CN104396633A - 一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置及方法，包括聚氯乙烯PVC散热管和风机，温室大棚内南侧同一平面并排设置2组垂直于地面的主管，东西侧主管距离东西向墙体相同间距。主管上端通过弯管北向靠近棚内顶部伸向棚内，主管南向端口通过弯头连接到引风管上。主管通过引风管与风机相连，使引风管南向伸出棚外，与地面呈约90°角安装。风机置于南北走向大棚内的南侧，两风机间隔25-35m。主管地面方向与风机主管相通呈90°角并与地面平行，与耕作层呈垂直向。本发明有益效果为大棚内空气及夏季和冬季土壤温湿度达到适宜于适于农作物生长的需求，还具有成本低，节能环保的特点。

Description

一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置及方法
技术领域
本发明属于农业技术领域，具体地说，涉及一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置及方法。
背景技术
目前有太阳能集热器或太阳能热水器加热水送入管网，使温室增温，此种方法是水作集热介质，需要水在系统中反复循环流动，耗费水泵的电能较大，前期费用较高，也存在腐蚀、泄漏等问题，不适宜大面积推广；还有以太阳能为介质，通过太阳能集热器/板，将热量储存到地下，使温室增温，此类方法的缺陷为前期投入费用高，后期需专业人员维护等问题，不适合在西北经济欠发达地区推广使用。以上温室大棚虽然在增温方面取得了较好的效果，但存在加温棚内湿度较高的缺点。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置及方法，该装置一方面是利用风机的动能进行棚内和棚外的空气交换，另一方面是利用土壤大的热容量和较小的导热率，将热量从温度较高的地下土壤向上缓慢传递，使得大棚内耕作层土壤温度升高，湿度降低，满足作物根系对地温的需求的原理。其技术方案如下：
一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置，包括聚氯乙烯PVC散热管和风机。风机置于南北走向大棚内的南侧，放置2组，东侧主管距离东向墙体1000-1500mm，西侧主管距离西向墙体1000-1500mm，主管为PVC管，管径300-350mm。两风机间隔25-30m南向端口连接到引风管上，主管通过风机与引风管相连，使引风管从大棚内伸出棚外并与地面呈约90°角安装，引风管横截面中心点与棚内地面距离2000-2065mm；主管上端通过弯头靠近棚内顶部伸向棚内。引风管为PVC管，管径300-350mm。主管地面方向与风机主管相通呈90°角，与耕作层在同一水平面呈垂直向。主管上端和引风管上分别设有挡片，挡片开关可实现棚内外空气循环。棚内地面层竖直方向、平行于地面安装10-14组并联管并与地面主管相通，每组由两根管径为45-55mm的PVC管组成，间距200-250mm；每组并联埋管间距400-600mm，每一组并联埋管形成一个耕作层，并联埋管北向通过弯头，距棚北侧350-450mm处，垂直于地面通向棚内，垂直向管长500-600mm。
本发明的有益效果是大棚内的空气和土壤，在夏季及冬季达到适于农作物生长的温湿度。
一种温室大棚耕作层地热温湿度调节方法，以空气为载热介质，土壤为蓄热介质，利用太阳和空气流动加速土壤和空气之间的热能和水分交换，由风机的动能装置将热能和水分在棚内和棚外进行循环交流。
通过耕作层中的并联埋管与土壤进行的热交换，一方面将热量储存在土壤和管道中。当白昼棚内温度较高时(取决于所种作物对温湿度的要求)，在13点～16点环境温度较高时，热交换两个小时左右。冬季，启动风机，打开主管挡片，关闭引风管挡片使耕作层中并联埋管与土壤进行热交换，进而使土壤中的蓄热和棚内空气形成一个微循环，在此循环中将热能储存到耕作层和地面层下的土壤中，使棚内土壤和空气的温湿度达到交换和平衡，再根据作物对温湿度的要求，调节引风管挡片开关，如若温湿度过高可打开挡片，将热量和水分排到室外；夏季，启动风机、打开引风管和主管上的挡片将土壤和空气中过多的热量和水分排到室外，夜间(挡片关闭)耕作层及地面下土壤中的蓄热能缓慢释放到空气中可增加耕作层和棚内温度，土壤温度升高时易使土壤蓄水发生蒸发，进而增加棚内夜间湿度。
本发明的有益效果：
1.该装置利用太阳能，节能环保：
2.该装置前期投入成本低，施工周期短，受益时间长；
3.有效提高温室大棚作物产量，有明显的经济效益和社会效益。
总之，本发明利用了太阳能、风机的动能和具有较大热容量的土壤为介质，三者的有机结合，既满足了作物生长需求，又最大限度的节约能源和保护环境，还实现了农作物产量和品质进一步提高的经济目标。该技术一次投入成本小，施工周期短，受益时间长，具有明显的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置东西走向剖视图；
图2是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置平面结构示意图；
图3是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置夏季两座大棚棚内温度变化情况；
图4是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置两座大棚夏季棚内耕作层15cm处土温变化情况图；
图5是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置夏季两座大棚棚内湿度变化情况图；
图6是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置冬季两座温室大棚棚内温度变化情况图；
图7是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置冬季两座温室大棚耕作层15cm处土温变化情况图；
图8是本发明一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置冬季两座温室大棚棚内湿度变化情况图。
图中，1.风机，2.挡片，3.主管，4.并联埋管，5.引风管。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
参照图1和图2，一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置，包括聚氯乙烯PVC散热管和风机。温室大棚内南侧80-100cm处同一平面并排放置2组垂直于地面的主管3，东侧主管3距离东向墙体1000-1500mm，西侧主管3距离西向墙体1000-1500mm主管为PVC管，管径300-350mm。主管3上端通过弯管北向靠近棚内顶部伸向棚内，主管3南向端口通过弯头连接到引风管5上。主管3通过引风管5与风机1相连，使引风管5南向伸出棚外，与地面呈约90°角安装，引风管5横截面中心点与棚内地面距离2000-2065mm。风机1置于南北走向大棚内的南侧，两风机间隔25-35m。主管3地面方向与风机主管相通呈90°角并与地面平行，与耕作层呈垂直向。主管3顶端和引风管5上分别装挡片2，挡片2的开关可实现棚内外温湿度的调节。棚内地面层上方平行与地面，与主管3地面向相通并呈垂直向安装10-14组并联埋管4，每组由两根管径为45-55mm的PVC管组成且间距为20-25cm；每组并联埋管4间距400-600mm，每一组并联埋管形成一个耕作层，并联埋管4北向通过弯头垂直与地面通向棚内，垂直向管长500-600mm，距棚北侧350-450mm处。
该系统主要是利用土壤巨大的热容量和较小的导热率，使热量从温度较高的土壤向上和空气中缓慢传递，使大棚内和耕作层土壤温度升高，满足作物根系对地温和水分的需求。该系统温室内可安置2-3台风机1，形成“1吸1排”的地上地下冷、热空气交换，以调节农作物生长所需的最适温湿度。
夏季，由于太阳强照射，白昼棚内温度较高(一般在13点-16点间)，打开风机1、引风管和主管挡片2开关，使1台风机吸风，1台风机1排风，进行棚内外土壤和空气的对流交换，将土壤和空气中一定量的热能通过并联埋管4和风机1交换到棚外环境中。风机在进行棚内外空气交换的同时，也将温棚内一定的水分排到室外，降低夏季白昼温棚内的温湿度。通过该装置地上地下冷、热空气交换对流降低了夏季棚内耕作层和地面下地温温度及土壤湿度，也降低了因温室大棚棚内和土壤温湿度过高而造成的农作物伤害和减产。夜间，因白昼棚内进行了空气交换，土壤地温和棚内温度也有适度下降，更有利于作物的生长发育。
冬季，当白昼环境温度较高时，太阳能使棚内温度升高，同时也加剧了作物和土壤中水分的蒸发，使得棚内也湿度增加。此时，打开风机1和主管挡片2，使1台风机1吸风，1台风机1排风，进行棚内及土壤间冷热空气交换，将部分热量通过空气对流和土壤导热储存到耕作层和地面层下，并联埋管北侧垂直向管道也加速了空气循环。如温度和湿度较高时可打开引风管挡片2，排到棚外。夜间环境温度较低时，棚内温度也随之降低，这时，关闭迎风管挡片2，打开主管挡片2。此时，耕作层和地面下储存的热量缓慢释放，同时土壤蓄水也发生蒸发，增加了棚内夜间湿度，提高了耕作层和棚内的温湿度，一方面预防了冬季大棚冻害问题，另一方面提高了棚内和耕作层的温度，更适宜于作物及作物根部对温湿度的需求。
从图3可以看出，从上图中可以看出，当夏季(7月份)环境温度较高(白昼15点为采样点)时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚耕作层土温较同一试验条件下的对比棚低2.29℃；环境温度降低时(6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚耕作层土温较对比棚耕作层地温温度低1.68℃。说明，夏季环境温度较高时，该装置降低了耕作层地温。
从图4可以看出，当夏季(7月份)环境温度降低时(6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内温度较同一试验条件下对比棚温度低1.52℃；环境温度较高(白昼15点为为采样点)时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内温度较对比棚低5.06℃。说明，夏季环境温度较高时，该装置降低了温室大棚棚内温度。
从图5中可以看出，当夏季(7月份)环境湿度较高时(6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内湿度较同一试验条件下对比棚低4.36％；环境湿度较低(白昼15点为采样点)时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内湿度较的对比棚低9.64％。说明，夏季该装置能有效降低温室大棚棚内湿度。
从图6中可以看出，当冬季(12月份和次年1月份)环境温度低时(6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内温度较同一试验条件下对比棚棚内温度高2.02℃；环境温度较高(白昼15点为采样点)时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚棚内温度较的对比棚高1.92℃。说明，冬季环境温度低时，该装置增加了棚内温度。
从图7中可以看出，当冬季(12月份和次年1月份)环境温度低时(6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内耕作层15cm处土温较同一试验条件下对比棚高2.28℃；环境温度较高(白昼15点为采样点)时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚棚内耕作层地温较的对比棚高1.84℃。说明，冬季环境温度低时，该装置增加了棚内耕作层土温温度。
从图8中可以看出，当冬季季(12月份和次年1月份，6点为采样点)，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内湿度较对比棚耕作层地温温度低4.53％；白昼15点为为采样点时，耕作层地热温湿度调节装置温室棚内湿度较同一试验条件下的对比棚低6.47％。说明，冬季该装置能降低温室大棚棚内湿度。
本发明一种温室大棚地热温湿度调节系统充分利用太阳能，节能环保，能有效提高温室大棚作物产量，有明显的经济效益和社会效益。通过该技术在生产实践中的应用，减少作物因温湿度不适造成的伤害，提高农作物的产量。另外，系统安装一次投入成本小，施工周期短，受益时间长。将太阳能和土壤蓄热的绿色概念有机结合并应用于生产实践中，满足了作物生长的需要，提高作物产量，增加农民的经济收益。适于广大农村地区推广，尤其适合西北日照时间长，强度大的地区。
以下通过具体实施例来进行说明：
实施例1：温室大棚南北走向，南北长7500mm，东西长60000mm。温室大棚内南侧800mm处同一平面并排设置2组垂直于地面的主管3，东侧主管3距离东向墙体1500mm，西侧主管3距离西向墙体1500mm，主管为PVC管，管径300mm。主管3上端通过弯管北向靠近棚内顶部伸向棚内，主管3南向端口通过弯头连接到引风管5上。主管3通过引风管5与风机1相连，使引风管5南向伸出棚外，与地面呈90°角安装，引风管5横截面中心点与棚内地面距离2000mm。风机1置于南北走向大棚内的南侧，两风机间隔3000mm。主管3地面方向与风机主管相通呈90°角并与地面平行，与耕作层呈垂直向。主管3顶端和引风管上分别装挡片2，挡片2的开关可实现棚内外温湿度的调节。棚内地面层上方平行与地面，与主管3地面向相通并呈垂直向安装12组并联埋管4，每组由两根管径为50mm的PVC管组成，间距200mm；每组并联埋管4间距500mm，每一组并联埋管形成一个耕作层，并联埋管4北向通过弯头垂直与地面通向棚内，垂直向管长550mm，距棚北侧400mm处。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种温室大棚耕作层地热温湿度调节装置，其特征在于：包括聚氯乙烯PVC散热管和风机；温室大棚内南侧80-100cm处同一平面并排设置垂直于地面的主管(3)，东侧主管(3)距离东向墙体1000-1500mm，西侧主管(3)距离西向墙体1000-1500mm，主管(3)上端通过弯管北向靠近棚内顶部伸向棚内，主管(3)南向端口通过弯头连接到引风管(5)上；主管(3)通过风机(1)与引风管(5)相连，使引风管从大棚内伸出棚外并与地面呈90°角安装，风机(1)置于南北走向大棚内的南侧，两风机间隔25-35m；主管(3)地面方向与风机主管相通呈90°角并与地面平行，与耕作层呈垂直向；主管(3)顶端和引风管(5)上分别装挡片(2)，棚内地面层上方平行与地面，与主管(3)地面向相通并呈垂直向安装10-14组并联埋管(4)，每一组并联埋管形成一个耕作层。 
2.根据权利要求1所述的温室大棚耕作层地热温湿度调节装置，其特征在于：所述主管(3)采用PVC管，管径300-350mm；所述引风管(5)采用PVC管，管径300-350mm，引风管(5)横截面中心点与地面距离2000-2065mm；所述并联埋管(4)采用PVC管，每组由两根管径为45-55mm的PVC管组成，间距200-250mm；每组并联埋管(4)间距400-600mm；所述并联埋管(4)北向通过弯头垂直与地面通向棚内，垂直向管长500-600mm，距棚北侧350-450mm处。 
3.按照权利要求1所述的温室大棚耕作层地热温湿度调节装置，其特征在于：所述主管(3)为2组。 
4.一种温室大棚耕作层地热温湿度调节方法，其特征在于，以空气为载热介质，土壤为蓄热介质，利用太阳和空气流动加速土壤和空气之间的热能量交换，由风机将土壤中的热空气抽到棚内和棚外空气中，通过地下管道与土壤进行热交换，将热量传给土壤储存，并将过多的热量排出棚外，白昼棚内温度高于所种作物温度上限时，在14点～16点交换热两个小时，启动风机使隆耕层土壤中的蓄热和棚内空气形成一个微循环，在此循环中将一部分热能储存到耕作层下的土壤中，使棚内和土壤的温度达到一种平衡，土壤和空气中的水分也得到循环，再根据作物的不同及所需温度的不同调节棚内温湿度，如若温湿度过高，打开调节阀，将热量和水分排到室外，当夜间温度较低的时候，耕作层下土壤中的蓄热能缓慢释放到空气中，土壤温度较高时使土壤蓄水发生蒸发，进而增加棚内夜间温湿度。 
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