CN110169289A - 一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，包括两种适用于不同情况下的具体实施方式，装置设备包括温室大棚、水汽凝结装置、风机、供电装置和灌溉装置等，所述温室大棚内的地面上种植有作物，所述水汽凝结装置安装在温室大棚内或作物根系土层下，所述供电装置与风机电连接，所述风机的出风口与水汽凝结装置的入口，所述水汽凝结装置的出口与灌溉装置连通。本发明的优点是：针对温室大棚的节水灌溉问题，采用辐射制冷的原理营造低温环境，冷凝水汽再存储起来利用，达到了经济环保得循环利用水资源有效提高水资源利用率的目的；水汽冷凝装置依靠辐射制冷，无能源消耗，无污染，符合低碳可持续发展的理念。
Description
技术领域
本发明涉及节水灌溉技术领域，特别是一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统。
背景技术
我国目前农业用水短缺的问题显而易见，目前对于水资源的节约利用合理利用的途径主要是工程节水、生物节水、农艺节水和管理节水等技术和方法。这些技术和方法的实施。极大地提高了世界水资源的利用效率。但这些大多局限于通过减少作物生产系统水分的输入和支出过程中的损失来提高水分利用率和效率。从未系统地考虑如何把作物蒸散水汽就地回收。做到水的循环利用。此外，这些技术大多具有投资成本高，技术工艺复杂，实施效率低的特点，对于推广使用难度很大。
通过采用一定技术手段，建立水气凝结条件，循环利用作物蒸散水分，提高水分利用率和利用效率，技术上完全可行。将大幅度提高水分利用率和利用效率，同时循环利用能量，本发明将极大地促进水资源严重紧缺但太阳能、风能等新能源丰富的干旱、半干旱地区以及大气水汽丰沛的西南地区的农业生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，包括温室大棚、水汽凝结装置、风机、供电装置和灌溉装置，所述温室大棚内的地面上种植有作物，所述水汽凝结装置安装在温室大棚内，所述供电装置与风机电连接，所述风机的出风口与水汽凝结装置的入口，所述水汽凝结装置的出口与灌溉装置连通。
进一步地，所述水汽凝结装置包括亲水凸起部、疏水低凹部、选择性透明盖板和保温材料层，所述选择性透明盖板和保温材料层连接并形成一个密闭的腔体，在该腔体内设有多个亲水凸起部和多个疏水低凹部，多个所述亲水凸起部间隔设置，相邻两个亲水凸起部之间均设有疏水低凹部，且所述亲水凸起部位于所述疏水低凹部的上方，所述选择性透明盖板盖设于亲水凸起部的上方，所述保温材料层垫设于疏水低凹部的下方，所述腔体的四周开有进汽口，所述腔体的侧壁上还开有凝结水出水口，所述风机的出风口与进汽口连通，所述凝结水出水口与灌溉装置的入口连通。
进一步地，所述选择性透明盖板采用0.03mm聚乙烯薄膜制成。
进一步地，所述保温材料层采用50mm厚泡沫板或棉布制成。
进一步地，所述亲水凸起部采用聚四氟乙烯材料制成，且亲水凸起部为上半球面结构，在所述亲水凸起部的表面上涂覆有亲水涂料。
进一步地，所述供电装置包括太阳能板、转换器、蓄电池和逆变器，所述太阳能板的输出端与转换器的输入端连接，所述转换器的输出端与蓄电池的输入端连接，所述蓄电池的输出端与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与风机的输入端连接。
进一步地，所述水汽凝结装置和风机均安装在温室大棚的地面正上方。
进一步地，所述水汽凝结装置安装在温室大棚的地面下方，所述风机安装在温室大棚的地面正上方，所述风机的出风口与水汽凝结装置的入口通过送风管道连接。
进一步地，所述灌溉装置包括水箱和滴灌管道，所述水箱位于地面以上，所述凝结水出水口与水箱的入口连接，且在水箱的入口处设有滤网，所述水箱的出口与滴灌管道的一端连接，所述滴灌管道铺设在作物的四周，在所述滴灌管道靠近水箱的一端还安装有阀门。
进一步地，所述灌溉装置包括蓄水池、水泵和浇灌管道，所述蓄水池位于地面以下，所述水泵的入口与蓄水池通过管道连接，所述水泵的出口与浇灌管道的一端连接，所述浇灌管道的另一端铺设在作物的四周，所述蓄电池与水泵电连接。
本发明具有以下优点：
1、针对温室大棚的节水灌溉问题，采用辐射制冷的原理营造低温环境，冷凝水汽再存储起来利用，达到了经济环保得循环利用水资源有效提高水资源利用率的目的。
2、本发明通过转化空气中的水汽来获得宝贵的水资源，能有效提高水分利用率和利用效率，提供了解决水资源难题的新途径，尤其对于太阳能充足而水资源缺乏的干旱半干旱地区来说益处更大。
3、本发明水汽冷凝装置依靠辐射制冷，无能源消耗，无污染，符合低碳可持续发展的理念，同时装置内部冷凝单元“塔形”的结果十分具有创意，不仅能适应不同的风向还具有调节风速的作用，使整个水汽凝结面的风速均匀，亲水部凝结水疏水部导水，能有效提高水汽凝结效率。
4、将水汽凝结装置安装在地面以上时，可利用高差自流灌溉，节约能源，实现方式简单，成本低，易操作。这种安装方式更适合于夜晚集水储存，白天灌溉使用的方式，且该方式不会对土壤产生任何破坏也不会影响作物根系活动，对于大多数喜阴植物以及蘑菇等菌类种植都十分适用。
5、将水汽凝结装置安装在作物根系层以下时，不影响作物根系生长及光合作用，适用性更强。
附图说明
图1 为本发明实施例1的结构示意图；
图2 为本发明实施例2的结构示意图；
图3 为本发明的水汽凝结装置的纵截面结构示意图；
图4 为本发明的水汽凝结装置的俯视结构示意图；
图中：1-温室大棚，2-作物，3-水汽冷凝装置，3a-亲水凸起部，3b-疏水低凹部，3c-选择性透明盖板，3d-保温材料层，3e-进汽口，3f-凝结水出水口，4-太阳能板，5-转换器，6-蓄电池，7-逆变器，8-风机，9-滤网，10-水箱，11-滴灌管道，12-阀门，13-蓄水池，14-水泵，15-浇灌管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：
如图1或图2所示，一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，包括温室大棚1、水汽凝结装置3、风机8、供电装置和灌溉装置，所述温室大棚1内的地面上种植有作物2，所述水汽凝结装置3安装在温室大棚内，所述供电装置与风机8电连接，所述风机8的出风口与水汽凝结装置3的入口，所述水汽凝结装置3的出口与灌溉装置连通。温室大棚1提供了密闭的环境，能高效地聚集湿热水汽。可以借助低温物质（夏季的土壤、冬季的空气或者液态水等）来降低温室作物散发的湿热水汽温度。
进一步地，如图3和图4所示，所述水汽凝结装置3包括亲水凸起部3a、疏水低凹部3b、选择性透明盖板3c和保温材料层3d，所述选择性透明盖板3c和保温材料层3d连接并形成一个密闭的腔体，在该腔体内设有多个亲水凸起部3a和多个疏水低凹部3b，多个所述亲水凸起部3a间隔设置，相邻两个亲水凸起部3a之间均设有疏水低凹部3b，且所述亲水凸起部3a位于所述疏水低凹部3b的上方，所述选择性透明盖板3c盖设于亲水凸起部3a的上方，所述保温材料层3d垫设于疏水低凹部3b的下方，所述腔体的四周开有进汽口3e，所述腔体的侧壁上还开有凝结水出水口3f，所述风机8的出风口与进汽口3e连通，所述凝结水出水口3f与灌溉装置的入口连通。亲水凸起部3a为吸附冷凝层，疏水低凹部3b为汇流导水层。图3中，上层的箭头表示水汽进入的方向，疏水低凹部3b因其疏水性，可用来转移亲水凸起部3a捕捉到的水汽，水汽凝结成液态水后顺着疏水低凹部3b流入地板然后汇集排走。下层箭头表示液态水的导流方向。
进一步地，所述选择性透明盖板3c采用0.03mm聚乙烯薄膜制成，聚乙烯薄膜本身具有选择性，即对8~13μm波段以外的辐射“过滤掉”辐射本身不需具有选择性，只要有高发射率即可，亲水凸起部3a在8~13μm波段发射的热辐射，通过选择性透明盖板3c传送到外太空，从而使自身温度降低。
进一步地，所述保温材料层3d采用50mm厚泡沫板或棉布制成。
进一步地，所述亲水凸起部3a采用聚四氟乙烯材料制成，且亲水凸起部3a为上半球面结构，在所述亲水凸起部3a的表面上涂覆有亲水涂料。选择聚四氟乙烯（PTFE）是因为它的制冷效果是最好的几种辐射制冷材料之一，其次聚四氟乙烯既是疏水材料又是辐射制冷材料，最后它具有性质稳定，摩擦系数极低，无毒害的特点。水汽凝结面的亲水凸起部3a覆有亲水涂料层，这是为了方便凝结面表面的水汽聚集形成液态水，本装置采用的亲水涂料为纳米亲水涂料XZ-GT01，此亲水涂料亲水性很好，初期亲水角≤10度，持续亲水角≤20度。涂层韧性优良，是一种新型环保的多功能涂料。
进一步地，所述供电装置包括太阳能板4、转换器5、蓄电池6和逆变器7，所述太阳能板4的输出端与转换器5的输入端连接，所述转换器5的输出端与蓄电池6的输入端连接，所述蓄电池6的输出端与逆变器7的输入端连接，所述逆变器7的输出端与风机8的输入端连接。
进一步地，所述水汽凝结装置3和风机8均安装在温室大棚1的地面正上方。
进一步地，所述灌溉装置包括水箱10和滴灌管道11，所述水箱10位于地面以上，所述凝结水出水口3f与水箱10的入口连接，且在水箱10的入口处设有滤网9，所述水箱10的出口与滴灌管道11的一端连接，所述滴灌管道11铺设在作物2的四周，在所述滴灌管道11靠近水箱10的一端还安装有阀门12。
由于水汽凝结装置3和风机8均安装在温室大棚1的地面正上方，会一定程度上减弱光照强度，因此该实施例更适合于夜晚集水储存，白天灌溉使用的方式，且该方式不会对土壤产生任何破坏也不会影响作物根系活动，对于大多数喜阴植物以及蘑菇等菌类种植都十分适用。
实施例2：
一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，包括温室大棚1、水汽凝结装置3、风机8、供电装置和灌溉装置，所述温室大棚1内的地面上种植有作物2，所述水汽凝结装置3安装在温室大棚内，所述供电装置与风机8电连接，所述风机8的出风口与水汽凝结装置3的入口，所述水汽凝结装置3的出口与灌溉装置连通。温室大棚1提供了密闭的环境，能高效地聚集湿热水汽。可以借助低温物质（夏季的土壤、冬季的空气或者液态水等）来降低温室作物散发的湿热水汽温度。
进一步地，所述水汽凝结装置3包括亲水凸起部3a、疏水低凹部3b、选择性透明盖板3c和保温材料层3d，所述选择性透明盖板3c和保温材料层3d连接并形成一个密闭的腔体，在该腔体内设有多个亲水凸起部3a和多个疏水低凹部3b，多个所述亲水凸起部3a间隔设置，相邻两个亲水凸起部3a之间均设有疏水低凹部3b，且所述亲水凸起部3a位于所述疏水低凹部3b的上方，所述选择性透明盖板3c盖设于亲水凸起部3a的上方，所述保温材料层3d垫设于疏水低凹部3b的下方，所述腔体的四周开有进汽口3e，所述腔体的侧壁上还开有凝结水出水口3f，所述风机8的出风口与进汽口3e连通，所述凝结水出水口3f与灌溉装置的入口连通。亲水凸起部3a为吸附冷凝层，疏水低凹部3b为汇流导水层。图3中，上层的箭头表示水汽进入的方向，疏水低凹部3b因其疏水性，可用来转移亲水凸起部3a捕捉到的水汽，水汽凝结成液态水后顺着疏水低凹部3b流入地板然后汇集排走。下层箭头表示液态水的导流方向。
进一步地，所述选择性透明盖板3c采用0.03mm聚乙烯薄膜制成，聚乙烯薄膜本身具有选择性，即对8~13μm波段以外的辐射“过滤掉”辐射本身不需具有选择性，只要有高发射率即可，亲水凸起部3a在8~13μm波段发射的热辐射，通过选择性透明盖板3c传送到外太空，从而使自身温度降低。
进一步地，所述保温材料层3d采用50mm厚泡沫板或棉布制成。
进一步地，所述亲水凸起部3a采用聚四氟乙烯材料制成，且亲水凸起部3a为上半球面结构，在所述亲水凸起部3a的表面上涂覆有亲水涂料。选择聚四氟乙烯（PTFE）是因为它的制冷效果是最好的几种辐射制冷材料之一，其次聚四氟乙烯既是疏水材料又是辐射制冷材料，最后它具有性质稳定，摩擦系数极低，无毒害的特点。水汽凝结面的亲水凸起部3a覆有亲水涂料层，这是为了方便凝结面表面的水汽聚集形成液态水，本装置采用的亲水涂料为纳米亲水涂料XZ-GT01，此亲水涂料亲水性很好，初期亲水角≤10度，持续亲水角≤20度。涂层韧性优良，是一种新型环保的多功能涂料。
进一步地，所述供电装置包括太阳能板4、转换器5、蓄电池6和逆变器7，所述太阳能板4的输出端与转换器5的输入端连接，所述转换器5的输出端与蓄电池6的输入端连接，所述蓄电池6的输出端与逆变器7的输入端连接，所述逆变器7的输出端与风机8的输入端连接。
进一步地，所述水汽凝结装置3安装在温室大棚1的地面下方，所述风机8安装在温室大棚1的地面正上方，所述风机8的出风口与水汽凝结装置3的入口通过送风管道连接。
进一步地，所述灌溉装置包括蓄水池13、水泵14和浇灌管道15，所述蓄水池13位于地面以下，所述水泵14的入口与蓄水池13通过管道连接，所述水泵14的出口与浇灌管道15的一端连接，所述浇灌管道15的另一端铺设在作物2的四周，所述蓄电池6与水泵14电连接。
本实施例的水汽凝结装置3安装在温室大棚1的地面下方，不影响作物光合作用，适用性更强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：包括温室大棚（1）、水汽凝结装置（3）、风机（8）、供电装置和灌溉装置，所述温室大棚（1）内的地面上种植有作物（2），所述水汽凝结装置（3）安装在温室大棚内，所述供电装置与风机（8）电连接，所述风机（8）的出风口与水汽凝结装置（3）的入口，所述水汽凝结装置（3）的出口与灌溉装置连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述水汽凝结装置（3）包括亲水凸起部（3a）、疏水低凹部（3b）、选择性透明盖板（3c）和保温材料层（3d），所述选择性透明盖板（3c）和保温材料层（3d）连接并形成一个密闭的腔体，在该腔体内设有多个亲水凸起部（3a）和多个疏水低凹部（3b），多个所述亲水凸起部（3a）间隔设置，相邻两个亲水凸起部（3a）之间均设有疏水低凹部（3b），且所述亲水凸起部（3a）位于所述疏水低凹部（3b）的上方，所述选择性透明盖板（3c）盖设于亲水凸起部（3a）的上方，所述保温材料层（3d）垫设于疏水低凹部（3b）的下方，所述腔体的四周开有进汽口（3e），所述腔体的侧壁上还开有凝结水出水口（3f），所述风机（8）的出风口与进汽口（3e）连通，所述凝结水出水口（3f）与灌溉装置的入口连通。
3.根据权利要求2所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述选择性透明盖板（3c）采用0.03mm聚乙烯薄膜制成。
4.根据权利要求2所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述保温材料层（3d）采用50mm厚泡沫板或棉布制成。
5.根据权利要求2所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述亲水凸起部（3a）采用聚四氟乙烯材料制成，且亲水凸起部（3a）为上半球面结构，在所述亲水凸起部（3a）的表面上涂覆有亲水涂料。
6.根据权利要求2～5所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述供电装置包括太阳能板（4）、转换器（5）、蓄电池（6）和逆变器（7），所述太阳能板（4）的输出端与转换器（5）的输入端连接，所述转换器（5）的输出端与蓄电池（6）的输入端连接，所述蓄电池（6）的输出端与逆变器（7）的输入端连接，所述逆变器（7）的输出端与风机（8）的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述水汽凝结装置（3）和风机（8）均安装在温室大棚（1）的地面正上方。
8.根据权利要求6所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述水汽凝结装置（3）安装在温室大棚（1）的地面下方，所述风机（8）安装在温室大棚（1）的地面正上方，所述风机（8）的出风口与水汽凝结装置（3）的入口通过送风管道连接。
9.根据权利要求7所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述灌溉装置包括水箱（10）和滴灌管道（11），所述水箱（10）位于地面以上，所述凝结水出水口（3f）与水箱（10）的入口连接，且在水箱（10）的入口处设有滤网（9），所述水箱（10）的出口与滴灌管道（11）的一端连接，所述滴灌管道（11）铺设在作物（2）的四周，在所述滴灌管道（11）靠近水箱（10）的一端还安装有阀门（12）。
10.根据权利要求8所述的一种基于辐射制冷原理的温室大棚水汽凝结灌溉系统，其特征在于：所述灌溉装置包括蓄水池（13）、水泵（14）和浇灌管道（15），所述蓄水池（13）位于地面以下，所述水泵（14）的入口与蓄水池（13）通过管道连接，所述水泵（14）的出口与浇灌管道（15）的一端连接，所述浇灌管道（15）的另一端铺设在作物（2）的四周，所述蓄电池（6）与水泵（14）电连接。
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