CN111201919A - 一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法 - Google Patents

一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，包括高效集热板，高效集热板收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管散热，土壤填充在聚氨酯保温桶的内部，聚氨酯保温桶的一侧设有离网太阳能供电装置，本发明是一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，利用太阳能和空气能作为供热热源，本发明充分利用高原地区大气层薄，太阳辐射强，日照时间长的特点，是一种清洁环保可再生的绿色能源利用，对高原地区脆弱的生态环境保护有重要的实际意义，整套系统的应用可以达到经济效益、社会效益与生态效益的统一。

Description

一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法
技术领域
本发明涉及一种土壤供热、保温和保湿的方法，特别涉及一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法。
背景技术
在高海拔高寒地区，全年无夏，大部分区域处于季节性冻土和永久冻土区，地温偏低和冻土制约了植物的生长和成活。如何低成本的保持适宜植物生长的土壤温度在10-15°区间，防失水是在高海拔高寒地区植树造林行业面临的最大难题。目前比较多用的方法是简单的在土壤中铺设水暖管或者加热电缆以提高地温，但是此类方法建设和维护成本高，且消耗大量煤电资源造成环境污染，难以在实际生产中推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，包括高效集热板，所述高效集热板收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管散热，土壤填充在聚氨酯保温桶的内部，所述聚氨酯保温桶的一侧设有离网太阳能供电装置，所述离网太阳能供电装置的储电装置与所述热泵电性连接，所述聚氨酯保温桶的外壁套设有保温主体，所述保温主体埋设在冻土层内，所述保温主体的顶端设有可拆卸的保温上盖，所述保温上盖的正下方设有智能灌溉系统，所述保温上盖顶端的中心位置处开设有60cm的孔，所述聚氨酯保温桶内土壤中埋设有直径为15cm的全透明有机玻璃管，所述全透明有机玻璃管中安置LED灯带和若干台等间距排布的针孔摄像机，所述全透明有机玻璃管一侧的两端分别设有土壤温度传感器和土壤湿度传感器，所述土壤温度传感器位于土壤湿度传感器的正上方，所述土壤温度传感器的一侧设有土壤营养传感器，所述土壤湿度传感器的一侧设有土壤PH传感器，所述土壤营养传感器位于所述土壤PH传感器的正上方，所述针孔摄像机、土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器和土壤营养传感器均通过无线网络传输设备与远程监控平台信号连接。
高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的实现方法如下：
步骤一：挖一个2-3米深度和宽度的洞，具体深度和宽度根据不同树木的要求来定；
步骤二：放入合适的保温主体，与冻土隔离，对根系较深的植物，则在保温体最底部不密封，但深度应达到冻土层以下，而对于根系需求浅的植被则全部增加保温层，达到保温防失水效果；
步骤三：将中空金属散热导管在聚氨酯保温桶内按合理间隔布置，并在聚氨酯保温桶内倒入适合植物生长的土壤。在不同层的土壤中分别安装土壤温度传感器、土壤湿度传感器、土壤PH传感器和土壤营养传感器；
步骤四：将预制好的全时远程植物根系生长针孔摄像机同样埋在土壤内；
最后，该方法通过收集太阳能和空气中的热量相结合的方式，24小时提供热量提升和保持土壤温度。
作为本发明的一种优选技术方案，高效集热板收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管散热，提升和保持土壤温度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述聚氨酯保温桶为15cm厚度的聚氨酯桶，聚氨酯保温桶整体做发泡保温和防水处理。
作为本发明的一种优选技术方案，所述离网太阳能供电装置由太阳能组件和储电装置以及逆变器组成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述无线网络传输设备为WIFI/GPRS等多种方式。
作为本发明的一种优选技术方案，远程所述监控平台是一个植物生长管理平台，监控平台实时数据可视化及历史数据存储分析，监控平台对数据采集器传输来的数据进行分析处理，提供丰富的图表显示，可以通过终端PC或者手机APP随时查看实时以及历史数据，让农业专家对植物的生长情况做实时掌握。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)土壤供热装置：此发明中供热系统的集热板由金属面板压制组成，白天夜晚下雨阴天直至零下35°都可以高效吸收太阳的辐射热量和空气中的热量，此系统主要的热量来源于太阳能和空气能，清洁环保可再生完全无污染，功耗低，结构简单，可以使用25年，安装也很方便。解决了户外设备热量的来源问题，是目前能解决升高和保存土壤温度最高效和适用的方式。可以大规模应用于高寒高海拔地区道路绿化带和植树造林；
2)土壤保温防失水装置：PP/PE材料(对材料不做限制)一次成型的保温主体(对大小不做限制)，加聚氨酯(对材料不做限制)整体发泡技术，所成型的保温结构基本上可以保持热量的极低损耗。保温主体的保温和保湿性能好，结合土壤供热装置的使用，可以解决三个问题：①防止植物冻死冻伤，②防止营养水分流失，③土壤中保持充足的湿度，可以防止抽条对植物产生的伤害。此种保温设备可以低成本大批量生产，而且在土壤中使用年限至少在50年以上，分解后也不会对环境造成污染，较为环保；
3)全时远程植物根系生长监控系统：通过数据采集器采集植物根系的生长发育情况以及土壤的温度、湿度、酸碱度等，经WIFI/GPRS多种方式实时上传各种数据至远程监控平台，监控平台是一个植物生长管理平台，它支持实时数据可视化及历史数据存储分析。监控平台对数据采集器传输来的数据进行分析处理，提供丰富的图表显示，可以通过终端PC或者手机APP随时查看实时以及历史数据，让农业专家对植物的生长情况做实时掌握。同时平台可以提供各种自定义报警，比如温度、湿度等重要数据的变化。监控平台还可以通过大数据分析，根据项目所在地植物生长做及时的远程调整动作，比如升温降温，加湿，加植物营养液等各种工作；
4)上述各系统的连接方式包括但不限于用电缆和中空的金属散热导管连接，可以根据实际需要选择连接方式。利用太阳能和空气能作为供热热源，是充分利用高原地区大气层薄，太阳辐射强，日照时间长的特点，是一种清洁环保可再生的绿色能源利用，对高原地区脆弱的生态环境保护有重要的实际意义，整套系统的应用可以达到经济效益、社会效益与生态效益的统一。
附图说明
图1为本发明正面结构示意图；
图2为本发明的土壤保温防失水系统结构示意图；
图3为本发明的全时远程植物根系生长监控系统结构示意图。
图中：1、高效集热板；2、热泵；3、金属散热导管；4、保温主体；5、保温上盖；6、聚氨酯保温桶；7、全透明有机玻璃管；8、LED灯带；9、针孔摄像机；10、土壤温度传感器；11、土壤湿度传感器；12、土壤PH传感器；13、土壤营养传感器；14、智能灌溉系统；15、无线网络传输设备；16、离网太阳能供电装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供了一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，包括高效集热板1，高效集热板1收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵2压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管3散热，土壤填充在聚氨酯保温桶6的内部，聚氨酯保温桶6的一侧设有离网太阳能供电装置16，离网太阳能供电装置16的储电装置与热泵2电性连接，聚氨酯保温桶6的外壁套设有保温主体4，保温主体4埋设在冻土层内，保温主体4的顶端设有可拆卸的保温上盖5，保温上盖5的正下方设有智能灌溉系统14，保温上盖5顶端的中心位置处开设有60cm的孔，聚氨酯保温桶6内土壤中埋设有直径为15cm的全透明有机玻璃管7，全透明有机玻璃管7中安置LED灯带8和若干台等间距排布的针孔摄像机9，全透明有机玻璃管7一侧的两端分别设有土壤温度传感器10和土壤湿度传感器11，土壤温度传感器10位于土壤湿度传感器11的正上方，土壤温度传感器10的一侧设有土壤营养传感器13，土壤湿度传感器11的一侧设有土壤PH传感器12，土壤营养传感器13位于土壤PH传感器12的正上方，针孔摄像机9、土壤温度传感器10、土壤湿度传感器11、土壤PH传感器12和土壤营养传感器13均通过无线网络传输设备15与远程监控平台信号连接。
高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的实现方法如下：
步骤一：挖一个2-3米深度和宽度的洞，具体深度和宽度根据不同树木的要求来定；
步骤二：放入合适的保温主体4，与冻土隔离，对根系较深的植物，则在保温体最底部不密封，但深度应达到冻土层以下，而对于根系需求浅的植被则全部增加保温层，达到保温防失水效果；
步骤三：将中空金属散热导管3在聚氨酯保温桶6内按合理间隔布置，并在聚氨酯保温桶6内倒入适合植物生长的土壤。在不同层的土壤中分别安装土壤温度传感器10、土壤湿度传感器11、土壤PH传感器12和土壤营养传感器13；
步骤四：将预制好的全时远程植物根系生长针孔摄像机9同样埋在土壤内；
最后，该方法通过收集太阳能和空气中的热量相结合的方式，24小时提供热量提升和保持土壤温度。
优选的，保温主体4用PE/PP材料一次成型直径为100-200cm和深度为200-300cm的桶，保温主体4和保温上盖5组成一个保温体，从而达到对植被根系保温的目的，聚氨酯保温桶6为15cm厚度的聚氨酯桶，聚氨酯保温桶6整体做发泡保温和防水处理，防止热量和水分流失，离网太阳能供电装置16由太阳能组件和储电装置以及逆变器组成，离网太阳能供电装置16利用高原地区大气层薄，太阳辐射强，日照时间长的特点，能够产生较多的电能，在无电区域供给设备用电，由于本申请中的保温系统热损失很低，全套系统用电量极低，每天约1kwh,故配置一套小型太阳能离网系统即可，无线网络传输设备15为WIFI/GPRS等多种方式，能够将实时监控的数据传输至监控平台，远程监控平台是一个植物生长管理平台，监控平台实时数据可视化及历史数据存储分析，监控平台对数据采集器传输来的数据进行分析处理，提供丰富的图表显示，可以通过终端PC或者手机APP随时查看实时以及历史数据，让农业专家对植物的生长情况做实时掌握，监控平台可以提供各种自定义报警，比如温度，湿度等重要数据的变化，监控平台还可以通过大数据分析，根据项目所在地植物生长做及时的远程调整动作，比如升温降温，加湿，加植物营养液等各种工作。
具体使用时，本发明一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，具有以下步骤：
步骤一：挖一个2-3米深度和宽度的洞，具体深度和宽度根据不同树木的要求来定；
步骤二：放入合适的保温主体4，与冻土隔离，达到保温防冻的效果，对根系较深的植物，则在保温体最底部不密封，但深度应达到冻土层以下，以保证根系可以正常生长，而对于根系需求浅的植被则全部增加保温层，达到保温防失水效果；
步骤三：将中空金属散热导管3在聚氨酯保温桶6内按合理间隔布置，并在聚氨酯保温桶6内倒入适合植物生长的土壤。在不同层的土壤中分别安装土壤温度传感器10、土壤湿度传感器11、土壤PH传感器12和土壤营养传感器13，通过采集器采集土壤温度湿度，由控制系统调节植被生长所需的土壤温度湿度，使得土壤温度保存恒温状态，不会因为温度忽高忽低对植物生长造成影响，也不会因为失水而造成植物干枯死亡；
步骤四：将预制好的全时远程植物根系生长针孔摄像机9同样埋在土壤内，从而摄像头能够清楚的看到树木根系的成长情况和土壤的变化情况，以便随时掌握土壤情况，通过智能灌溉系统14进行及时灌溉，并作出科学合理的养护工作；
最后，该发明能收集太阳能和空气中的热量相结合的方式24小时提供热量提升和保持土壤温度，附以一种土壤保温技术和温度湿度调节技术，且配合一套全时远程土壤温度湿度和植物根系生长情况监控系统，创造一种可调节的适合植物不同生长周期的土壤环境，为植物生长创造所必须的条件，解决高海拔高寒地区植物生长所必需的温度湿度要求。如本系统应用在在野外无电地区，可使用太阳能离网系统给整套设备供电。应用在城市绿化时可直接接入公共电网。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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 (6)

1.一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，包括高效集热板(1)，其特征在于，所述高效集热板(1)收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵(2)压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管(3)散热，土壤填充在聚氨酯保温桶(6)的内部，所述聚氨酯保温桶(6)的一侧设有离网太阳能供电装置(16)，所述离网太阳能供电装置(16)的储电装置与所述热泵(2)电性连接，所述聚氨酯保温桶(6)的外壁套设有保温主体(4)，所述保温主体(4)埋设在冻土层内，所述保温主体(4)的顶端设有可拆卸的保温上盖(5)，所述保温上盖(5)的正下方设有智能灌溉系统(14)，所述保温上盖(5)顶端的中心位置处开设有60cm的孔，所述聚氨酯保温桶(6)内土壤中埋设有直径为15cm的全透明有机玻璃管(7)，所述全透明有机玻璃管(7)中安置LED灯带(8)和若干台等间距排布的针孔摄像机(9)，所述全透明有机玻璃管(7)一侧的两端分别设有土壤温度传感器(10)和土壤湿度传感器(11)，所述土壤温度传感器(10)位于土壤湿度传感器(11)的正上方，所述土壤温度传感器(10)的一侧设有土壤营养传感器(13)，所述土壤湿度传感器(11)的一侧设有土壤PH传感器(12)，所述土壤营养传感器(13)位于所述土壤PH传感器(12)的正上方，所述针孔摄像机(9)、土壤温度传感器(10)、土壤湿度传感器(11)、土壤PH传感器(12)和土壤营养传感器(13)均通过无线网络传输设备(15)与远程监控平台信号连接。
高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的实现方法如下：
步骤一：挖一个2-3米深度和宽度的洞，具体深度和宽度根据不同树木的要求来定；
步骤二：放入合适的保温主体(4)，与冻土隔离，对根系较深的植物，则在保温体最底部不密封，但深度应达到冻土层以下，而对于根系需求浅的植被则全部密封保温层，达到保温防失水效果；
步骤三：将中空金属散热导管(3)在聚氨酯保温桶(6)内按合理间隔布置，并在聚氨酯保温桶(6)内倒入适合植物生长的土壤。在不同层的土壤中分别安装土壤温度传感器10、土壤湿度传感器11、土壤PH传感器12和土壤营养传感器13；
步骤四：将预制好的全时远程植物根系生长针孔摄像机(9)同样埋在土壤内；
最后，该方法通过收集太阳能和空气中的热量相结合的方式，24小时提供热量提升和保持土壤温度。
2.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，其特征在于：高效集热板收集太阳的辐射热量和空气中的热量通过热泵压缩后经敷设于土壤中的中空金属散热导管散热，提升和保持土壤温度。
3.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，其特征在于：所述聚氨酯保温桶(6)为15cm厚度的聚氨酯桶，聚氨酯保温桶(6)整体做发泡保温和防水处理。
4.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，其特征在于：所述离网太阳能供电装置(16)由太阳能组件和储电装置以及逆变器组成。
5.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，其特征在于：所述无线网络传输设备(15)为WIFI/GPRS等多种方式。
6.根据权利要求1所述的一种高寒高海拔地区土壤供热、保温和保湿的方法，其特征在于：远程所述监控平台是一个植物生长管理平台，监控平台实时数据可视化及历史数据存储分析，监控平台对数据采集器传输来的数据进行分析处理，提供丰富的图表显示，可以通过终端PC或者手机APP随时查看实时以及历史数据，让农业专家对植物的生长情况做实时掌握。
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