CN112189492A - 一种低温高湿环境的室内除湿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温高湿环境的室内除湿系统，包括室内外设备和控制单元，所述室内设备包括表冷器，表冷器设置有外壳箱，外壳箱通过引风管和引风机连接；所述表冷器通过管道与室外设备储液罐相连。本发明系统充分利用室外冷量，替代电驱动的压缩机产生的冷量，为表冷器降温，凝结暖湿气流成蒸馏水，从而达到除湿的目的。室外储液水罐采用传热性能好的材料，充分在寒冷气温下释放热量，积累冷量，替代用电的压缩机制冷效果。本发明系统在除湿的同时维持温室温度；同时不用或少消耗电能、燃料；通过控制温室湿度的办法，解决了低温高湿状态下霉菌病频发，农民大量使用农药而产生的抗生素滥用以及蔬菜污染环境污染以及农民收入下降的问题。

Description

一种低温高湿环境的室内除湿系统

技术领域

本发明涉及设施农业技术领域，特别涉及一种室内特别是日光温室低温高湿状态中的除湿系统。

背景技术

日光温室作为我国普遍存在的温室形式，由于其优越的保温性能，在我国南北方广大地区得到了大面积的推广和应用。为我国实现反季节的蔬菜、水果和花卉生产提供了可靠的技术保障。目前我国的日光温室已经进化到了第三代，采用棉被保温、采用上下风口以及机械卷膜（没有机械卷膜的采用人工扒膜）并配合开后窗等方式进行自然通风。这样的结构简单，价格较低，区别于欧美国家的联栋玻璃温室造价高，控制设备和电气化设备齐全的特点，我国的温室采用自然光照加温、开窗自然通风方式降温。

上述方式在暮春及夏秋季可以有效降低温室内的温度和湿度。但是在早春和冬季，上下风口同时开启或只开启下风口时，温室内温度快速下降到与室外气温一致。所以如果温室内湿度过大时，不能随意开启下风口换气来除湿，只能开启上风口释放一部分热量和潮湿空气。

虽然开启上风口时温室内湿度能缓慢下降，但是当午后日照减弱时（大约下午三点半后），温室上风口必须关闭，以保持温室温度不再快速降低。此时温度与湿度达到一种平衡，水汽在空气中没有凝结。但是夜间日光温室内温度持续降低时，空气中因蒸发与蒸腾共同作用散发到空气中的水分，因为气温降低，露点降低而析出，覆盖于植物表面。我们曾经采用湿度传感器测定了温室湿度曲线，温室内湿度到晚上8点以后时，基本都能达到90%以上，十一月底前后能测到普遍达到100%湿度。长期的100%湿度环境，及其适合霉菌等微生物滋生，而生活在其中的蔬菜等植物，容易患如灰霉病等疾病。

目前蔬菜生产过程处置这类霉菌病大都采用杀菌药物治疗。人类为应对这些菌群开发了各种杀菌药物，这些杀菌药物都是指向细胞分裂抑制剂、呼吸抑制剂、氨基酸和蛋白质合成抑制剂、G蛋白信号通路抑制剂、膜合成抑制剂开发的。

然而随着杀菌药物剂量越来越大，菌群对该类药物产生越来越强的抗药性，且速度越来越快，往往开发药物的速度赶不上菌群抗药性产生的速度。与目前人类面对超级细菌的情况相同，抗菌素滥用，造成抗药性越来越普遍，蔬菜等植物也面临无药可用的困境。

上述霉菌病产生是因为环境条件改变，环境过度潮湿而致，所以解决办法就是降低温室空气湿度。

降低空气湿度的办法有几种，产生凝结的原因是空气温度降低，给温室加温就可以解决，但是由于加温的成本较高，还有夜间温室温度不能高于白天温度，否则植物呼吸消耗增加，无法储存能量。第二种是开窗通风，但是同时也损失热量；第三种是使用除湿设备，在这个领域中使用空调原理需要耗电，这与加温取暖一样，也涉及成本问题。

为了降低温室湿度，许多人提出了降低温室湿度的办法。例如公开号为CN104012345A，中国农业大学宋卫堂、申容子、周清、赵淑梅、马承伟在2014年6月13日申请的“一种冬季日官温室除湿装置及其温室除湿的方法”专利中阐述的原理：他们采用通风并换热的原理，在降低温室湿度的同时，不降低或少降低温室温度的一种装置。将室外干冷气体引入温室内，并使用换热器，将换入的干燥气体加热，同时将温室内的潮湿空气排出温室，并将热量留下，以加热进入的气体；+-而公开号为CN107182635A，兰州交通大学胡万玲、管勇、白洁、吴彦亮、魏淏、蒋宇恒在2017年6月12日申请的专利--一种日光温室除湿与通风换气系统中，既安排了换气除湿系统，同时还用压缩机、冷凝器、膨胀阀等类似空调机组一些组件。这种设备在除湿效果上，因为有压缩机产生冷源，使暖湿空气凝结而除湿，效果比较好，但是耗电量会较大；此外还有公开号为CN106895508A，2017年3月22日，山东农业大学申请的----一种冬季日光温室除湿塔，采用生石灰吸湿材料，气体通过吸湿塔内的生石灰，水汽被吸收，温室内相对湿度降低。但是每天早上就需要更换已经吸水饱和的石灰。如果水汽太大，放入塔内的生石灰量半夜就会饱和而不能吸收水分。另外，更换石灰石粉需要人工，这样耗材和人工费消耗也不少于电费。

上述三个团队目的一致，但解决问题的方法不同，效果也不同。

最后一种方法，如果利用吸湿材料例如生石灰除湿，小规模应用效果尚可，但是如果在几万亩的温室同时使用，每天即使只用二十公斤生石灰，整个区域，每天用量也会在几百甚至上千吨，冬季一百天用量就会变成几十万吨的消耗。届时运进运出的生石灰和熟石灰会成为很大负担。

而第一种方法，虽然换气时换热器会保留住一部分热量，但是总体温度还会降低很多，在山东、华北能使用，但是东北寒冷的天气下使用就不是很适合的。

中间一种使用压缩机制冷凝结水蒸气就是普通空调的方法，除湿耗电量大，农民使用起来，负担不小。因此方法上，还需要改进，以适合农民低成本使用装备除湿，在除湿的同时，温室内的温度不能降低。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种低温高湿环境的室内除湿系统，解决现有技术中日光温室除湿成本高，除湿效果不佳的问题。

本发明的技术方案为：

一种低温高湿环境的日光温室除湿系统，包括室内外设备和控制单元，所述室内设备包括表冷器，表冷器设置有外壳箱，外壳箱通过引风管和引风机连接；所述表冷器通过管道与室外设备储液罐相连。

所述外壳箱下部设置导出水管收集冷凝水，外壳箱上方设置有开孔。

所述表冷器设有自动控制装置根据温度调节储液罐中冷却液流量。

所述控制单元包括：第一，温室内湿度传感器与单片机相连的风机开关，设定一个数值作为临界值，由传感器控制着引风机开关；第二，按照温室的总体积，设定引风机流量和风速大小，并使引风机的引风量之和，半小时内达到整个温室空气总量；第三，按照风机风量设定室外储液罐冷水泵入室内的速度，使风量与冷水批配，从而达到最佳冷凝效果；第四，按照不同种植植物的不同生长期设定最高湿度限额。

所述储液罐中液体采用盐或防冻液配制，储液罐采用钢或玻璃钢材料。

所述储液罐相连接的管道室内部分采用隔热材料包裹。

本发明的有益效果是：

1.本系统充分利用室外冷量，替代电驱动的压缩机产生的冷量，为表冷器降温，结暖湿气流成蒸馏水，凝结过多的水蒸气，从而达到除湿的目的。室外水罐的壳体采用传热性能好的材料例如钢材，充分在寒冷气温下释放热量，积累冷量，替代用电的压缩机制冷效果。

2.本发明系统使用冷媒介质将冷资源引入室内，替代了目前使用的开窗直接换气，虽然完成了降温除湿，但同时也使室内温度大幅度降低，而使用冷媒介质在表冷器内，即可以除去多余水分，同时因为凝结热的释放，室内温度并不降低。在除湿的同时维持温室温度；在除湿的同时不用或少消耗电能、燃料；通过控制温室湿度的办法，解决了低温高湿状态下霉菌病频发，农民大量使用农药而产生的抗生素滥用以及蔬菜污染环境污染以及农民收入下降的问题。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是图1中外壳箱A-A剖面图；

其中：1-储液罐；2-温室保温墙；3-引风机；4-引风管；5-外壳箱；6-表冷器；7-开孔；8-导出水管；9-收集装置。

具体实施方式

本发明是一种除湿方法与实现该方法的系统，主要原理是：在秋冬季节，室外环境中有冷凉资源，除湿并不需要采用制冷的办法，只需要利用外界环境中的冷凉资源，并将它引入温室内的表冷器中，表冷器表面与潮湿的温室空气碰撞换热，水分凝结，从而去除空气中水分。如图1所示，实现该方法的设备包括室内和室外两部分设备。室内设备包括引风机3、引风管4和表冷器6；室外设备包括储液罐1和连接室内管道。

为了实现表冷器的功能，需要调节表冷器内的冷却液温度，室外温度低于零度太多如零下十度以下时，冷却液进入表冷器的温度不能太低，以防表面结冰；而室外温度在零度以上时，单位冷却液提供的冷量较少，需要增加冷却液流量，以提高表冷器效率。上述系统功能需要一个自动控制装置管理。

在室内的表冷器6外面安装一个外壳箱5，使用引风机3将温室内潮湿空气引入其中，吹在表冷器6表面。水汽在这里凝结，冷凝水用一根导出水管8引出外壳箱5外，用收集装置9收集起来，可以用于配置水溶肥、滴灌使用。较干燥的空气从表冷器盒子上方的开孔7排除。此处的空气温度因为水汽冷凝时释放热量，加热了表冷内的液体，并没有使空气降温，所以较干燥的空气在温室上方回到温室，较重的含水空气在下层。这时需要降低引风管开口位置，使换气充分完全。

室内设备包括四个控制单元：第一，温室内湿度传感器与单片机相连的风机开关，设定一个数值作为临界值，由传感器控制着引风机开关；第二，按照温室的总体积，设定引风机流量和风速大小，并使引风机的引风量之和，半小时内达到整个温室空气总量；第三，按照风机风量设定室外储液罐冷水泵入室内的速度，使风量与冷水批配，从而达到最佳冷凝效果（既不出现表冷器表面结冰，也不出现暖湿空气空转不凝结现象）；第四，按照不同种植植物的不同生长期设定最高湿度限额，例如相对湿度70%或80%（例如植株生长茂盛，株高、叶片数量和蒸腾量都很大时，与低矮叶菜植株蒸腾量不大时，空气中携带水分差距很大）。

室外部分包括储液罐，储液罐中冷水使用盐或防冻液配制，钢或玻璃钢外桶，以便于传热，充分对外界寒冷环境释放热量，室外储液罐内储存的盐水或防冻液是适合于不同地区最低温度配置的，在当地最低气温时也不凝结的液体。冷水进入室内时，需要用绝热材料隔离两端的不锈钢管，使它们不因管道传热而损失冷量。

设备自动启动除湿操作，首先人工设定温室内湿度上限，超过上限时，引风机开启，将潮湿空气引入引风管，再由诱导风机引导吹向表冷器表面，因为表冷器管道内是流动着的冷水，潮湿空气遇到表冷器外表面时，水蒸气凝结，滴落到表冷器外箱内的冷凝水收集器中。箱内盘旋的表冷器不锈钢管表面，不断有暖湿气流经过冷凝换热，产生冷凝水，而表冷器管内的较冷防冻液，经过暖湿气流换热后向上浮，被水泵推动回到室外冷水储罐内，罐体下部较冷液体经泵推动再次进入表冷器盘管内，这样循环往复，并配合风机吹到表冷器表面的风速，以免管道表面结冰而降低蒸馏水凝结效率。另外因水蒸气凝结时能释放一些能量，以潜热弥补了风吹冷管带走的热量，所以这个除湿过程并不显著降低温室内气温。

在一栋8米×70米的温室大棚内，安装两台引风机，分别通过引风机将风引向表冷器，表冷器内充满了冷水，通过水泵与外面的储液罐连接，不断循环保证表冷器内部水温不过快上升；温室内温暖潮湿空气遇到表冷器冰冷表面，可以凝结出水，被风吹落到表冷器外壳箱内，收集起来，该蒸馏水EC值很低，可以用于配制冲施肥、农药等。

白天日光温室温度最高可以达到30以上，甚至可以达到36度左右，这时植物蒸腾作用强烈。空气饱和水蒸气含量可达每立方米41.5-46.0克；到晚上太阳落山后，温室内温度快速下降，从下午三点到下午六点左右，温室内温度可降低到20℃左右，这时由于温度降低，水蒸气饱和含水量降低，晚上8点以后，还可以降低到10-15℃，这时的空气饱和含水量在9.35-10.68克每立方米。这二者之间（两个温度饱和水蒸气含水量之差）就会凝结出来，每立方米会有32.15-35.32克。这时监测温室内湿度为100%，水蒸气凝结在植株上，植株表面的霉菌就会滋生。

所以在温室温度降低的同时，需要去除空气中的水分，保持相对湿度处于合理范围（根据不同植物的不同生长阶段而定）。例如把温室内相对湿度设定在60%（干湿球温度计测出的相对湿度）时，随着温度降低，空气的持水能力降低，还会逐步有更多的水被凝结出来，例如在从35度降低到25度时，会凝结出一部分；从25度降低到15度时，又会凝结出一部分；而从15度降低到5摄氏度时还会凝结出一部分。

而上述这个除湿过程不能从34-36度室温时，就持续开启除湿，需要按照设定的相对湿度上下临界值，逐步开启除湿过程，到达下临界值时，关闭机器。温室内湿度不是越低越好，植物需要一个适宜的湿度范围，一般相对湿度超过85%时，真菌以及一些条件致病菌就会滋生，侵染植株。而低于85%时，真菌病害就会轻一些。

按照前面去除饱和水蒸气的量计算，从35度降低到10-12度时，一个长宽高分别为100米，15米和7米的温室（山东寿光常见类型），每天最高可以凝结出357公斤蒸馏水。如果用电降温除湿，去除每公升水需要耗电一度，而如果不除湿，就需要买药，防或治灰霉病等，价格与电费差不多，并且降低了农产品的安全性。

Claims (5)

1.一种低温高湿环境的室内除湿系统，其特征在于，包括室内设备、室外设备和控制单元，所述室内设备包括表冷器，表冷器设置有外壳箱，外壳箱通过引风管和引风机连接；所述表冷器通过管道与室外设备储液罐相连；

所述控制单元包括：第一，温室内湿度传感器与单片机相连的风机开关，设定一个数值作为临界值，由传感器控制着引风机开关；第二，按照温室的总体积，设定引风机流量和风速大小，并使引风机的引风量之和，半小时内达到整个温室空气总量；第三，按照风机风量设定室外储液罐冷水泵入室内的速度，使风量与冷水批配，从而达到最佳冷凝效果；第四，按照不同种植植物的不同生长期设定最高湿度限额。

2.根据权利要求1所述低温高湿环境的室内除湿系统，其特征在于，所述外壳箱下部设置导出水管收集冷凝水，外壳箱上方设置有开孔。

3.根据权利要求1所述低温高湿环境的室内除湿系统，其特征在于，所述表冷器设有自动控制装置根据温度调节储液罐中冷却液流量。

4.根据权利要求1所述低温高湿环境的室内除湿系统，其特征在于，所述储液罐中液体采用盐或防冻液配制，储液罐采用钢或玻璃钢材料。

5.根据权利要求1所述低温高湿环境的室内除湿系统，其特征在于，所述储液罐相连接的管道室内部分采用隔热材料包裹。

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