CN107996368A - 一种水汽远距离输送及供给系统 - Google Patents

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    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G29/00—Root feeders; Injecting fertilisers into the roots
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air

Abstract

本发明公开了一种水汽远距离输送及供给系统，包括倾斜的输水主管道、从输水主管道引出的分支管道以及与分支管道连通的冷凝储水室，输水主管道水平位置低的一端设有毛细吸水介质，并且与水源开放接触，另一端设有透气孔。本发明还公开了上述水汽远距离输送系统为干旱沙漠地区植物供应水分的应用。相对现有技术，本发明能够辅助支持沙漠干旱地区的植物生长，从而改善自然生态环境，在水循环和利用方面具有广阔的生态、社会和经济效益。

Description

一种水汽远距离输送及供给系统
技术领域
本发明涉及一种水汽输送系统，特别涉及一种干旱沙漠地区水汽远距离输送系统及利用其供给植物水分的应用。
背景技术
水资源的循环与利用是人类发展进步的基础之一。目前，水资源的全球循环是当前全球变化的关键问题之一，作为地球系统各圈和各个水体系统的纽带，水分循环决定了全球的水量平衡，同时在这个过程中，水分循环也决定着与水土相关的环境演变，对区域水资源总量的形成十分重要。
目前，全球在水资源与水环境方面面临着严峻的形势，一方面水资源分布不勾、数量不足，而另一方面环境恶化，一些地区水土流失严重，同时由于气候变化导致了极端灾害频繁，使得水资源的分配更加不均，这些问题都势必会在全球实现社会、经济、环境可持续发展的进程中带来严重影响和制约。如何解决干旱半干旱地区，相对耕地多，水资源少，而且生环境脆弱的问题，在现有的降水条件下，如何充分、合理的利用水资源是有待解决的问题。
发明内容
发明目的：为了高效吸收水蒸气，并进行远距离输送，本发明提供了一种水汽远距离输送及供给系统，其特别适用于降水少、蒸发大、光照强的干旱沙漠地区植物生长水分需求。
技术方案：本发明所述的水汽远距离输送及供给系统，包括倾斜的输水主管道、从输水主管道引出的分支管道以及与分支管道连通的冷凝储水室，输水主管道水平位置低的一端设有毛细吸水介质，并且与水源开放接触，另一端设有透气孔。
所述透气孔为透气不透水材料制成的透气孔。
所述冷凝储水室还设有出水管路与供给对象接触。分支管道与冷凝储水室连通的位置位于冷凝储水室的顶部或者侧壁，出水管路的位置要低于分支管道与冷凝储水室连通的位置。
所述输水主管道为塑料材质，并掺加高效吸热材料。
所述输水主管道的结构为扁平结构，并且其可以根据地形的坡度进行不同的设计。
所述水源为低洼处水源。
所述冷凝储水室位于地表面以下。
所述出水管路为毛细出水管。
本发明最后提供了上述水汽远距离输送系统为干旱沙漠地区植物供应水分的应用。
本发明基于植物体内水分输送的原理，通过仿生系统设计，实现水汽远距离的自主输送；其中，根据植物蒸腾、根系毛细吸水的原理，实现水分快速蒸发；根据热空气上升冷空气下降的原理，利用太阳能加热水汽驱动水汽快速上升，实现远距离水汽输送；根据水蒸气遇冷凝结的原理，将远距离输送的水汽凝结成液体水，以供利用。
以植物体内水分输送机理为仿生对象，根据蒸腾、蒸发、毛细吸水等物理原理，实现水汽远距离的自主输送，适用于降水少、蒸发大、光照强的干旱沙漠地区供应植物生长水分需求的生态保护领域。
其中，水汽输送方法与系统适用在低洼处有充足水源，如河流、湖水、地下水等；水汽输送的线路从水源地开始海拔不断升高；其中，所述输水主管道为半封闭长距离管道系统；所述管道系统一端与水源开放接触，一端在远端高处，且透气不透水。
本发明所述输水主管道与水源接触端是广开口型；所述管道与水源接触端采用太阳能集热方法对水汽进行加热；所述管道与水源接触端采用毛细吸水介质增加水分蒸发的面积。
其中，所述输水主管道具有“烟囱效应”，增强了管道内气流的上升运动；既利用了“烟囱效应”产生的气流上升运动带动水汽的远距离输送，也使得与水源接触面处的空气流动，增强了水分的蒸发。其中，所述管道系统成扁平状，并具有较强的太阳能吸热能力，起到加热内部水汽的作用。
其中，所述输水主管道具有分支系统连接冷凝储水室；所述冷凝储水室利用昼夜温差和地表地下温差对进入其内的水蒸气冷凝，并存储冷凝后的液态水。
应用时，所述冷凝储水室内的水分通过毛细吸水方法供应给植物根部；所述植物根部土壤添加保水剂起到保水效果。
有益效果：相对现有技术，本发明通过分析植物蒸腾作用和毛细吸水作用，基于植物体内水分输送机理，建立植物体内水分输送的动力学模型，并以此为基础建立远距离水汽输送的自主辅助循环仿生模型与实验系统，实现基于太阳能驱动的由低海拔向高海拔的水分远距离自主输送，以辅助支持沙漠干旱地区的植物生长，从而改善自然生态环境，在水循环和利用方面具有广阔的生态、社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明水汽远距离输送及供给系统结构示意图；
图2是本发明系统水汽输送示意图；
图3是本发明系统水汽冷凝存储示意图；
图4是本发明系统应用时向植物毛细供水示意图。
具体实施方式
一种水汽远距离输送及供给系统，如图1所示，包括倾斜的输水主管道1、从输水主管道1引出的分支管道2以及与分支管道2连通的冷凝储水室3，输水主管道1水平位置低的一端设有毛细吸水介质101，并且与水源4开放接触，另一端设有透气孔102。冷凝储水室3还设有出水管路301与供给对象5接触。
具体的系统分解及应用过程如下：
水汽的远距离输送利用“烟囱效应”，如图2所示，低处水塘4中的水在阳光401的照射下，随着热空气沿着输水主管道1的管道103按照104方向上升，带动水汽的上升，实现水汽的输送。沿地形106坡面上升，水汽输送管道同样具有较大的集热面。在水汽入口设有毛细吸水介质101，水分快速蒸发进入管道，在“烟囱效应”下快速上升，而管道远端出口采用透气不透水材料102，保证气体流通而水分不进入大气。管道材料选用塑料材质，并掺加高效吸热材料。此外，为了增加水汽管道的太阳辐照面，设计成扁平结构，因此也具有一定的地膜效果。
水分的存储问题是将空气中的水蒸气冷凝转换成液体水，因此要解决两个问题，一是冷凝问题，再就是冷凝水的存储问题。水汽冷凝利用沙漠地区昼夜温差大和地表地下温差大的特点。夜间沙漠地区温度下降较快，利于水蒸气冷凝，同时在沙漠表面之下温度比表面低很多，也利用水蒸气的冷凝。在沙漠表面之下埋藏冷凝储水室，如图3所示。从水汽输送主管道1的分支管道2，水汽进入冷凝储水室3，冷凝之后的水分存储在冷凝储水室3下部。而在主管道1内的冷凝水在重力作用下回流，如果储水室3储满同样向主管道1回流水分。
仿生系统的设计目的是供给沙漠地区的植物水分需求，因此冷凝储水室3里的水分必须能被植物吸收。同时为了高效利用水分，必须做好节水保水措施。节水方面有喷灌、滴管等措施可以借鉴，保水方面有地膜、保水剂等可以借鉴。因此为了节水，在滴管的基础上提出采用毛细供水，如图4所示，为了向植被501供水，储水室3内的水分通过毛细管301的毛细吸水作用向植物根部502供水，相较滴管更加节水。为了更好的保水，植物根部可采用保水剂保水，如高分子吸水树脂。
综上所述，本发明提出了一种水汽远距离自主输送的系统与方法：根据植物蒸腾、根系毛细吸水的原理，实现水分快速蒸发；根据热空气上升冷空气下降的原理，利用太阳能加热水汽驱动水汽快速上升，实现远距离水汽输送；根据水蒸气遇冷凝结的原理，将远距离输送的水汽凝结成液体水，以供利用。

Claims (8)

1.一种水汽输送及供给系统，其特征在于，包括倾斜的输水主管道(1)、从输水主管道(1)引出的分支管道(2)以及与分支管道(2)连通的冷凝储水室(3)，输水主管道(1)水平位置低的一端设有毛细吸水介质(101)，并且与水源(4)开放接触，另一端设有透气孔(102)。
2.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述透气孔(102)为透气不透水材料制成的透气孔。
3.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述冷凝储水室(3)还设有出水管路(301)与供给对象(5)接触。
4.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述输水主管道(1)为塑料材质，并掺加高效吸热材料。
5.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述输水主管道(1)的结构为扁平结构。
6.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述水源(4)为低洼处水源。
7.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述冷凝储水室(3)位于地表面以下。
8.根据权利要求1所述的水汽输送及供给系统，其特征在于，所述出水管路(301)为毛细出水管。
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