CN115589875A - 水热循环低碳蔬菜种植系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水热循环低碳蔬菜种植系统，包括大棚，大棚内设置有水热循环机构，所述水热循环机构包括储水体以及涡流管，所述储水体设置在地面以下，储水体上部制有连接颈、进气管道，进气管道上设置有风机，连接颈内设置有冷凝管，所述储水体上还设置有抽水管以及抽气管，所述抽水管通过抽水泵与大棚的灌溉喷淋系统连接，抽气管上通过气泵通入大棚，且涡流管进气口通过设有空气压缩泵的连接管与进气管道相连，涡流管冷气出口通过冷气连通管与冷凝管的进水端连通连接，涡流管的热气出口置于大棚内。本发明适用于大棚小气候的水热循环，节省大棚灌溉用水，涡流产生的高温气体用于空气调温及土壤杀菌，提升大棚环境质量。
Description
技术领域
本发明属于大棚蔬菜种植系统技术领域，涉及一种水热循环低碳蔬菜种植系统。
背景技术
设施农业是农业产业向智能高效、绿色低碳、生态环保、高产优质转型的必由之路之一。但现有设施农业生产技术存在诸多问题需要解决。其中之一为能源及资源利用率低，具体表现为种植过程水肥投入大，种植环境高温高湿，形成病害高发，农药用量高，土壤盐碱化率高，农产品产量高但质量低；如何提升设施农业资源及能源利用率，是实现设施农业高质量发展的关键难题。
近几年，新型高效能源及资源利用技术层出不穷，为农业的高效发展提供了强大的技术及智能支撑；设施农业能源及资源高效利用的途径之一即是实现水热系统的循环利用，其关键技术为水再生采集及空气能的极化。近年来发展起来的涡流管技术及水汽低能采集技术使设施农业水热循环成为了可能，但是至今还没有人将该技术与农业上进行结合使用。
通过检索未发现与本申请相关的专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于大气涡流冷热自分离技术，可适用于大棚小气候的水热循环设备，实现大棚灌溉用水的水循环利用，大幅度降低空气湿度，减少病害发生，涡流产生的高温气体用于空气及土壤杀菌，进一步提升设施大棚环境质量，大幅度减少水、肥、药及能源投入，增加设施农业生态环境及经济效益的水热循环低碳绿色设施大棚蔬菜种植系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种水热循环低碳蔬菜种植系统，包括大棚，所述大棚内设置有水热循环机构，所述水热循环机构包括储水体以及涡流管，所述储水体设置在地面以下的土壤中，所述储水体上部制有连接颈及进气管道，所述进气管道顶部设置有风机，所述连接颈内设置有冷凝管，所述涡流管上设有进气口、冷气出口以及热气出口，所述进气口通过设有空气压缩泵的连接管与进气管道相连，冷气出口通过冷气连通管与冷凝管的进水端连通，实现在储水体内冷凝集水，热气出口放出热气，用于调节大棚内的温度以及对土壤进行杀菌，所述储水体上还连通有抽水管以及抽气管，所述抽水管上设置有抽水泵，抽水管与大棚的灌溉喷淋系统连接，所述抽气管上设有气泵，气泵置于大棚内，驱动气泵实现储水体内多余冷气抽回大棚进行调温。
而且，所述储水体内设置有水位传感器以及对收集的水进行消毒的紫外线消毒器。
而且，所述水位传感器的水位的数值设定在距离地面2米，保证储水体内的水为自然冷水。
而且，所述抽水管上还连通设置有磁化水机。
而且，所述储水体为塑料罐体；靠近冷凝管下部位置的连接颈内部还设置有毛边。
而且，所述大棚内还包括控制装置、多组环境监测器以及灌溉喷淋系统，所述控制装置分别与多组环境监测器、灌溉喷淋系统以及水热循环机构相连，控制装置通过多组环境监测器监测的大棚环境情况，启动水热循环机构进行调控，并结合灌溉喷淋系统进行补水灌溉。
而且，所述控制装置内设定蔬菜适宜生长的环境参数以及种植参数，包括温度、湿度以及浇灌用水量。
而且，所述进气管道为倒锥状结构。
而且，所述多组环境监测器包括温度传感器和湿度传感器。
本发明的优点和积极效果是：
本发明基于大气涡流冷热自分离技术，可适用于大棚小气候的水热循环设备，实现大棚灌溉用水的水循环利用，大幅度降低空气湿度，减少病害发生，涡流产生的高温气体用于空气及土壤杀菌，进一步提升设施大棚环境质量，大幅度减少水、肥、药及能源投入，增加设施农业生态环境及经济效益；
本发明将涡流管技术与空气取水技术、涡流管技术与土壤消毒技术进行有机整合，实现多技术参数的整体优化，实现设备的加工定形，设备可批量化生产；且基于大棚的水热条件以及水热循环设备的效能参数，在用能评估及生态环境和经济效益核算基础上，设备在大棚内的最优布设技术、最佳使用方式，并开发设备自动控制操作系统，实现设备的智能化运行；
本发明将水热循环系统与水质肥力提升和磁化提质技术进行有机耦合，实现水热循环低碳绿色大棚蔬菜种植技术落地，本系统实现了设施大棚水热高效循环利用，有利改善了大棚蔬菜的生产环境，减少了能源投入，提升了蔬菜品质，增加了大棚的经济及生态环境效益；可有利推进产业的健康发展。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明水热循环机构结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种水热循环低碳蔬菜种植系统，包括大棚A以及水热循环机构B，所述大棚内中部设置有水热循环机构，所述水热循环机构包括储水体3以及涡流管13，所述储水体为罐体结构，该储水体设置在地面以下的土壤中，所述储水体上部一体制有连接颈7，该连接颈上端伸出土壤，且其顶端制成倒锥状结构的进气管道9，所述进气管道顶部设置有风机10，用于大棚内的大量气体快速进入，且在该连接颈内还设置有冷凝管8，所述储水体上还设置有抽水管 17以及抽气管4，所述抽水管一端伸入储水体内，且抽水管上设置有抽水泵15，抽水管另一端与大棚的灌溉喷淋系统连接，所述抽气管上连通有气泵5，所述气泵设置在大棚内；所述涡流管通过安装架16设置在地面C上，所述涡流管上部为进气口13-1，该进气口通过设有空气压缩泵2的连接管与进气管道下部相连，所述涡流管一端为冷气出口13-2，另一端为热气出口13-3，所述冷气出口放出冷气，通过冷气连通管11与冷凝管的进水端连通连接，该热气出口放出热气，用于调节大棚内的温度或者给其他区域升温，且由于涡流管产生的热气温度最高达到200℃，因此对大棚的土壤进行杀菌的作用；具体为高温可以对涡流管设施空气一次性高效净化，可以有效杀灭有害微生物，同时高温气体亦可以用于土壤消毒，减少土传病害发生率及危害，从而使得土壤农药用量下降有效提升了农产品品质；
驱动风机，将大棚内多余的空气、水蒸气收集进入进气管道，同时启动空气压缩机，将部分空气进入涡流管，进入涡流管内的气体通过涡流管的涡流提供冷气以及热气，热气回用给大棚对大棚进行调温及土壤杀菌；冷气通过冷气连通管通入冷凝管形成水收集于储水体内，同时进入连接颈内的气体通过冷凝管外壁冷凝形成水收集于储水体内，启动气泵，将储水体内的多余冷气抽回大棚，供大棚进行调温；启动抽水泵，将储水体内的水回用于大棚灌溉喷淋，大大节约了灌溉用水；
所述储水体内设置有水位传感器1以及对收集的水进行消毒的紫外线消毒器2，所述水位传感器的水位的数值设定在距离地面2米深，保证储水体内的水为自然冷水，利于减少能量的消耗；
在本发明具体实施中，为了进一步提升回用的水质，在抽水管上还连通设置有磁化水机 14，该磁化水机对紫外线消毒器消完毒的水进行磁化后，进一步提升了回用水的质量，从而提升农产品质量；具体为所述抽水管另一端与大棚内现有的灌溉、喷淋系统相连，灌溉土地，实现水的超低盐化，防止盐碱发生；
在本发明具体实施中，所述储水体为pvc材质制成的罐体；为了更好的冷凝回收水分，靠近冷凝管下部位置的连接颈内部还设置有毛边6，便于水滴的形成；
上述大棚为现有技术的大棚结构，大棚内设置有控制装置、多组环境监测器以及灌溉喷淋系统；上述多组环境监测器、灌溉喷淋系统均与控制装置电联，所述多组环境监测器包括温度传感器、湿度传感器；且本发明为了使得本系统更加方便化，将所述空气压缩泵、抽水泵、气泵、磁化水机、水位传感器、紫外线消毒器、风机均与控制装置连接，所述控制装置内设定蔬菜适宜生长的环境参数以及种植参数，包括温度、湿度、浇灌用水量等；
本实施例的操作过程如下：
大棚内的控制装置接收到温、湿度传感器监测到的温度与湿度数据，与预设种植数据进行比较，如果出现需要调节时，启动本系统的风机，将大棚中内多余的空气、水蒸气强制性地输入本系统的进气管道处，同时启动空气压缩机，将部分空气进入涡流管，进入涡流管内的气体通过涡流管的涡流提供冷气以及热气，热气回用给大棚对大棚进行调温或者土壤杀菌；冷气通过冷气连通管通入冷凝管形成水收集于储水体内，同时进入连接颈内的气体通过冷凝管外壁冷凝形成水收集于储水体内，当需要降温时，启动气泵，将储水体内的多余冷气抽回大棚，供大棚进行调温；当需要灌溉时，启动抽水泵，将储水体内的水回用于大棚灌溉喷淋，大大节约了灌溉用水；
本实施例为了验证本系统具有上述低碳绿色的效果，进行了验证实验：
大棚的选用：现有大棚结构：
大棚参数脊高约3.1m，肩高1.5m，宽10.0m，长50.0m，面积500㎡；大棚内设置有控制装置、温度传感器、湿度传感器、灌溉喷淋系统，大棚中间设置有水热循环机构；其中空气动力为风机，该风机采用轴流式风机(正压送风)，风机的功率0.75KW，转速660r/min，额定排气量为20000m3/h，风机吸入进气管道的半径800mm，进气管道的断面面积为0.50 m2，进气管道处风速为4.0m/s，则空气循环排量为7234.56m3/h；蔬菜适宜温度控制在 20-25°左右。温室大棚内日均相对湿度50-70％。
早晨大棚内的温度通过温度传感器检测到的温度是15℃左右，随着太阳越高温度越高，大棚内气温上升很快，上午10点时，温度传感器检测到的温度达到30℃，且温度比棚外高 10℃，塑料大棚内的空气体积为1000m3，其中上层(塑料大棚地面1.5m以上)空气体积为400m3，此时棚内空气的密度为1.21g/L，空气饱和含湿量为27.58g/kg；湿度传感器检测到的相对湿度为95％，进风口相对湿度为90％，含湿量为24.82g/kg；上述检测到的温度以及湿度已经超过预设蔬菜种植温度及湿度，此时启动轴流式风机，塑料大棚中上层的空气在风机的作用下强制性地输入进气管道，同时启动空气压缩机，将部分空气进入涡流管，进入涡流管内的气体通过涡流管的涡流提供冷气以及热气，热气回用给大棚对大棚土壤杀菌；冷气通过冷气连通管通入冷凝管形成水收集于储水体内，同时进入连接颈内的气体通过冷凝管外壁冷凝形成水收集于储水体内，启动气泵，将储水体内的多余冷气抽回大棚，供大棚进行调温；下午4︰00关闭风机；一天中水热循环机构运行时间为6h，每小时棚内中上层湿热空气通过冷凝管道循环18次，通过地下冷凝管道的空气总量达7234.56m3，是塑料大棚总体积的7.23倍；
经过一天的循环，空气饱和含湿量降低30％；下午4点关闭风机时，棚内温度处于22℃，相对湿度为60％，该湿度变化可以满足大多数作物的生长需求；棚内空气通过冷凝管后，循环出风口处的空气含湿量变为16.55g/kg，此时每循环单位立方米空气的产水量将达到为 8.27g，在大棚面积为500m2情况下，每小时的产水量可以达到59.83公斤，风机启动6h将产水358.98公斤；该产水将有效补充大棚内土壤水分的蒸发和作物的蒸腾的水量，使得节水量将高达30％以上。
本发明适用于大棚小气候的水热循环，节省大棚灌溉用水，且涡流产生的高温气体用于空气及土壤杀菌，进一步提升大棚环境质量，大幅度减少水、肥、药及能源投入，从而提高了农产品产量及品质；
本发明将涡流管技术与空气取水技术、涡流管技术与土壤消毒技术进行有机整合，实现多技术参数的整体优化，实现设备的加工定形，设备可批量化生产；且基于大棚的水热条件以及水热循环设备的效能参数，在用能评估及生态环境和经济效益核算基础上，设备在大棚内的最优布设技术、最佳使用方式，并开发设备自动控制操作系统，实现设备的智能化运行；
本发明将水热循环系统与水质肥力提升和磁化提质技术进行有机耦合，实现水热循环低碳绿色大棚蔬菜种植技术落地，本系统实现了设施大棚水热高效循环利用，有利改善了大棚蔬菜的生产环境，减少了能源投入，提升了蔬菜品质，增加了大棚的经济及生态环境效益；可有利推进产业的健康发展。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (9)
1.一种水热循环低碳蔬菜种植系统，包括大棚，其特征在于：所述大棚内设置有水热循环机构，所述水热循环机构包括储水体以及涡流管，所述储水体设置在地面以下的土壤中，所述储水体上部制有连接颈及进气管道，所述进气管道顶部设置有风机，所述连接颈内设置有冷凝管，所述涡流管上设有进气口、冷气出口以及热气出口，所述进气口通过设有空气压缩泵的连接管与进气管道相连，冷气出口通过冷气连通管与冷凝管的进水端连通，实现在储水体内冷凝集水，热气出口放出热气，用于调节大棚内的温度以及对土壤进行杀菌，所述储水体上还连通有抽水管以及抽气管，所述抽水管上设置有抽水泵，抽水管与大棚的灌溉喷淋系统连接，所述抽气管上设有气泵，气泵置于大棚内，驱动气泵实现储水体内多余冷气抽回大棚进行调温。
2.根据权利要求1所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述储水体内设置有水位传感器以及对收集的水进行消毒的紫外线消毒器。
3.根据权利要求2所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述水位传感器的水位的数值设定在距离地面2米，保证储水体内的水为自然冷水。
4.根据权利要求1所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述抽水管上还连通设置有磁化水机。
5.根据权利要求1所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述储水体为塑料罐体；靠近冷凝管下部位置的连接颈内部还设置有毛边。
6.根据权利要求1所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述大棚内还包括控制装置、多组环境监测器以及灌溉喷淋系统，所述控制装置分别与多组环境监测器、灌溉喷淋系统以及水热循环机构相连，控制装置通过多组环境监测器监测的大棚环境情况，启动水热循环机构进行调控，并结合灌溉喷淋系统进行补水灌溉。
7.根据权利要求6所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述控制装置内设定蔬菜适宜生长的环境参数以及种植参数，包括温度、湿度以及浇灌用水量。
8.根据权利要求1所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述进气管道为倒锥状结构。
9.根据权利要求6所述的水热循环低碳蔬菜种植系统，其特征在于：所述多组环境监测器包括温度传感器和湿度传感器。
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