CN103688809B - 一种植物防霜方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物防霜方法及系统，属于农业气象灾害调控领域。现有的防霜技术对资源消耗大，一些防霜方法对环境污染严重。本发明通过垂直埋管的并联式土壤换热器吸收土壤中的热量，热量经循环介质到达热泵机组，然后传输到地面上的地面换热器；最后，地面换热器与空气进行热传递，把热量传递到空气中，从而提高植物生长区小气候的温度，在早春晚霜时达到防霜效果。同时，太阳能加热被进一步提高了土壤源地热泵系统的防霜效果。
Description
技术领域
本发明属于农业气象灾害调控领域，具体涉及一种利用地热进行植物防霜的方法及系统。
背景技术
早春晚霜往往造成植物严重的冻害，致使植物生长或发育受到抑制。目前主要采用的覆盖、灌水或烟熏等防霜方法，不仅防霜效果差，还会污染环境。日本专利JP01291729和JP06225650分别公开了在茶园和果园中使用的喷水防霜方法和装置，不间断地喷水消耗大量的水，且易造成涝害。美国专利US5244346和US4838761、日本专利JP2007000096和JP2000050749，均公开了利用高架风机进行农作物防霜的方法，但这种通过扰动近地较大范围逆温层的防霜装置，需要大功率的电机或柴油机驱动，使用能耗大。
土壤源热泵技术是一种基于地球表面浅层地热资源，进行冷热能量转换的技术，使用成本较低、清洁无污染。授权号ZL201220302046.5的实用新型专利，公开了一种基于土壤源的地埋管热泵系统，应用于建筑物的供热和供冷；申请号201010299695.X的发明专利，公开了一种太阳能与土壤源热能结合的道路融雪系统，也采用热泵技术将土壤热量转移到道路表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物防霜方法及系统，使植物防霜节能无污染。
为了解决以上技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一种植物防霜方法，其特征在于采用闭式循环土壤源热泵系统进行植物防霜，具体包括以下步骤：
步骤一，垂直埋管的并联式土壤换热器(1)吸收土壤中的热量；
步骤二，热量经循环介质到达热泵机组(10)，然后，传输到地面上的地面换热管(2)和太阳能加热被(11)；
步骤三，太阳能加热被(11)对循环介质进行加热，提高循环介质的温度；
步骤四，地面换热管(2)和太阳能加热被(11)中循环介质与空气进行热传递，把热量传递到空气中，提高植物生长区小气候的温度。
一种实施所述的植物防霜方法的系统，包括土壤换热器(1)、地面换热管(2)、一号集水器(3)、二号集水器(4)、一号分水器(5)、二号分水器(6)、一号水泵(7)、二号水泵(8)、板式换热器(9)、热泵机组(10)；其特征在于：还包括太阳能加热被(11)；土壤换热器(1)的出口端与一号集水器(3)的入口端连通；一号集水器(3)的出口端通过一号水泵(7)与板式换热器(9)的冷端入口连通，板式换热器(9)的热端出口与热泵机组(10)的热端入口连通；热泵机组(10)的冷端出口与一号分水器(5)的入口端连通，一号分水器(5)的出口端与土壤换热器(1)中土壤换热管入口端连通；每根地面换热管(2)的出口端与二号集水器(4)的入口端连通，二号集水器(4)的出口端通过二号水泵(8)与热泵机组(10)的冷端入口连通，热泵机组(10)的热端出口与二号分水器(6)的入口端连通，二号分水器(6)的出口端与每根地面换热器(2)的入口端连通，太阳能加热被(11)与植物生长区外的地面换热管(2)连通；所述系统形成一个封闭循环系统，内设有循环介质。
所述的太阳能加热被(11)是铺设在植株行之间地面上的水袋。
所述的植物生长区内的地面换热管(2)布置在植株根部上方10-20cm处。
所述循环介质可以为水。
本发明的工作过程如下：系统运行时，垂直埋管的并联式土壤换热器(1)吸收土壤中的热量，热量经循环介质到达热泵机组(10)，然后，传输到地面上的地面换热管(2)和太阳能加热被(11)；太阳能加热被(11)对循环介质进行加热，提高循环介质的温度；地面换热管(2)和太阳能加热被(11)中循环介质与空气进行热传递，把热量传递到空气中，提高植物生长区小气候的温度。
本发明具有有益效果。本发明以土壤和太阳作为热源，热能通过闭式循环土壤源热泵系统进行植物防霜，实现植物防霜过程的节能减耗，减少对环境的污染，每年运行费用与其他能源相比节约40%左右，整个系统工作寿命长。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图中：1土壤换热器，2地面换热管，3一号集水器，4二号集水器，5一号分水器，6二号分水器，7一号水泵，8二号水泵，9板式换热器，10热泵机组，11太阳能加热被。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体技术方案作进一步详细说明。
以茶园中的茶树为例。
利用土壤源热泵系统，将土壤换热器1埋置入地下，利用循环介质与大地土壤进行热量的排放和吸收。根据换热器布置形式，本实施例采用的是单U形垂直埋管方式填埋土壤换热器1，钻井深度为30m，土壤换热器1管材为高密度聚乙烯，管径为20mm，茶园生长区内的地面换热管2布置在茶树根部上方10cm处。太阳能加热被11水平铺设在茶树行中间地面上。
如图1所示，将土壤换热器1并联设置，多根地面换热管2并联设置，土壤换热器1的一端为出口端，土壤换热器1的另一端为进口端，土壤换热器1出口端与一号集水器3的入口端连通；一号集水器3的出口端通过一号水泵7与板式换热器9的冷端入口密封连通，板式换热器9的热端出口与热泵机组10的热端入口密封连通；热泵机组10的冷端出口与一号分水器5的入口端密封连通，一号分水器5的出口端与土壤换热器1中土壤换热管入口端密封连通；每根地面换热管2的出口端与二号集水器4的入口端密封连通，二号集水器4的出口端通过二号水泵8与热泵机组10的冷端入口密封连通，热泵机组10的热端出口与二号分水器6的入口端密封连通，二号分水器6的出口端与每根地面换热器2的入口端密封连通，太阳能加热被11与茶树生长区外的地面换热管2连通；所述系统形成一个封闭循环系统，内设有循环介质；循环介质为水；
首先，热能通过垂直埋管的并联式土壤换热器1与土壤中的热量进行热交换，通过水循环的方式到达热泵机组10；
然后，热泵机组10里的热能利用水循环的方式传输到地面上的地面换热管2和太阳能加热被11；
同时，太阳能加热被11加热内部水的温度；
最后，茶树生长区内地面换热管2和太阳能加热被11中水的热量通过与空气进行热传递，传递到空气中，提高茶园小气候的温度。
Claims (5)
1.一种植物防霜方法，其特征在于采用闭式循环土壤源热泵系统进行植物防霜，具体包括以下步骤：
步骤一，垂直埋管的并联式土壤换热器(1)吸收土壤中的热量；
步骤二，热量经循环介质到达热泵机组(10)，然后，传输到地面上的地面换热管(2)和太阳能加热被(11)；
步骤三，太阳能加热被(11)对循环介质进行加热，提高循环介质的温度；
步骤四，地面换热管(2)和太阳能加热被(11)中循环介质与空气进行热传递，把热量传递到空气中，提高植物生长区小气候的温度。
2.一种实施如权利要求1所述的植物防霜方法的系统，包括土壤换热器(1)、地面换热管(2)、一号集水器(3)、二号集水器(4)、一号分水器(5)、二号分水器(6)、一号水泵(7)、二号水泵(8)、板式换热器(9)、热泵机组(10)；其特征在于：还包括太阳能加热被(11)；土壤换热器(1)的出口端与一号集水器(3)的入口端连通；一号集水器(3)的出口端通过一号水泵(7)与板式换热器(9)的冷端入口连通，板式换热器(9)的热端出口与热泵机组(10)的热端入口连通；热泵机组(10)的冷端出口与一号分水器(5)的入口端连通，一号分水器(5)的出口端与土壤换热器(1)中土壤换热管入口端连通；每根地面换热管(2)的出口端与二号集水器(4)的入口端连通，二号集水器(4)的出口端通过二号水泵(8)与热泵机组(10)的冷端入口连通，热泵机组(10)的热端出口与二号分水器(6)的入口端连通，二号分水器(6)的出口端与每根地面换热器(2)的入口端连通，太阳能加热被(11)与植物生长区外的地面换热管(2)连通；所述系统形成一个封闭循环系统，内设有循环介质。
3.如权利要求2所述的一种植物防霜系统，其特征在于：所述的太阳能加热被(11)是铺设在植株行之间地面上的水袋。
4.如权利要求2所述的一种植物防霜系统，其特征在于：所述的植物生长区内的地面换热管(2)布置在植株根部上方10-20cm处。
5.如权利要求2所述的一种植物防霜系统，其特征在于：所述循环介质为水。
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