一種可控溫型拼接育苗基質槽的制作方法

本發明屬于設施種植技術領域，特別涉及一種可控溫型拼接育苗基質槽，可常用于設施大棚內槽式種植。

背景技術：

目前我國植物的無土栽培方法主要有基質栽培和營養液栽培。營養液栽培具有設施組成相對復雜、建造成本較高、栽培過程中故障率較高和植物根際環境不夠穩定等問題，因此推廣面積和普及范圍較小。基質栽培可細分為基質袋培、基質槽培、立體盆缽式基質培、立體吊袋式基質培以及立體溝槽式基質培等，其中基質槽培具有結構相對簡單、建造容易、成本低廉、設施牢固耐用、根際環境比較穩定等優點，因而成為我國無土栽培生產中首選的栽培模式。但現有的基質槽主要由磚、水泥、混凝土等材料制成，成本較高，且槽體笨重，不方便基質槽的移動。

相變蓄熱材料(phasechangematerial，pmc)是利用材料在物相變化過程中吸收或釋放大量的熱量，而自身溫度范圍變化較小的特性，進行能量的儲存或釋放。它具有相變潛熱高，儲能密度大，相變過程溫度變化小，相變過程簡單易控等優點，在航空航天、建筑工程、農業生產等領域有著廣闊的發展空間和應用前景。其中，低溫低溫相變材料其相變溫度范圍為0～100℃，為農業溫室大棚有效儲能開辟了新的途徑，受到國內外很多研究者的關注。

近年來，有關低溫相變蓄熱材料的研究取得一定的成效，但在新型農用相變蓄熱材料的研制方面，目前還沒有一種相變潛熱高、保溫性能好，且價格低廉的相變蓄熱材料，因此很有必要開發出一種適合溫室大棚需求的低溫相變蓄熱材料。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種可控溫型拼接育苗基質槽，其槽體由塑料制成，成本較低，且槽體輕便；基質槽側板上嵌入2條ptc加熱元件，且側板的中空結構內還填充有相變溶液，通過相變溶液將環境溫度關聯起來，增加局部空間的熱慣性，保持空間溫度場的平緩，達到不影響作物正常生長的同時，降低溫控能耗。

本發明具體為一種可控溫型拼接育苗基質槽，所述育苗基質槽為長方體，由多個長方體拼接組件連續拼接而成，單個長方體拼接組件長80cm、寬60cm、高25cm；

所述育苗基質槽包括底盤、隔水板和側板，所述底盤、隔水板和側板均為塑料材質；所述底盤上還設有一個用于排水的孔及堵塞該孔的塞子，通過打開塞子將所述底盤上的水進行排放；所述隔水板上設有多個排水孔，通過多個排水孔將基質槽內多余的水分排出以保證作物生長環境水分適宜；所述側板厚2.5cm，側板上嵌入2條ptc加熱元件，所述ptc加熱元件兩端設有連接電極，所述側板為中空結構；

所述ptc加熱元件為恒溫加熱，通過調節熱敏電阻的居里溫度和外加電壓使得ptc加熱元件的加熱溫度為30攝氏度；

所述側板的中空結構內還填充有相變溶液，利用ptc加熱元件加熱相變溶液；通過調整相變溶液配方，設置相變溫度為27攝氏度，過冷溫度為10攝氏度，當溫度高于27攝氏度時，相變材料融化快速吸收ptc加熱元件發熱量，當溫度低于10攝氏度時相變溶液凝固，開啟ptc加熱元件進行加熱，當溫度在27-10攝氏度之間降溫時相變溶液不斷釋放熱量，維持空間溫度緩慢降低。

進一步的，所述相變溶液的主體相變蓄熱材料為十二水磷酸氫二鈉，輔助相變蓄熱材料為水和尿素，增稠劑為硅酸鈉，成核劑為石墨，熔點控制劑為氯化鉀，其中，十二水磷酸氫二鈉的質量為20g，硅酸鈉的質量為0.7g，石墨的質量為0.7g，水為6ml，尿素的質量為10g，氯化鉀的質量為1.6g，此時，相變溫度為27攝氏度，過冷溫度為10攝氏度，利用相變溶液在物相變化中吸收或者釋放大量的熱量，自身溫度變化較小的特性，維持育苗基質槽槽體及槽體周邊溫度維持在一個穩定的溫度區間，不影響作物正常生長。

進一步的，所述ptc加熱元件為ptc陶瓷紅外輻射加熱器，其利用ptc元件或導熱板表面迅速發出的熱量激發接觸其表面的遠紅外涂料使之輻射出紅外線。

進一步的，所述ptc加熱元件還連接有pid溫控儀，所述pid溫控儀包括溫度傳感器、控制電路和超限報警裝置，當溫度傳感器檢測到的環境溫度高于設定值時控制電路啟動，如溫度還在升，當升到設定的超限報警溫度點時，啟動超限報警裝置，當被控制的溫度不能得到有效的控制時，通過跳閘的功能停止設備繼續運行以防止育苗基質槽的毀壞。

本發明利用相變溶液在物相變化中吸收或者釋放大量的熱量，自身溫度變化較小的特性，維持育苗基質槽槽體及槽體周邊溫度維持在一個穩定的溫度區間，不影響作物正常生長，且溫控能耗低。

附圖說明

圖1為本發明可控溫型拼接育苗基質槽的示意圖；

圖2為本發明單個長方體拼接組件的剖面圖；

圖3為不同質量硅酸鈉+石墨的步冷曲線；

圖4為不同比例硅酸鈉+石墨的步冷曲線；

圖5為不同含量純水的步冷曲線；

圖6為不同含量尿素的步冷曲線；

圖7為不同含量kcl對na2hpo4·12h2o熔點的影響。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明可控溫型拼接育苗基質槽的具體實施方式做詳細闡述。

如圖1所示，本發明一種可控溫型拼接育苗基質槽為長方體，由多個長方體拼接組件連續拼接而成，單個長方體拼接組件1長80cm、寬60cm、高25cm。

如圖2所示，所述育苗基質槽包括底盤3、隔水板4和側板2，所述底盤3、隔水板4和側板2均為塑料材質；所述底盤3上還設有一個用于排水的孔及堵塞該孔的塞子5，通過打開塞子5將所述底盤3上的水進行排放；所述隔水板4上設有多個排水孔，通過多個排水孔將基質槽內多余的水分排出以保證作物生長環境水分適宜；所述側板2厚2.5cm，側板2上嵌入2條ptc加熱元件，所述ptc加熱元件兩端設有連接電極，所述側板2為中空結構。

所述ptc加熱元件為恒溫加熱，通過調節熱敏電阻的居里溫度和外加電壓使得ptc加熱元件的加熱溫度為30攝氏度。

所述側板2的中空結構內還填充有相變溶液，利用ptc加熱元件加熱相變溶液；通過調整相變溶液配方，設置相變溫度為27攝氏度，過冷溫度為10攝氏度，當溫度高于27攝氏度時，相變材料融化快速吸收ptc加熱元件發熱量，當溫度低于10攝氏度時相變溶液凝固，開啟ptc加熱元件進行加熱，當溫度在27-10攝氏度之間降溫時相變溶液不斷釋放熱量，維持空間溫度緩慢降低。

本發明選取十二水磷酸氫二鈉為主要相變材料，研究了不同質量和不同比例的添加劑對相變蓄熱體系的影響，得到優化的低溫蓄熱體系。

實驗所采用的試劑均為分析純，十二水磷酸氫二鈉為主要相變蓄熱材料，水和尿素作為輔助相變蓄熱材料，硅酸鈉作為增稠劑，石墨作為成核劑，氯化鉀作為熔點控制劑。

低溫恒溫槽(sdc-6型)，溫度范圍-5～100℃，控制精度±0.1℃，工作槽容積250×200×150mm3，循環泵流量6l/min，南京舜瑪儀器設備有限公司；多路溫度測試儀(td-8u型)，精度0.1級，分辨率0.1℃，熱電偶k型傳器感量程-50～1200℃，常州市騰德電子科技有限公司；cf-c型標準恒溫水浴，無錫市華南實驗儀器有限公司制造，控制精度為±0.1℃，美國ta儀器公司制造的；jj1000型電子天平，量程0～1000g，精度為±0.01g，常熟市雙杰測試儀器廠。

稱取3份20gna2hpo4·12h2o分別放入試管中作為相變基質材料，并分別加入一定量的水、尿素、氯化鉀、增稠劑和成核劑，混合均勻。將td-8u溫度測試儀k型傳感器插入試樣中心位置，用硅膠塞密封試管口，放入70℃恒溫水浴鍋中加熱至試管中晶體全部熔解，觀察樣品熔解過程，并用多路溫度測試儀記錄溫度變化過程曲線。

從恒溫水浴鍋中取出熔解完全的樣品，在常溫空氣中放置5min，以防熱試管驟冷爆炸。然后，將其放入5℃水浴鍋中進行冷卻實驗，觀察樣品冷卻過程，并用多路溫度測試儀記錄溫度變化過程曲線。

20gna2hpo4·12h2o中加入硅酸鈉和石墨的總質量分別0.8g、1.0g、1.2g和1.4g，硅酸鈉和石墨比例保持1:1恒定，得出步冷曲線如圖3所示。添加總質量為0.8g、1.0g、1.2g和1.4g時，na2hpo4·12h2o復合體系的結晶溫度分別為33.5℃、33.5℃，32.5℃、33.0℃，低于單一na2hpo4·12h2o結晶溫度35.0℃，因此添加適量的硅酸鈉和石墨可以降低na2hpo4·12h2o的結晶溫度，但過冷度的變化卻與結晶度變化有所不同。當加入總質量為0.8g和1.4g時，na2hpo4·12h2o復合體系的的過冷度基本消除，結晶時間均為26min，當加入1.0g和1.2g混合添加劑時，na2hpo4·12h2o復合體系的的過冷度分別為0.9℃和0.5℃，結晶時間分別為20min和22min。過冷度隨著添加量的增加先增大后減小，結晶時間隨著添加量的增加先減小后增大，這可能是由于硅酸鈉的增稠作用和石墨的導熱性能相互作用所致。適量加入硅酸鈉和石墨混合添加劑能夠很好地消除na2hpo4·12h2o的過冷度，當混合添加劑加入量達到1.2g時，雖然結晶溫度較低，但存在過冷度較大，且結晶時間較短，儲存能量偏少；當混合添加劑加入量達到1.4g時，其結晶溫度較接近作物生長溫度，過冷度基本消除，結晶時間較長，可儲存較多的能量。綜上所述，na2hpo4·12h2o復合體系硅酸鈉和石墨混合劑最佳添加量為1.4g。

稱取20gna2hpo4·12h2o，分別添加0.9g硅酸鈉+0.5g石墨、0.7g硅酸鈉+0.7g石墨及0.5g硅酸鈉+0.9g石墨，進行熔融冷卻實驗，得出3個復合體系的步冷曲線如圖4所示。不同配比的結晶溫度分別為34.0℃、33.0℃、34.5℃，三種配比均低于na2hpo4·12h2o原結晶溫度35.0℃，其中20gna2hpo4·12h2o+0.7g硅酸鈉+0.7g石墨復合材料的結晶溫度33.0℃比原結晶溫度低2.0℃，說明不同比例的硅酸鈉和石墨均具有降低na2hpo4·12h2o結晶溫度的作用，且過冷度基本消除。綜上所述，加入0.7g硅酸鈉+0.7g石墨的na2hpo4·12h2o復合體系結晶溫度最低，過冷度幾乎消除。加入三種不同比例添加劑的na2hpo4·12h2o體系的結晶時間分別為26min、26min、28min，隨著添加比例的變化，結晶時間沒有顯著變化。因此，加入0.7g硅酸鈉和0.7g石墨，即na2hpo4·12h2o加入硅酸鈉和石墨質量比為1:1，na2hpo4·12h2o復合體系各項指標效果最理想，成核增稠效果最佳，可有效的消除na2hpo4·12h2o的過冷和相分離現象。并能夠降低na2hpo4·12h2o的結晶溫度和增大其導熱系數，提高na2hpo4·12h2o的蓄熱效果。

20gna2hpo4·12h2o復合蓄熱體系分別添加4ml、6ml、8ml、10ml的純水，進行熔解-冷卻實驗，如圖5所示。隨著水添加量的增加，na2hpo4·12h2o復合體系的結晶溫度分別為28.0℃、25.5℃、26.0℃、26.1℃，結晶時間分別為16min、24min、12min、20min。na2hpo4·12h2o復合體系以水作為輔助蓄熱劑，其最佳添加量6ml，結晶溫度適宜，結晶時間最長，儲熱較多。綜上所述，純水本身作為一種相變材料，加入到na2hpo4·12h2o復合蓄熱體系中，可顯著改善結晶溫度，更加適合作物的生長需要。

20gna2hpo4·12h2o復合蓄熱體系分別添4g、6g、8g、10g的尿素，進行熔解-冷卻實驗，如圖6所示。尿素添加量為4g、6g、8g、10g時，na2hpo4·12h2o復合體系的結晶溫度分別為27.0℃、20.0℃、12.0℃、18.0℃，結晶時間分別為14min、8min、2min、16min。na2hpo4·12h2o復合體系以尿素作為蓄熱助劑，其最佳添加量10g，其次為4g。

稱取20gna2hpo4·12h2o中分別加入0.4g、0.8g、1.2g、1.6g、2.0gkcl進行熔解-冷卻實驗，測出na2hpo4·12h2o結晶溫度和過冷度如圖7所示。隨著kcl添加量的增加，na2hpo4·12h2o與氯化鉀復合體系的結晶溫度由原來的na2hpo4·12h2o的35.0℃下降為34.0℃、31.5℃、30.0℃、27.0℃和25.0℃，過冷度由原來的3.0℃增加為8.0℃、8.5℃、9.0℃、10.0℃、12.0℃。說明隨kcl添加量增加，復合體系的結晶溫度呈下降趨勢。綜合結晶溫度和過冷度考慮，kcl添加量為1.6g時較為理想。

硅酸鈉和石墨的復合材料是消除na2hpo4·12h2o的過冷現象和相分離的優質添加劑。na2hpo4·12h2o中加入硅酸鈉和石墨的質量比為1:1的復合材料結晶溫度有所降低，過冷度也顯著減弱，結晶時間延長至26min，增加了相變體系的蓄熱能量。水和尿素作為輔助蓄熱劑效果明顯，最佳添加量分別為6ml和10g。kcl加入到na2hpo4·12h2o中可有效降低的相變溫度，也增大了其過冷度。氯化鉀加入量為1.6g，即質量比8％，此蓄熱基質的相變溫度為27.0℃，過冷度10.0℃。

最后應該說明的是，結合上述實施例僅說明本發明的技術方案而非對其限制。所屬領域的普通技術人員應當理解到，本領域技術人員可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權利要求保護范圍之中。