CN110178601B - 利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室及环控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室及环控方法。所述温室为高架空结构之多单元组合透光大棚，其中部设置可透气避雨的内棚，将大棚分隔为上部调控缓冲区和下部种植区，外棚内顶部设喷雾装置，内棚外顶部、保温幕下部设喷淋装置，雨水收集与循环供水管路经水泵连接蓄热水池。本发明基于太阳光温室效应~水气膜热交换~对流循环原理，智能控制温室环境；冷季，密闭温室和水气膜热交换，白天蓄热于水中并给作物补充CO₂气肥，夜间，水膜辐射红外热给温室升温。在热季则利用间歇喷雾蒸发吸热增强通风降温效果。本发明“绿色低碳”，克服了现有技术调控温室环境成本高的问题，具有显著增产提质和降药节水效果，有利于设施农业转型升级。

Description

利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室及环控方法

技术领域

本发明属于太阳能热利用与温室大棚种植环境控制技术领域，尤其涉及一种结构简单、易于实现和操作的，利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室及种植环境控制方法。

背景技术

农业生产经常受低温霜冻、干旱少雨和阴雨寡照等不良气候的刚性约束，自古以来难以摆脱不同程度“靠天吃饭”的困扰。设施农业、温室农业的兴起使得人们能够在很大程度上克服不良气候的影响，特别是温室加温以及补辐射措施使反季节高效生产得以实现。然而温室加温过程高度依赖化石燃料，投入成本巨大，经济性差和碳排放加重环境负担的问题却难以解决。例如我国北方大量日辐射温室的燃煤加温就可能是雾霾的重要“贡献者”之一。南方地区采用无加温大棚或温室的情况下，长期夜间低温高湿会造成农作物感染真菌病害，有效积温不足而使产量和品质严重下降。当遇到寒潮或霜冻时，还会造成大面积冻害。数十年来，通过地源热泵、相变贮热材料和地中热交换等环保节能的方式解决温室加温的研究有一些报道，但由于研究不深入，没有形成研究热点，至今未有普遍应用的成果。由于我国大部分地区四季分明，即具有典型的“冬有严寒，夏有酷暑”的大陆性气候特点，也制约了冬季太阳能的有效利用。相比之下，我国北方日辐射温室通过北山墙蓄热、覆盖保温被和烟道加热等形式解决冬季低温问题，推广普及率较高。但是，北方严寒和冬季辐射照受限，依然离不开燃煤加温而造成的环境污染问题。

我国云南省属于高原地区，具有低纬高原气候的特征，光照充足，夏季比全国大部分地区凉爽，而冬季又比全国除热带以外的大部分地区暖和，具有太阳能利用的巨大潜力，也是造就云南省成为蔬菜花卉大省的主要自然原因。然而这种差别是量上差别，比之在赤道附近的肯尼亚和哥伦比亚，云南的纬度相对较高，大部份地区又存在冬季辐射照充足，但夜温过低；夏季气温偏高，雨季太阳辐照量相对不足的问题，对花卉品质和产量有许多不利影响。特别是冬季夜温偏低，有长达3-4个月的霜期，会造成产量大降，并因低温高湿诱发霜霉病、白粉病和灰霉病等病害和难以防范的霜冻危害。同样在夏季连续降雨造成的阴雨天气，也会因湿度过高而易造成病害风险，需要在阴雨天适当加温除湿。即使在肯尼亚和哥伦比亚，由于海拔很高，也有明显夜温过低造成的产量偏低、病害和霜冻风险的问题。因此对于温室园艺来讲，没有一个地方的气候是完美的。为获得高产优质的效果，通过强制通风或加温等调控温室环境的手段往往是必须的，但由于能耗大，成本高，推广应用面积难以扩大。近几年来开始推广的空气能加温确实较化石燃料更为环保，但也存在一次性投入过高，能耗高和夜间低温时段能效比骤降的问题。由于农产品平均附加值较低，如何因地制宜地用好用足绿色能源，即成本低廉的太阳能对农业生产的可持续发展非常重要，也是本发明的意义所在。

太阳能主要以太阳辐射的形式存在，是造成昼夜温差的主要原因。太阳辐射辐射为以短波辐射为主，容易被黑体吸收，进入透明密闭的温室空间可引起剧烈的温室效应，可致温室气温上升至30-70℃。温度园艺生产中在太阳辐射辐射强烈的时段，往往需要进行遮阳和通风降温等措施，否则将导致光合作用停止，植物脱水甚至死亡。这也是现有太阳能技术直接作用于温室大棚必须克服的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种利用太阳辐射温室效应水膜换热智能调控温室环境的温室大棚；本发明的另一目的在于提供一种利用太阳辐射温室效应和水膜换热智能调控温室环境的方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的温室大棚为高架空结构之多单元组合大棚，包括温室外棚，其顶部设置天窗，侧边设置上侧风窗和下侧风窗、底部设置种植畦，并设置供给水管与喷灌系统，其特征在于所述的温室外棚中部设置温室内棚，将温室大棚分割为下部种植区和上部调控缓冲区，所述的调控缓冲区顶部设置喷雾装置，连接喷雾供水管，调控缓冲区下部紧邻温室内棚顶部设置喷淋装置，各供水管路通过水泵连接蓄热水池，各管路上分别设置电磁水阀；所述温室内棚之棚膜为坡水式结构设计，其坡水之低端下沿设置承接式汇水槽；所述的调控缓冲区中部遮阳和/或保温幕帘；所述的种植区和/或调控缓冲区内分别均布设有温度传感器和湿度传感器，两者均电性连接控制装置，所述的种植区内和/或控制装置内还设置有二氧化碳传感器，种植区内设置二氧化碳补给装置。

本发明的另一目的是这样实现的，所述的调控方法所述方法系基于太阳辐射产生的温室热效应和水分蒸发吸热效应，通过通风窗、喷雾、二氧化碳施肥等系统的智能启闭，实现蓄热、加温、降温、湿度调节和补充气肥等温室大棚环境的智能调控，其特征在于具体调控模式为：

A、蓄热模式和降温模式的划分：当夜温低于大棚内种植作物生长的最佳夜温下限，如12℃（对应冷季）时，启动太阳辐射白天蓄储和夜间加温模式，除换气和降低湿度需要外，维持温室外棚通风天窗关闭状态，当夜温高于作物生长最佳夜温上限，如18℃（对应热季）时，则启动蒸发降温模式，除外部风载过高和保湿需要外，维持温室外棚通风天窗开启状态；当夏季监测到时阴雨天气、外部辐射照不足，湿度过高时，系统临时转变为蓄热模式；

B、蓄热模式下，白天温室环境控制：密闭温室外棚通风天窗，上午随着太阳辐射增强，温室内作物周围温度上升至蓄热介质温度达30-35℃或以上时，启动温室顶部水喷雾装置，开启内棚通风窗，并启动二氧化碳施肥；当太阳辐射不断增强，即至中午时段，开启水喷淋装置以增加喷淋量；当太阳辐射变弱，温室作物周围温度低于蓄热介质温度下降到25-20℃或以下时，暂停喷雾，暂停或降低二氧化碳施肥浓度；当太阳辐射过于强烈，温室作物周围温度持续上升，高于作物适宜生长控制上限温度，35-40℃或以上时，小开度打开温室顶部天窗通风，天窗开启幅度控制在5%以内；当温度依然不能下降，高限保持半小时以上时，增大天窗开启幅度，并停止二氧化碳施肥；

C、蓄热模式下，夜间时段温室环境控制：夜间密闭温室，根据不同作物和太阳能加温能力设定最佳夜温如8-18℃之间，当外界气温下降，温室内作物周围气温随之下降至设定的下限控制夜温值以下1-3℃时，关闭外棚通风天窗，展开调控缓冲区设置的遮阳-保温幕布，使温室上部各层之间密闭隔离，阻止空气流通；关闭温室顶部喷雾管道，启动内棚顶部喷淋装置之喷淋水阀，使蓄热水池中热水通过喷淋在内棚膜顶上形成水膜，同时通过红外辐射加热温室下层；当作物周围温度上升超过上限控制夜温值１～3℃时，暂停喷雾，如此反复循环；当夜间温室下半部因密闭而产生的湿度持续上升至85%以上，并持续超过20-30分钟时，打开下侧风窗少量通风，降低湿度，预防植物病害滋生；根据白天太阳能蓄储量和实际气候的限制状况，以及植物呼吸作用前半夜旺盛而后半夜减弱的特点。可以将最佳夜温设定为前高后低的模式，如夜间1:00以前，最佳夜温为18℃，1:00以后为12℃。

D、蒸发降温模式下，白天温室环境控制逻辑：蒸发降温模式下，设定作物最适宜昼温为25-35℃；当上午随着太阳辐射增强，温室作物周围温度上升超出设定的上限控制昼温值1-3℃时，逐步开启温室外棚顶部天窗，内棚通风窗开至最大；当温度依然继续上升时，启动温室顶部水喷雾系统，进行间歇性喷雾，通过水气换热和内棚膜水蒸发，吸热降低室内温度，提高湿度，并避免作物被淋湿；当湿度上升大于上限控制湿度值，如达到70%-80%时，则逐步开启温室大棚外部侧窗，加大通风量，从而同时降低作物周围湿度和温度；当棚外湿度高于80%，蒸发降温效果不明显时，则停止喷雾，通过加大通风窗开启量来降低温度；

E、蒸发降温模式下，夜间温室环境控制：当夜温高于作物上限控制夜温，天气晴好、而外部湿度低于75%时，夜间开启温室顶部通风窗，侧窗和内棚侧窗，开启温室顶部水喷雾装置间歇性喷雾模式，通过蒸发降温降低夜温，提高花果类作物品质；当遇阴雨天气，辐射照不足温室外部湿度过大，而夜温较低时，则开启夜间加温模式，预防湿度过大，辐射照不足引发作物病害；

F、二氧化碳气肥控施：根据太阳辐射辐照度并结合时间实现二氧化碳气肥控施，当上午辐射辐照强度大于2万lux，且超过1小时，启动二氧化碳气肥控施；当下午辐射辐照强度低于3万lux，且持续超过半小时，停止二氧化碳气肥控施；当温室外棚通风天窗开启幅度超过5-10%或以上时，停止二氧化碳气肥控施；二氧化碳气肥浓度控制：根据温室作物种类，将温室内理想的二氧二碳浓度设定为600-1200ppm之间，高于上限值，停止二氧化碳施肥，低下限值时，启动二氧化碳施肥。

G、蓄水管路配套安装水质过滤装置，滤除灰尘等杂质，尽可能使用回收雨水作为循环水，雨水不足时尽量使用软水作为循环水，水质过硬时需要进行软化处理，降低PH值，预防膜上碳酸钙沉积，降低透辐射率；水中要加入除藻剂如季铵盐预防绿藻在膜上滋生；除化学除藻外，可以在每天下午专门安排一段水喷雾停止时间，使温室上半部气温升至50℃以上，通过热辐射杀死绿藻。

本发明之智能调控温室及其调控方法基于太阳能辐射热温室效应原理，在温室大棚内热交换系统调控温室环境的温室，即通过空气和换热介质直接热交换，充分利用太阳能“温室效应”的升温作用和水的流动性好、比热容大的优势，通过水气直接换热、水膜换热、二氧化碳施肥等措施，白天将富余的太阳能辐射能量最大限度地贮存在大量水体中，同时给温室降温，并通过提升二氧化碳浓度提升光合作用效率。夜间再通过水气换热给温室升温，提高夜间温室的温度，达到最大限度增加植物生长的有效积温，减少病害的目的。在温室不需要加温时期，还可以储蓄热水用于农业干燥、土壤消毒等用途。本发明在冬季只有半年辐射照充足的地区，特别是低纬高原地区应用，具有大幅提升夜温，降低夜间湿度、大幅提升光合作用速率，作物品质提升和增产作用非常明显。一旦推广必将发挥出很高的经济价值和环保价值，有利于促进农业生产方式转型升级。其有益效果具体表现在：

1、本发明明确提出了在密闭透光的空间里，利用太阳热辐射产生的温室效应主动利用太阳能的方法，与光伏发电、平板集热器或太阳能真空管等太阳能利用方法相比，其突出的优点就在于整个温室都用作集热装置，集热面积巨大，而且不与植物争光，一次投入成本和运行成本低廉。

2、本发明实现了密闭温室的有效降温，使温度符合植物生长要求，并通过冷热空气对流促进温室内空气流通，避免了高温危害，通过延长密闭时间提升了二氧化碳施肥效果和施用时间。不仅增产，更能提高作物品质。

3、由于冬半年大幅延长了温室密闭时间，减少了温室内外空气流通带走的热量和水分蒸发，太阳辐射能不仅被大量储蓄在水中，也储蓄到土壤中，提升地温、增加了植物根系活力。冬半年多为旱季，水分蒸发的减少将显著节约灌溉用水。

4、大幅延长了冬半年温室密闭时间和提高了白天温室空气湿度之后，蓟马、白粉虱、斑潜蝇和红蜘蛛等喜欢干热环境的温室害虫的入侵机会将大幅下降，从而可以大幅降低农药喷洒频率和使用量。

5、本发明通过消耗少量的电能来获取大量太阳能，能效比高达1:30-70，远高于空气能加温1:2-4的水平，与无加温土壤栽培相比，本发明可提升温室作物产量50-100%，提升优质率50%-100%。与传统的加温温室栽培相比，本发明可降低生产能耗约80-90%，减少每亩加温所致的二氧化碳排放量达5-10吨。若得到大面积推广，二氧化碳减排效果将非常巨大，实现了经济效益、生态效益与环境效益的三丰收。

6、本发明既可用于温室加温，也可用于温室降温，并将温度、湿度和二氧化碳浓度等关键环境因子的调控有机地结合起来，充分体现了“多措并举，协同显效”的优势与特点，高效率地解决了温室环境综合控制的矛盾问题，既做到了高效率，又做到了节能环保，完全符合绿色、环保、生态、低碳、循环与可持续的发展理念。

7、本发明方法可操作性强，适用于商业化、规模化生产的各种易于进行温室园艺作物，如花卉作物玫瑰、非洲菊、菊花等，蔬菜作物甜椒、西红柿、黄瓜和草莓等。

附图说明

图1为本发明之大棚整体结构示意图；

图2为本发明之程序循环控制逻辑关系图；

图3为本发明之全年各季温室大棚之循环控制逻辑关系图；

图中：1-温室外棚，2-温室内棚，3-种植区，4-调控缓冲区，5-天窗，6-下喷淋管，7-遮阳网，8-上喷淋管，9-喷雾头，10-喷淋头，11-电磁水阀，12-汇水槽，13-控制装置，14-透气防水膜，15-温度传感器，16-湿度检测器，17-二氧化碳传感器，18-下侧风窗，19-上侧风窗，20-底灌供水管，21-喷灌管，22-种植畦，23-滴灌管，24-爬风墙，25-蓄热水池，26-棚顶汇水天沟，27-水泵，28-保温层，29-汇水导管，30-喷雾供水管，31-集雨滤板，32-集雨水池，33-滤沙板，34-潜水泵，35-提水管，36-二氧化碳气肥装置，37-卷帘膜，38-落水管，42-圆拱顶膜延伸部分，α-汇水槽下倾角，β-三角形内棚之长倾膜之倾角，γ-斜拱膜倾斜侧之倾角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室，所述的温室大棚为高架空结构之多单元组合大棚，包括温室外棚1，其顶部设置天窗5，侧边设置上侧风窗19和下侧风窗18、底部设置种植畦22，并设置供给水管与喷灌、滴管系统，其特征在于所述的温室外棚1中部设置温室内棚2，将温室大棚分割为下部种植区3和上部调控缓冲区4，所述的调控缓冲区4顶部设置喷雾装置，连接喷雾供水管30，调控缓冲区4下部紧邻温室内棚2顶部设置喷淋装置，各供水管路上游通过水泵27连接蓄热水池25，各管路上分别设置电磁水阀11；所述温室内棚2之棚膜为坡水式结构设计，其滴水之低端下沿设置承接式汇水槽12；所述的调控缓冲区4中部遮阳和/或保温幕帘；所述的种植区3和/或调控缓冲区4内分别均布设有温度传感器15和湿度传感器16，两者均电性连接控制装置13，所述的种植区3内和/或控制装置13内还设置有二氧化碳传感器17，种植区3内设置二氧化碳气肥装置36。

所述温室内棚2棚膜坡水结构垂直截面为三角形、斜拱形或圆拱形结构，其导水倾斜角度为5-35°；所述的内棚2棚膜为不同透光率的薄膜，其上设置的水喷淋装置包括喷淋管6和喷淋头10，并通过电磁水阀11连接供水管路；内棚膜低端下沿设置的承接式汇水槽12向低端下倾角α为2-6°；，且其低端经汇水导管29连接蓄热水池25。

所述的温室内棚2之斜拱形棚膜之倾斜侧为通风侧，其设置透气防水膜14，其倾斜角γ为30-60°，其上设置卷帘膜41，对应于倾斜侧的上方为斜拱形棚膜之拱顶膜延伸部分为透气防水膜42；所述的圆拱形内棚膜的温室外棚1外侧与透气防水膜14相对应，倾斜设置爬风墙24并在内缘形成空气循环导流通道，其与下侧风窗18之间形成空气导流区；所述的内棚2之圆拱膜通风一侧设置防水透气膜40，其为卷帘膜；所述的内棚2之三角膜直立一侧设置防水透气膜39，其为卷帘膜，三角膜之长倾膜之倾角β为20-35°。

所述的蓄热水池25可安装于温室内或温室外，也可以安装在地面上或地下，水池形状可以是圆柱体或方形水池，水池壁内或外、池底设置有保温层28，保温层由聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯挤塑板等保温材料构成。池盖上设置气泡膜和充气膜等隔热和防止蒸腾散热的装置；每平方米种植面积配套蓄热水池体积为30-100公斤。水池采用聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯板或挤塑板等保温材料保温。

所述温室内棚2之棚膜为透辐射率0-98%的透明塑料膜、黑白相间膜、黑白格编织膜、全黑或黑白不透明膜、防水透气膜或辐射致变色膜；内棚膜为固定斜拱形安装模式或可收展圆拱形安装模式。

所述温室外棚1周围还设置保温型集雨水池32，其上设置集雨滤板31，收集外棚上的降雨，通过棚顶汇水天沟26和落水管38、集水管连接到集雨水池32；所述的集雨水池与保温水池可以合并设置，或者分开设置，集雨水池32底部设置滤沙板33，集雨水池32内还设置有潜水泵，其出水口通过提水管35连接蓄热水池25。

所述的温室外棚1顶部，即大棚顶膜下，其它各层覆盖材料之上设置水喷雾装置，水喷雾粒径尽可能小，用于白天控温使用；在内棚膜以上，其它各层覆盖材料之下，设置水喷淋装置，启动后在内棚膜上形成流动水膜，用于夜间升温使用；水喷雾装置与水喷淋装置相互连通，通过水供给管路连接至蓄热水装置，通过电磁水阀以时控和温控的形式控制各套和各片区的开关，并使喷雾时长、间歇时间等能实现自动控制；蓄水管路配套安装水质过滤装置，

所述的温室外棚1为保温大棚，其侧壁及棚顶均设置保温结构，保温结构由双层膜、气泡膜或充气膜等透光材料构成；棚内调控缓冲区安装保温幕，并修补漏风死角，保持大棚良好密闭性和保温性能；温室外配套的水供给管路采用保温管。

蓄热水池25采用聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯板或挤塑板等保温材料保温。

所述温室大棚之种植区内配套设置二氧化碳气肥装置，二氧化碳气肥可采用化学反应、天然气燃烧，液态二氧化碳方式补充；或在温室外安装二氧化碳储气罐及配套的释放装置、减压装置，并铺设输送管路至温室，在温室内铺设带孔软管实现气体均衡释放。

所述的温室外棚肩高4-8米，每跨宽度6-8米，在2-5米范围设置内棚。

作为实施例，所述温室大棚最左边一跨设置斜竖支撑与卷膜开窗，小三角顶部铺设防水透气膜14位置为卷膜开窗，所述温室内棚2其中间一跨为圆拱顶，其上铺有两层膜，上层为可以卷膜开窗的膜，下层为防水透气膜，保证每个内拱棚具备可透气避雨功能。

图1-3示出了一个能够实现本发明装置的方法，可综合调控植物种植环境的温室实施例，结合本实施例对本发明作进一步的说明。

作为一个实施例，本发明所述的温室外棚肩高5米，每跨宽度8米，在高度为2.5-4.5米区间内设置内棚，其他按前述大棚结构技术方案设置。

参考图1~图3，进一步说明本发明工作原理与工作过程：

本发明基于太阳辐射对温室大棚的辐射热温室效应，昼间进行蓄热储能，夜间释放热能对大棚，尤其种植区进行升温，通过智能控制实现既充分有效地利用太阳的热能，又营造更为作物生长的适宜环境，进而提高温室作物的产量，并改善农产品的品质。

工作前，预先在控制装置中输入温度、湿度的保温值和保湿值范围，以及温度、湿度的最高和最低警戒值，种植区内理想的气温范围在白天设定为20-35℃，夜间设定为10-22℃之间，种植区内的全天候湿度低于75%；白天的最高温设定警戒值为45℃，最低温设定警戒值为15℃；所述步骤B中种植区和调控缓冲区在夜间的最高温设定警戒值为25℃，最低温设定警戒值为10℃。

工作时的具体操作管理方式为：

A、白天热能储放；白天时段密闭整个温室，当太阳辐射增强，温度检测器检测到调控缓冲区的温度上升至45℃以上时，控制装置控制启动制冷机构换热降温，把热能存储至换热介质中，使换热介质由低温升温为高温，带走温室本体内的热量，控制温度降至25℃及以下后被温度检测器检测到，随后则控制装置控制关闭制冷机构，换热介质换热后下落至换热隔层上，沿换热隔层流淌汇集至收集槽中，再由收集管输送回换热介质源进行存储，以备夜间制热机构换热升温用；当温度检测器检测到种植区的温度持续上升至40℃以上时，则控制装置控制打开侧风窗通风，降低温湿度；

B、夜间热能储放；夜间时段密闭整个温室，根据作物最佳夜温与生产要求，当温度检测器检测到调控缓冲区温度随外界气温下降至15℃以下时，则控制装置控制启动制热机构换热升温，把热能从换热介质中释放至温室的调控缓冲区内，再通过隔热层把热能传递给种植区，对种植区进行升温，使换热介质由高温升温为低温，增加温室本体内的热量，控制种植区的温度上升至20℃及以上后被温度检测器检测到，则控制装置控制关闭制热机构；换热介质换热后下落至换热隔层上，沿换热隔层流淌汇集至收集槽中，再由收集管输送回换热介质源进行存储，以备白天制冷机构换热升温用，在此过程中，若湿度检测器检测到种植区产生的湿度持续上升至85%及以上时，则控制装置控制打开侧风窗通风，侧风窗的开启幅度控制在最大开启幅度的5%以内，降低温湿度，防止滋生植物病害；通风一次后再次发现湿度持续上升至85%及以上时，则第二次开启幅度则控制在最大开启幅度的10%以内，依次类推，后一次开启幅度在前一次开启幅度上增加5%。

在使用过程中，每当种植区或调控缓冲区气温过高时，即可开启喷淋系统，通过水体与空气换热进行降温；每当种植区或调控缓冲区气温过低时，即可开启制热机构，通过水体与空气换热进行升温、保温，在夏季制冷机构和侧风窗都开启都不足以降低种植区下部温度至适合范围时，可收叠隔热层和开启温室本体的天窗，通过喷淋蒸发降温和通风换热同时降温。

在使用过程中，在换热介质源的各进水口设置有过滤器，过滤换热介质中的杂质，并在晴天的每天下午控制调控缓冲区的温度升至50℃以上，再启动制冷机构换热降温至35℃以一次，对换热介质进行热辐射杀菌。

在夜间加温过程中，随着换热介质温度不断下降，加温能力也会下降，在气温下降过程中，依然有湿度过高的风险，因此，制热机构的运行幅度采用前低后高的方式，即从前半夜至后半夜的过程中，逐步增加喷洒换热介质的频率；据相对湿度监测情况，当湿度大于85%达到半小时以上时，开启侧风窗1-5分钟排湿。

实验例

以南方地区流行的跨度6-8米，高度4-6米，长度40-60米的圆拱形塑料温室为例，根据本发明的工作方式所作的描述对非洲菊和玫瑰进行种植管理，使玫瑰和非洲菊的切花产量分别增加了81.6%和88.2%，A级比例分别提升了27%和41%，实现了产量和优质率双提升，使综合增收效果超出传统温室种植的一倍以上。具体变化如下表：

玫瑰和非洲菊的种植产量调查表

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Claims (9)

1.一种通过利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室实现环境控制的方法，所述利用温室效应集热和水气膜换热的智能温室为高架空结构的多单组合大棚，包括温室外棚（1），其顶部设置天窗（5），侧边设置上侧风窗（19）和下侧风窗（18）、底部设置种植畦（22），并设置供给水管与喷灌系统，所述的温室外棚（1）中部设置温室内棚（2），将温室大棚分割为下部的种植区（3）和上部的调控缓冲区（4），所述调控缓冲区（4）顶部设置喷雾装置，连接喷雾供水管（30），调控缓冲区（4）下部紧邻温室内棚（2）顶部设置喷淋装置，各供水管路上游通过水泵（27）连接蓄热水池（25），各管路上分别设置电磁水阀（11）；所述温室内棚（2）的棚膜为坡水式结构设计，其坡水的低端下沿设置承接式汇水槽（12）；所述调控缓冲区（4）中部遮阳和/或保温幕帘；所述种植区（3）和/或调控缓冲区（4）内分别均布温度传感器（15）和湿度检测器（16），温度传感器（15）和湿度检测器（16）均电性连接控制装置（13），所述种植区（3）内和/或控制装置（13）内还设置有二氧化碳传感器（17），种植区（3）内设置二氧化碳补给装置；所述方法是基于太阳辐射产生的温室热效应，关闭外棚的通风天窗，密闭温室积蓄太阳辐射热能，并通过水汽换热，将热能蓄贮于蓄热水池中，通过智能控制装置实现对温室大棚环境智能调控，其特征在于，具体调控模式为：

A、蓄热模式和降温模式的划分：当夜温低于大棚内种植作物对应冷季生长的最佳夜温下限12℃时，启动太阳辐射白天蓄储和夜间加温模式，除换气和降低湿度需要外，维持温室外棚通风天窗关闭状态，当夜温高于作物对应热季生长最佳夜温上限18℃时，则启动蒸发降温模式，除外部风载过高和保湿需要外，维持温室外棚通风天窗开启状态；当夏季预测到阴雨天气、外部辐射照不足，湿度过高时，系统临时转变为蓄热模式；

B、蓄热模式下，白天温室环境控制：密闭温室外棚通风天窗，上午随着太阳辐射增强，温室内作物周围温度上升至蓄热介质温度达30-35℃或以上时，启动温室顶部水喷雾装置，开启内棚通风窗，并启动二氧化碳施肥；当太阳辐射不断增强，即至中午时段，开启水喷淋装置以增加喷淋量；当太阳辐射变弱，温室作物周围温度低于蓄热介质温度下降到25-20℃或以下时，暂停喷雾，暂停或降低二氧化碳施肥浓度；当太阳辐射过于强烈，温室作物周围温度持续上升，高于作物适宜生长控制上限温度35-40℃或以上时，小开度打开温室顶部天窗通风，天窗开启幅度控制在5%以内；当温度依然不能下降，高限保持半小时以上时，增大天窗开启幅度，并停止二氧化碳施肥；

C、蓄热模式下，夜间时段温室环境控制：夜间密闭温室，根据不同作物和太阳能加温能力设定最佳夜温8-18℃之间，当外界气温下降，温室内作物周围气温随之下降至设定的下限控制夜温值以下1-3℃时，关闭外棚通风天窗，展开调控缓冲区设置的遮阳-保温幕布，使温室上部各层之间密闭隔离，阻止空气流通；关闭温室顶部喷雾管道，启动内棚顶部喷淋装置的喷淋水阀，使蓄热水池中热水通过喷淋在内棚膜顶上形成水膜，同时通过红外辐射加热温室下层；当作物周围温度上升超过上限控制夜温值1~3℃时，暂停喷雾，如此反复循环；当夜间温室下半部因密闭而产生的湿度持续上升至85%以上，并持续超过20-30分钟时，打开下侧风窗少量通风，降低湿度，预防植物病害滋生；根据白天太阳能蓄储量和实际气候的限制状况，以及植物呼吸作用前半夜旺盛而后半夜减弱的特点，将最佳夜温设定为前高后低的模式，即夜间1:00以前，最佳夜温为18℃，1:00以后为12℃；

D、蒸发降温模式下，白天温室环境控制：蒸发降温模式下，设定作物最适宜昼温为25-35℃；当上午随着太阳辐射增强，温室作物周围温度上升超出设定的上限控制昼温值1-3℃时，逐步开启温室外棚顶部天窗，内棚通风窗开至最大；当温度依然继续上升时，启动温室顶部水喷雾系统，进行间歇性喷雾，通过水气换热和内棚膜水蒸发，吸热降低室内温度，提高湿度，并避免作物被淋湿；当湿度上升大于上限控制湿度值70%-80%时，则逐步开启温室大棚外部侧窗，加大通风量，从而同时降低作物周围湿度和温度；当棚外湿度高于80%，蒸发降温效果不明显时，则停止喷雾，通过加大通风窗开启量来降低温度；

E、蒸发降温模式下，夜间温室环境控制：当夜温高于作物上限控制夜温，天气晴好、而外部湿度低于75%时，夜间开启温室顶部通风窗，侧窗和内棚侧窗，开启温室顶部水喷雾装置间歇性喷雾模式，通过蒸发降温降低夜温，提高花果类作物品质；当遇阴雨天气，辐射照不足温室外部湿度过大，而夜温较低时，则开启夜间加温模式，预防湿度过大，辐射照不足引发作物病害；

F、二氧化碳气肥控施：根据太阳辐射辐照度并结合时间实现二氧化碳气肥控施，当上午辐射辐照强度大于2万lux，且超过1小时，启动二氧化碳气肥控施；当下午辐射辐照强度低于3万lux，且持续超过半小时，停止二氧化碳气肥控施；当温室外棚通风天窗开启幅度超过5-10%或以上时，停止二氧化碳气肥控施；二氧化碳气肥浓度控制：根据温室作物种类，将温室内理想的二氧二碳浓度设定为600-1200ppm之间，高于上限值，停止二氧化碳施肥，低下限值时，启动二氧化碳施肥；

G、蓄水管路配套安装水质过滤装置，滤除灰尘等杂质，尽可能使用回收雨水作为循环水，雨水不足时尽量使用软水作为循环水，水质过硬时需要进行软化处理，降低pH值，预防膜上碳酸钙沉积，降低透辐射率；水中要加入除藻剂季铵盐预防绿藻在膜上滋生；除化学除藻外，可以在每天下午专门安排一段水喷雾停止时间，使温室上半部气温升至50℃以上，通过热辐射杀死绿藻，也可打开天窗通风，使内膜上部获得一段干燥时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温室内棚（2）棚膜坡水式结构垂直截面为三角形、斜拱形或圆拱形结构，其导水倾斜角度为5-35°；所述温室内棚（2）棚膜为不同透光率的薄膜，其上设置的水喷淋装置包括喷淋管和喷淋头（10），并通过电磁水阀（11）连接供水管路；内棚膜低端下沿设置的承接式汇水槽（12）向低端下倾角α为2-6°，且其低端经汇水导管（29）连接蓄热水池（25）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的温室内棚（2）的斜拱形棚膜的倾斜侧为通风侧，其设置透气防水膜（14），其倾斜角γ为30-60°，其上设置卷帘膜（37），对应于倾斜侧的上方为斜拱形棚膜的圆拱顶膜延伸部分（42）为透气防水膜；所述的温室内棚（2）的圆拱形内棚膜的温室外棚（1）外侧与上侧风窗（19）和下侧风窗（18）相对应倾斜设置爬风墙（24）并在内缘形成空气循环导流通道，其与下侧风窗（18）之间形成空气导流区；所述的温室内棚（2）的圆拱形内棚膜通风一侧设置透气防水膜（14），其上为卷帘膜（37）；所述的温室内棚（2）的三角形内拱膜直立一侧设置卷帘膜（37），三角膜的长倾膜的倾角β为20-35°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓄热水池（25）安装于温室内或温室外，或安装在地面上或地下，水池形状是圆柱体或方形水池，水池壁内、外或池底设置有保温层（28），池盖上设置防止蒸腾散热的装置；每平方米种植面积配套蓄热水池体积为30-100公斤。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温室内棚（2）的棚膜为透辐射率0-98%的透明塑料膜、黑白相间膜、黑白格编织膜、全黑或黑白不透明膜、防水透气膜或辐射致变色膜；内棚膜为固定安装模式，侧窗处为可收展安装模式，斜置侧窗处加装防水透气膜，形成可透气避雨结构。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温室外棚（1）周围还设置保温型集雨水池（32），其上设置集雨滤板（31），收集外棚上的降雨，通过棚顶汇水天沟（26）和落水管（38）、集水管连接到集雨水池（32）；集雨水池与保温水池可以合并设置，或者分开设置，集雨水池（32）底部设置滤沙板（33），集雨水池（32）内还设置有潜水泵（34），其出水口通过提水管（35）连接蓄热水池（25）。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述的温室外棚（1）顶部，即大棚顶膜下，其它各层覆盖材料之上设置水喷雾装置，用于白天控温使用；在内棚膜以上，其它各层覆盖材料之下，设置水喷淋装置，启动后在内棚膜上形成流动水膜，用于夜间升温使用；水喷雾装置与水喷淋装置相互连通，通过水供给管路连接至蓄热水装置，通过电磁水阀以时控和温控的形式控制各套和各片区的开关，并使喷雾时长、间歇时间能实现自动控制；蓄水管路配套安装水质过滤装置。

8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述的温室外棚（1）为保温大棚，其侧壁及棚顶均设置保温结构，保温结构由双层保温膜、气泡膜或双层充气膜这些隔热材料构成；棚内调控缓冲区内拱膜以上安装保温幕；修补漏风死角，保持大棚良好密闭性和保温性能；温室外配套的水供给管路采用保温管；蓄热水池（25）采用聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯板或挤塑板等保温材料保温。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种植区（3）内配套设置二氧化碳气肥装置（36），二氧化碳气肥采用化学反应、天然气燃烧或液态二氧化碳方式补充；或在温室外安装二氧化碳储气罐及配套的释放装置、减压装置，并铺设输送管路至温室，在温室内铺设带孔软管实现气体均衡释放。

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