一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置及方法，包括聚氯乙烯PVC散熱管和風機，溫室大棚內南側同一平面并排設置2組垂直于地面的主管，東西側主管距離東西向墻體相同間距。主管上端通過彎管北向靠近棚內頂部伸向棚內，主管南向端口通過彎頭連接到引風管上。主管通過引風管與風機相連，使引風管南向伸出棚外，與地面呈約90°角安裝。風機置于南北走向大棚內的南側，兩風機間隔25-35m。主管地面方向與風機主管相通呈90°角并與地面平行，與耕作層呈垂直向。本發明有益效果為大棚內空氣及夏季和冬季土壤溫濕度達到適宜于適于農作物生長的需求，還具有成本低，節能環保的特點。
【專利說明】一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業【技術領域】，具體地說，涉及一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前有太陽能集熱器或太陽能熱水器加熱水送入管網，使溫室增溫，此種方法是水作集熱介質，需要水在系統中反復循環流動，耗費水泵的電能較大，前期費用較高，也存在腐蝕、泄漏等問題，不適宜大面積推廣；還有以太陽能為介質，通過太陽能集熱器/板，將熱量儲存到地下，使溫室增溫，此類方法的缺陷為前期投入費用高，后期需專業人員維護等問題，不適合在西北經濟欠發達地區推廣使用。以上溫室大棚雖然在增溫方面取得了較好的效果，但存在加溫棚內濕度較高的缺點。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置及方法，該裝置一方面是利用風機的動能進行棚內和棚外的空氣交換，另一方面是利用土壤大的熱容量和較小的導熱率，將熱量從溫度較高的地下土壤向上緩慢傳遞，使得大棚內耕作層土壤溫度升高，濕度降低，滿足作物根系對地溫的需求的原理。其技術方案如下:
[0004]一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置，包括聚氯乙烯PVC散熱管和風機。風機置于南北走向大棚內的南側，放置2組，東側主管距離東向墻體1000-1500mm，西側主管距離西向墻體1000-1500mm，主管為PVC管，管徑300-350mm。兩風機間隔25_30m南向端口連接到引風管上，主管通過風機與引風管相連，使引風管從大棚內伸出棚外并與地面呈約90°角安裝，引風管橫截面中心點與棚內地面距離2000-2065mm ;主管上端通過彎頭靠近棚內頂部伸向棚內。引風管為PVC管，管徑300-350mm。主管地面方向與風機主管相通呈90°角，與耕作層在同一水平面呈垂直向。主管上端和引風管上分別設有擋片，擋片開關可實現棚內外空氣循環。棚內地面層豎直方向、平行于地面安裝10-14組并聯管并與地面主管相通，每組由兩根管徑為45-55mm的PVC管組成，間距200-250mm ;每組并聯埋管間距400-600mm，每一組并聯埋管形成一個耕作層，并聯埋管北向通過彎頭，距棚北側350_450mm處，垂直于地面通向棚內，垂直向管長500-600_。
[0005]本發明的有益效果是大棚內的空氣和土壤，在夏季及冬季達到適于農作物生長的溫濕度。
[0006]一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節方法，以空氣為載熱介質，土壤為蓄熱介質，利用太陽和空氣流動加速土壤和空氣之間的熱能和水分交換，由風機的動能裝置將熱能和水分在棚內和棚外進行循環交流。
[0007]通過耕作層中的并聯埋管與土壤進行的熱交換，一方面將熱量儲存在土壤和管道中。當白晝棚內溫度較高時(取決于所種作物對溫濕度的要求)，在13點?16點環境溫度較高時，熱交換兩個小時左右。冬季，啟動風機，打開主管擋片，關閉引風管擋片使耕作層中并聯埋管與土壤進行熱交換，進而使土壤中的蓄熱和棚內空氣形成一個微循環，在此循環中將熱能儲存到耕作層和地面層下的土壤中，使棚內土壤和空氣的溫濕度達到交換和平衡，再根據作物對溫濕度的要求，調節引風管擋片開關，如若溫濕度過高可打開擋片，將熱量和水分排到室外；夏季，啟動風機、打開引風管和主管上的擋片將土壤和空氣中過多的熱量和水分排到室外，夜間(擋片關閉)耕作層及地面下土壤中的蓄熱能緩慢釋放到空氣中可增加耕作層和棚內溫度，土壤溫度升高時易使土壤蓄水發生蒸發，進而增加棚內夜間濕度。
[0008]本發明的有益效果:
[0009]1.該裝置利用太陽能，節能環保:
[0010]2.該裝置前期投入成本低，施工周期短，受益時間長；
[0011]3.有效提高溫室大棚作物產量，有明顯的經濟效益和社會效益。
[0012]總之，本發明利用了太陽能、風機的動能和具有較大熱容量的土壤為介質，三者的有機結合，既滿足了作物生長需求，又最大限度的節約能源和保護環境，還實現了農作物產量和品質進一步提高的經濟目標。該技術一次投入成本小，施工周期短，受益時間長，具有明顯的經濟效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置東西走向剖視圖；
[0014]圖2是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置平面結構示意圖；
[0015]圖3是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置夏季兩座大棚棚內溫度變化情況；
[0016]圖4是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置兩座大棚夏季棚內耕作層15cm處土溫變化情況圖；
[0017]圖5是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置夏季兩座大棚棚內濕度變化情況圖；
[0018]圖6是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置冬季兩座溫室大棚棚內溫度變化情況圖；
[0019]圖7是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置冬季兩座溫室大棚耕作層15cm處土溫變化情況圖；
[0020]圖8是本發明一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置冬季兩座溫室大棚棚內濕度變化情況圖。
[0021]圖中，1.風機，2.擋片，3.主管，4.并聯埋管，5.引風管。
具體實施方案
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0023]參照圖1和圖2，一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置，包括聚氯乙烯PVC散熱管和風機。溫室大棚內南側SO-1OOcm處同一平面并排放置2組垂直于地面的主管3，東側主管3距離東向墻體1000-1500mm，西側主管3距離西向墻體1000-1500mm主管為PVC管，管徑300-350mm。主管3上端通過彎管北向靠近棚內頂部伸向棚內，主管3南向端口通過彎頭連接到引風管5上。主管3通過引風管5與風機1相連，使引風管5南向伸出棚外，與地面呈約90°角安裝，引風管5橫截面中心點與棚內地面距離2000-2065mm。風機1置于南北走向大棚內的南側，兩風機間隔25-35m。主管3地面方向與風機主管相通呈90°角并與地面平行，與耕作層呈垂直向。主管3頂端和引風管5上分別裝擋片2，擋片2的開關可實現棚內外溫濕度的調節。棚內地面層上方平行與地面，與主管3地面向相通并呈垂直向安裝10-14組并聯埋管4，每組由兩根管徑為45-55mm的PVC管組成且間距為20-25cm ；每組并聯埋管4間距400-600mm，每一組并聯埋管形成一個耕作層，并聯埋管4北向通過彎頭垂直與地面通向棚內，垂直向管長500-600mm,距棚北側350_450mm處。
[0024]該系統主要是利用土壤巨大的熱容量和較小的導熱率，使熱量從溫度較高的土壤向上和空氣中緩慢傳遞，使大棚內和耕作層土壤溫度升高，滿足作物根系對地溫和水分的需求。該系統溫室內可安置2-3臺風機1，形成“1吸1排”的地上地下冷、熱空氣交換，以調節農作物生長所需的最適溫濕度。
[0025]夏季，由于太陽強照射，白晝棚內溫度較高(一般在13點-16點間)，打開風機1、引風管和主管擋片2開關，使1臺風機吸風，1臺風機1排風，進行棚內外土壤和空氣的對流交換，將土壤和空氣中一定量的熱能通過并聯埋管4和風機1交換到棚外環境中。風機在進行棚內外空氣交換的同時，也將溫棚內一定的水分排到室外，降低夏季白晝溫棚內的溫濕度。通過該裝置地上地下冷、熱空氣交換對流降低了夏季棚內耕作層和地面下地溫溫度及土壤濕度，也降低了因溫室大棚棚內和土壤溫濕度過高而造成的農作物傷害和減產。夜間，因白晝棚內進行了空氣交換，土壤地溫和棚內溫度也有適度下降，更有利于作物的生長發育。
[0026]冬季，當白晝環境溫度較高時，太陽能使棚內溫度升高，同時也加劇了作物和土壤中水分的蒸發，使得棚內也濕度增加。此時，打開風機1和主管擋片2，使1臺風機1吸風，1臺風機1排風，進行棚內及土壤間冷熱空氣交換，將部分熱量通過空氣對流和土壤導熱儲存到耕作層和地面層下，并聯埋管北側垂直向管道也加速了空氣循環。如溫度和濕度較高時可打開引風管擋片2，排到棚外。夜間環境溫度較低時，棚內溫度也隨之降低，這時，關閉迎風管擋片2，打開主管擋片2。此時，耕作層和地面下儲存的熱量緩慢釋放，同時土壤蓄水也發生蒸發，增加了棚內夜間濕度，提高了耕作層和棚內的溫濕度，一方面預防了冬季大棚凍害問題，另一方面提高了棚內和耕作層的溫度，更適宜于作物及作物根部對溫濕度的需求。
[0027]從圖3可以看出，從上圖中可以看出，當夏季(7月份)環境溫度較高(白晝15點為采樣點)時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚耕作層土溫較同一試驗條件下的對比棚低2.29°C ;環境溫度降低時出點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚耕作層土溫較對比棚耕作層地溫溫度低1.68°C。說明，夏季環境溫度較高時，該裝置降低了耕作層地溫。
[0028]從圖4可以看出，當夏季(7月份)環境溫度降低時(6點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內溫度較同一試驗條件下對比棚溫度低1.52°C ;環境溫度較高(白晝15點為為采樣點)時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內溫度較對比棚低5.06°C。說明，夏季環境溫度較高時，該裝置降低了溫室大棚棚內溫度。
[0029]從圖5中可以看出，當夏季(7月份)環境濕度較高時(6點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內濕度較同一試驗條件下對比棚低4.36% ;環境濕度較低(白晝15點為采樣點)時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內濕度較的對比棚低9.64%。說明，夏季該裝置能有效降低溫室大棚棚內濕度。
[0030]從圖6中可以看出，當冬季(12月份和次年I月份)環境溫度低時(6點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內溫度較同一試驗條件下對比棚棚內溫度高2.020C ;環境溫度較高(白晝15點為采樣點)時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚棚內溫度較的對比棚高1.92°C。說明，冬季環境溫度低時，該裝置增加了棚內溫度。
[0031]從圖7中可以看出，當冬季(12月份和次年I月份)環境溫度低時(6點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內耕作層15cm處土溫較同一試驗條件下對比棚高2.280C ;環境溫度較高(白晝15點為采樣點)時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚棚內耕作層地溫較的對比棚高1.84°C。說明，冬季環境溫度低時，該裝置增加了棚內耕作層土溫溫度。
[0032]從圖8中可以看出，當冬季季(12月份和次年I月份，6點為采樣點)，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內濕度較對比棚耕作層地溫溫度低4.53% ;白晝15點為為采樣點時，耕作層地熱溫濕度調節裝置溫室棚內濕度較同一試驗條件下的對比棚低6.47%。說明，冬季該裝置能降低溫室大棚棚內濕度。
[0033]本發明一種溫室大棚地熱溫濕度調節系統充分利用太陽能，節能環保，能有效提高溫室大棚作物產量，有明顯的經濟效益和社會效益。通過該技術在生產實踐中的應用，減少作物因溫濕度不適造成的傷害，提高農作物的產量。另外，系統安裝一次投入成本小，施工周期短，受益時間長。將太陽能和土壤蓄熱的綠色概念有機結合并應用于生產實踐中，滿足了作物生長的需要，提高作物產量，增加農民的經濟收益。適于廣大農村地區推廣，尤其適合西北日照時間長，強度大的地區。
[0034]以下通過具體實施例來進行說明:
[0035]實施例1:溫室大棚南北走向，南北長7500mm，東西長60000mm。溫室大棚內南側800mm處同一平面并排設置2組垂直于地面的主管3，東側主管3距離東向墻體1500_，西偵1J主管3距離西向墻體1500mm,主管為PVC管,管徑300mm。主管3上端通過彎管北向靠近棚內頂部伸向棚內，主管3南向端口通過彎頭連接到引風管5上。主管3通過引風管5與風機I相連，使引風管5南向伸出棚外，與地面呈90°角安裝，引風管5橫截面中心點與棚內地面距離2000mm。風機I置于南北走向大棚內的南側，兩風機間隔3000mm。主管3地面方向與風機主管相通呈90°角并與地面平行，與耕作層呈垂直向。主管3頂端和引風管上分別裝擋片2，擋片2的開關可實現棚內外溫濕度的調節。棚內地面層上方平行與地面，與主管3地面向相通并呈垂直向安裝12組并聯埋管4，每組由兩根管徑為50mm的PVC管組成，間距200mm ;每組并聯埋管4間距500mm，每一組并聯埋管形成一個耕作層，并聯埋管4北向通過彎頭垂直與地面通向棚內，垂直向管長550mm,距棚北側400mm處。
[0036]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護范圍不限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置，其特征在于:包括聚氯乙烯PVC散熱管和風機；溫室大棚內南側SO-1OOcm處同一平面并排設置垂直于地面的主管(3)，東側主管(3)距離東向墻體1000-1500mm,西側主管(3)距離西向墻體1000-1500mm,主管(3)上端通過彎管北向靠近棚內頂部伸向棚內，主管(3)南向端口通過彎頭連接到引風管(5)上；主管(3)通過風機(I)與引風管(5)相連，使引風管從大棚內伸出棚外并與地面呈90°角安裝，風機(I)置于南北走向大棚內的南側，兩風機間隔25-35m;主管(3)地面方向與風機主管相通呈90°角并與地面平行，與耕作層呈垂直向；主管(3)頂端和引風管(5)上分別裝擋片(2)，棚內地面層上方平行與地面，與主管(3)地面向相通并呈垂直向安裝10-14組并聯埋管(4)，每一組并聯埋管形成一個耕作層。
2.根據權利要求1所述的溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置，其特征在于:所述主管⑶采用PVC管，管徑300-350mm;所述引風管(5)采用PVC管，管徑300_350mm，引風管(5)橫截面中心點與地面距離2000-2065mm ;所述并聯埋管(4)采用PVC管，每組由兩根管徑為45-55mm的PVC管組成，間距200_250mm ;每組并聯埋管(4)間距400-600mm ;所述并聯埋管⑷北向通過彎頭垂直與地面通向棚內，垂直向管長500-600mm,距棚北側350_450mm處。
3.按照權利要求1所述的溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節裝置，其特征在于:所述主管⑶為2組。
4.一種溫室大棚耕作層地熱溫濕度調節方法，其特征在于，以空氣為載熱介質，土壤為蓄熱介質，利用太陽和空氣流動加速土壤和空氣之間的熱能量交換，由風機將土壤中的熱空氣抽到棚內和棚外空氣中，通過地下管道與土壤進行熱交換，將熱量傳給土壤儲存，并將過多的熱量排出棚外，白晝棚內溫度高于所種作物溫度上限時，在14點?16點交換熱兩個小時，啟動風機使隆耕層土壤中的蓄熱和棚內空氣形成一個微循環，在此循環中將一部分熱能儲存到耕作層下的土壤中，使棚內和土壤的溫度達到一種平衡，土壤和空氣中的水分也得到循環，再根據作物的不同及所需溫度的不同調節棚內溫濕度，如若溫濕度過高，打開調節閥，將熱量和水分排到室外，當夜間溫度較低的時候，耕作層下土壤中的蓄熱能緩慢釋放到空氣中，土壤溫度較高時使土壤蓄水發生蒸發，進而增加棚內夜間溫濕度。
【文檔編號】A01G9/24GK104396633SQ201410758389
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】李海玲, 陳麗華, 曹忻, 哈斯其美格, 陳琰明, 孫萬虹, 肖朝虎, 唐仕華 申請人:西北民族大學