CN202195556U - 可自动降温开顶式气室 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可自动降温开顶式气室，属于大气模拟增温控制领域，包括气室主构架、换气装置及控制装置三大部分。其中气室主构架由圆环形的上框架、圆环形的下框架、四条支撑棱及聚碳酸酯板围成一个圆锥台面的气室；换气装置在气室内外温差过高时通过风扇抽取气室外低温气体到气室内部降温来控制气室内部温度的升高；气室控制装置通过实时比较和监控气室内外温差来启动或关闭换气装置达到自动控制降温的目的。本实用新型可用于农业、草地或林业系统利用开顶式气室的自然增温模拟，能起到自动控制气室内升温幅度的作用。

Description

可自动降温开顶式气室

技术领域：

本实用新型涉及开顶式气室，特别是指一种可以自动降温的开顶式气室，主要用于农业、林业及草地大气环境中的气候增温模拟研究。

背景技术：

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告指出：气候变暖已是不争的事实，而且90％的可能是由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动排放的温室气体(主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等)导致大气中温室气体浓度增加所引起的。自1750年以来，由于人类活动的影响，全球大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度显著增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值，其中二氧化碳浓度值从工业化前的约280ppm增加到2005年的379ppm，甲烷浓度值从工业化前的约715ppb增加到2005年的1774ppb，氧化亚氮浓度从工业化前的约270ppb增加到2005年的319ppb，而且大气中温室气体浓度将持续增加。在过去的一百年(1906-2005年)中，全球平均地表气温升高0.74℃。未来气候将进一步变暖，预计到21世纪末仍将上升1.1-6.4℃。

为了研究气候变暖对农作物、草地和森林等的影响，科学工作者采用各种增温方式来模拟气候变暖的条件，使被测植物生长在较高的温度下，通过观测植物的生长及土壤变化来评估温度增加对植物可能产生的影响。目前常用的增温方式有红外加温，加热空气置换、辐射板、半封闭自动增温等。主要可采用的仪器设备有环境模拟生长箱、气室模拟室、开顶式气室、远红外加热辐射装置等，除了开顶式气室外，其他三种方式均是利用电能主动增温，成本较高。开顶式气室是使用透光材料围成一个部分封闭的空间，使用太阳辐射能增温，比较经济实用，适用于长期的试验模拟。开顶式气室在实际的应用过程中，由于受到太阳辐射强弱的影响，增温波动幅度较大，特别是在太阳辐射强度大的情况下，增温幅度很大且很不均匀，现有的一些科技文献结果显示最高可达8～10℃，会导致开顶式气室内植物受到高温的伤害甚至死亡，也高于未来气候变化条件下温度升高的预期，会导致模拟结果偏差，或直接因温度过高或植株死亡而使模拟升温实验失败。国内外大多数简易开顶式气室都没有降温装置，只利用自然条件的增温，极易造成气室内植物局部死亡，而且气室透光材料一般采用有机玻璃或透明塑料制成，透光性较差，而且也比较容易结露。

发明内容：

针对上述问题，本实用新型的主要目的在于使用一套可自动降温的系统，在开顶式气室内温度过高时通过风扇换气来控制气室内气温的升高幅度，防止开顶式气室内气温升温过高的情况发生，同时提高采用开顶式气室模拟未来气候变化条件下增温的控制精度。

为实现上述功能，本实用新型提供一种可自动降温的开顶式气室，其特征在于包含：一开顶气室主构架，包括一上框架、一下框架、四支撑棱、两聚碳酸酯板、八固定脚及多个固定螺钉，所述上框架与下框架均采用优质不锈钢弯成圆环，并无缝焊接有固定块，通过四个支撑棱连接起来，并通过螺钉锁固形成气室主框架，所述聚碳酸酯板具有加硬防刮及防结露特性，两块扇形的聚碳酸酯板沿气室主框架围成一个顶开口的椎面，以螺钉固定在气室主框架上，所述气室下框架有八个固定孔，所述固定桩通过气室固定孔将气室固定于地上；一换气装置，包括一风扇、一连接管、一“T”型管接头、一气体释放管及多个固定管卡，所述风扇固定于连接管一端的内部，所述连接管的另一端与所述“T”型管接头直角端相连，所述气体释放管首尾两端与所述“T”型管接头直通两端相连，所述释放管通过所述固定管卡固定在气室内部，所述释放管上均匀分布有气体释放小孔；一控制装置，包括一控制器、一蓄电池、一太阳能电池板、一气室内温探头和一气室外温探头，所述太阳能板与所述蓄电池相连，为蓄电池提供电能，所述蓄电池为控制器供电，所述控制器与所述气室内温探头、气室外温探头及风扇相连，所述气室内温探头和气室外温探头分别配有一防辐射罩。

采用了上述技术方案的本实用新型具有以下优点：

1、由太阳能板提供能源，并由蓄电池储存电能，保证系统在野外独立运行时的电能，并与系统电能需求相匹配，当太阳辐射强时，系统蓄积的电能多，同时，降温所需的电能也多，当阴雨天气或夜晚情况下，气室内升温幅度小或不升温，系统所需的能量少，而这时系统蓄积的电能少或无蓄积，可通过蓄电池蓄存的电能维持系统运行，实现了系统能量自动动态供给与分配。

2、采用控制器动态监测气室内外的温度差，当温差过大超过阈值时，控制器打开换气风扇，抽取气室外部的气体到气室内部，并通过释放管上密布的释放孔均匀释放到气室内部，降温快速、高效、均匀，可实时控制气室内的温度升高幅度在要求的范围内。

3、气室主框架由优质不锈钢构成，重量轻、强度高，透光材料采用加硬防刮及防结露聚碳酸酯板，相对于目前使用的机玻璃板或透明塑料具有机械强度高、透光性好、重量轻、抗老化能力强、防刮、防结露的优良特性；且气室采用多个部件组装而成，便于运输和安装。

附图说明：

图1是本实用新型总体构造俯视图

图2是本实用新型主体构造正视图

图3A是本实用新型下框架俯视图

图3B是本实用新型下框架固定脚局部放大图

图3C是本实用新型下框架固定片局部放大图

图4A是本实用新型上框架俯视图

图4B是本实用新型上框架固定片局部放大图

图5A是本实用新型支撑棱的正视图

图5B是本实用新型支撑棱的剖视图

图6是本实用新型聚碳酸酯板正视图

图7是本实用新型释放管卡正视图

图8是本实用新型释放管局部放大示意图

图9是本实用新型“T”型管接头示意图

图10是本实用新型电路控制示意图

图11是本实用新型控制工作流程图

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型可自动降温开顶式气室包括一气室主构架10、一换气装置20及一控制装置30三大部分。

气室主构架10包括下框架11、上框架12、支撑棱13、聚碳酸酯板14、固定螺钉15及固定桩16。下框架11如图3A所示，由不锈钢圆棒弯曲并焊接成一个圆环，在此圆环上无缝焊接有多个固定脚111及固定片112，如图3B所示固定脚，固定脚111上开有一圆形固定孔1111，可以让固定桩16穿过并固定于地上；固定片如图3C所示，每个固定片112都无缝焊接于下框架11上，在固定片上有一圆角矩形孔1121，用于固定聚碳酸酯板14于下框架11上。上框架12如图4A所示，结构基本也由不锈钢圆棒弯曲并焊接成一个圆环状，在此圆环上无缝焊接有多个固定片121，固定片121的结构如图4B所示，无缝焊接于上框架12上，在每个固定片121上都有一圆角矩形孔1211用于固定聚碳酸酯板14于下框架12上。支撑棱13如图5A和图5B所示，是一根折成“U”形的不锈钢条，条上均布有多个圆角矩形孔131，也用来固定聚碳酸酯板14。聚碳酸酯板14的外形如图6所示，呈扇面状，上面有与下框架11、上框架12及支撑棱配套的固定孔141。

图2显示的是连接后的气室主构架10的正视图，其组装实施方式是用四个支撑棱13将上框架12和下框架11拼接起来，并在相应部位用螺钉15锁固，形成一个上面小下面大的锥形框架，将聚碳酸酯板14沿此框架围封，在围封的同时通过上框架12上的固定孔1211、下框架11上的固定孔1121及支撑棱13上的固定孔131用螺钉15锁固，形成一个封闭的锥台面，然后通过固定脚111上的固定孔1111将固定桩16钉入土中，将气室主构架固定于地上。

如图1所示，换气装置20包含一释放管21、多个固定管卡22、“T”形接头23、连接管24和换气风扇25。所述释放管21是一根塑料软管，在管的下部间隔一定的距离钻有一排释放孔211，如图8所示，均匀分布的释放孔可使气体均匀释放到开顶式气室内部。图7显示的是固定管卡22示意图，所述固定管卡22通过螺钉锁固于聚碳酸酯板14上。以下结合图1说明换气装置20的具体组装方式，首先将换气风扇25以螺钉及强力胶(图中未示)固定于连接管24的一端内，安装时在聚碳酸酯板14上打一圆孔，使“T”型管接头23的直角端从聚碳酸酯板14上穿出，连接管24的另一端与“T”型管接头23的直角端套接，然后将释放管21的首端与尾端分别套接于T”型管接头23直通的两端，并使释放管21上的释放孔211朝下，最后将释放管21卡入固定管卡22中。

气室控制装置30包含一太阳能电池板33、一蓄电池32、一控制器31、一气室内温探头35和一气室外温探头34，均通过各自的安装支架固定于地上(图中未示)，各部件连接方式如图1所示，太阳能电池板33与蓄电池32相连，为蓄电池32充电，蓄电池32与控制器31相连，为控制器31提供电能，气室外温探头34及气室内温探头35分别与控制器相连，向控制器31提供气室外部气温和气室内部气温，气室外温探头34及气室内温探头35分别有一气室外温防辐射罩341和气室内温防辐射罩351，用于减小太阳辐射对气温的影响。换气风扇25也与控制器31相连，控制器31可以发送指令让换气风扇25启动或关闭。

现结合图1、图10和图11说明本实用新型的田间安装及具体动作方式。开顶式气室主体构架10依上述说明在试验地组装好，并连接好换气装置20及控制装置30。当晴天太阳照射太阳能电池板33时，太阳能电池板33吸收太阳辐射并转化为电能储存于蓄电池32中，由蓄电池32供电启动控制器31，太阳辐射会使开顶式气室内外的气温增加，由于开顶式气室的半封闭特性，气室内部的气温高于气室外部的气温，控制器31实时读取气室内温探头35及气室外温探头34的气温值，并比较两者的温度差，如图11所示的流程图，当温度差大于设定的温度阈值时，控制器31发送指令打开换气风扇25，换气风扇25抽取开顶式气室外的低温气体通过连接管24及“T”型管接头23进入释入管21，气体再通过释入管21下部密布的释放孔211均匀进入气室内，释放的低温气体将气室内的气温降低，当降低到设定的温差阈值时，控制器31发送指令关闭换气风扇25，停止换气降温。控制器31一直实时读取气室内温探头35及气室外温探头34的气温值并比较两者的温度差，当两者的温差大于设定的阈值时，再次启动换气风扇25，实现新一轮的降温，实现开顶式气室内温度的实时监控。当天气为阴雨天或在夜间情况下，太阳辐射弱或没有太阳辐射，气室内外的气温差很小，不会启动降温流程，控制器31依靠太阳能电池板33蓄积到蓄电池32中电能维持系统的正常运转。

Claims (7)

1.一种可自动降温开顶式气室，其特征在于，包含：

一气室主体构架，包括一上框架、一下框架、四支撑棱、二聚碳酸酯板、八固定脚及多个固定螺钉；

一换气装置，包括一设置于连接管内的换气风扇，所述连接管与一“T”型管接头相连，“T”型管接头两直通端再与一释放管两端相连，所述释放管通过多个固定管卡固定于所述气室主体构架内部；

一控制装置，包括一太阳能电池板、一蓄电池、一控制器、一气室内温探头和一气室外温探头，所述控制器通过太阳能电池板及蓄电池供电，所述控制器能读取气室内温探头和气室外温探头的值，并能发送打开与关闭指令到所述换气风扇。

2.如权利要求1所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，所述上框架、下框架和支撑棱组成气室主框架，所述两聚碳酸酯板通过螺钉锁固于主框架上形成气室主体构架，并由多个固定桩固定于地上。

3.如权利要求1和2所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，所述的聚碳酸酯板经过加硬防刮和防结露处理，能有效防止植物叶片对聚碳酸酯板的划伤，同时降低水汽凝结对气室透光率的影响。

4.如权利要求1所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，所述释放管上均匀分布有一排小孔，所述换气风扇从外部抽取较低温度空气通过连接管及“T”型管接头，均匀释放到气室内部。

5.如权利要求1和2所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，所述气室外温探头及气室内温探头均有一防辐射罩，减少太阳辐射直接照射温度探头导致其测定值的异常升高。

6.如权利要求1所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，使用太阳能电池板和蓄电池为系统供电，使太阳辐射强弱与系统能量需求自动动态匹配，可在野外长期独立运行。

7.如权利要求1所述的自动降温开顶式气室，其特征在于，使用所述控制器实时比较气室内温探头与外温探头的差值，并以此差值与设定的阈值比较，确定换气风扇的启动或关闭。

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