冰雹等较强的自然灾害，达到保护农作物的目的，比较适合在夏季太阳辐射较弱且天气恶劣的时候使用充气模式。

不需要为大棚降温时，打开排水阀或排气阀，将囊膜覆盖中的水体或气体排出，囊腔足以让作物适应气候，适宜春季和秋季。

采用与上述相同的方法为大棚充入热气，可达到为棚除雪的目的，又在雪天给大棚升温，帮助作物抵御严寒。此外，冬季阴霾天气较多，气温较低，也可用此种方法实现保温和增温。

这样一来，用囊膜结构调节温度的农业大棚可以快捷、方便地为大棚降温保温及升温，结构易于操控，不耗费资金与人力，并且可以抵御大风。

3 结语

本新型大棚涉及的这种用囊膜结构调节温度，根据大棚内外的温度对囊膜覆盖进行充水、充气，以达到控制大棚内温度的目的，其优点在于：囊膜覆盖结构使用方便，构造简单，自重轻，易维护，并且建设周期短，节能、环保；囊膜覆盖填充满水或空气后，在降温和升温的同时，还使整个囊膜覆盖而有韧性，达到抗风的要求；该大棚所用材料易于选取，农户可自行建造，所用资金量小，可使经济不发达地区支付得起。在装置设计过程中可能会存在一些不足之处，需要在以后的研究过程中不断提高和完善。

参考文献

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作者简介：杜颖，女，河北秦皇岛人，研究方向：农业工程；胡宇祥（1983-），男，吉林吉林人，讲师，在读博士，主要从事农业水土工程方面研究。