CN102972237A

CN102972237A - 一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置

Info

Publication number: CN102972237A
Application number: CN2012102126217A
Authority: CN
Inventors: 裴建生; 邓铭江; 朱新林; 李湘权
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明公开了一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，包括温控大棚，在温控大棚的墙壁上设置着出风口和回风口，位于温控大棚室外设置着连接出风口和回风口的空气冷凝管装置，位于温控大棚内墙壁设置的出风口上安装着排风机，在空气冷凝管装置冷凝水的出口设置着集水装置。本发明可以利用温室大棚内的空气与外界环境的温差来凝结温室大棚内空气中的水分，并且回收利用，使温室大棚内灌溉水资源得到一定程度的循环利用，可以控制温室大棚内空气的温度和湿度，有利于农作物的生长，其结构合理，性能可靠，造价低，耗能少，可以降低温室大棚生产农产品的成本。

Description

一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置

技术领域

本发明涉及一种从空气中制水的技术，属于从温室大棚的湿空气中取灌溉水的装置，特别是一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置。

背景技术

作为现代农业设施的温室大棚，越来越多地出现在人们的生活之中，尤其是大棚蔬菜、大棚瓜果的发展，极大地丰富了人们的生活，对提高和改善人们的生活起到的作用越来越重要的作用，大棚内种植业品种也越来越多，大棚育苗、辣椒、大棚西红柿、葡萄、草莓、大棚西瓜等，几乎涉及到所有的蔬菜和瓜果品种，温室大棚的成片、大规模发展已成为现代农业的一种发展趋势，新疆吐鲁番大棚蔬菜最早始于2002年，因毗邻乌鲁木齐市，蔬菜销售具有一定的消费市场，再加上当地日照充足的先天优势，短短几年内，吐鲁番的蔬菜大棚就发展到了4万多座，日渐成为乌鲁木齐及周边城市的蔬菜供应源头，与此同时，大棚种植技术及大棚建筑技术也日新月异，为温室大棚的大规模发展提供了有力的支撑，大棚内的温度、湿度与光照条件，直接关系到作物的生长发育，合理地调节大棚内温度湿度与光照条件，使大棚内形成有利于蔬菜生长发育的小环境，是夺取大棚作物早熟、优质、高效益的重要环节，大棚温度、湿度调控是极为关键的，现有的湿度调控方法主要是通过室内外的通风来降湿的，稍不注意就可能使大棚内的湿度偏高，从而引发作物生长缓慢，并且诱发病虫害蔓延，不利于蔬菜的生长发育，与此同时，这种办法在放风降湿时的同时也降低了大棚内的温度，使棚内的温度与湿度成为一种相互矛盾的关系，十分不利棚内作物的生长发育，干旱区的水资源十分的珍贵，水是发展农业的最根本的制约因素，温室大棚内作物需要的水分完全依靠人工灌溉措施来保证，因此，节约用水已普遍受到人们的重视，并逐渐采用了较先进的喷灌和滴灌进行灌溉，个别温室还采用了更先进的灌溉方式，然而现有的高效节水灌溉方式只能减少十分有限的渗漏损失，大棚田间的蒸发和作物的蒸腾水量依然需要通过通风的方法排出棚外，通风降湿不仅使大棚的水汽无效地排入室外，而且耗费人力，增加劳动强度，与现有的菜地、果园相比，温室大棚是个相对封闭的生产设施，直接将大棚内的水汽通过现有的冷凝技术冷凝回收，从而达到大棚降湿并使水资源重复利用是可以实现的，但其成本十分昂贵，原因是水蒸汽的汽化潜热大，采用现有最先进的能效比达到5倍的制冷机械，冷凝1立方米的水也需要消耗约133.3kW·h的电量，因此，利用温室大棚相对封闭的特点，采用直接凝结空气中的水汽并循环利用水资源的方法，几乎是不能运用到生产实践中的。在干旱地区温控大棚的耗水量是较大的，根据吐鲁番的蔬菜大棚的实测资料，其年耗水量高达450～600立方米/亩，这些水量约有25%渗入地下，其余75%均由大棚内的作物蒸腾和土地蒸发进入大棚的空气之中，温控大棚是一个相对密闭的生产设施，一亩的面积的大棚日均水汽量高达1.2～1.6立方米，棚内栽培由于土壤水分的蒸发和作物的蒸腾作用，使空气湿度增长，若不通风，棚内空气相对湿度可达90%以上，甚至达100%，植株叶片的蒸腾作用就会受到抑制，既不利于植株的生长发育，又使病菌繁殖，病害流行，影响作物的质量和产量，因此，调节棚内湿度是防治病害、促进作物生长发育的重要措施，现有控制大棚内湿度的办法主要是加强棚内的通风，通过及时通风将大棚内的水汽排放到棚外，但这种方法会影响大棚内的温度，不利于作物的生长，直接将大棚内的水汽通过现有的冷凝技术回收再利用并控制大棚内的湿度，在技术上是可以实现的，但其成本十分昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，可以利用温室大棚内的空气与外界环境的温差来凝结温室大棚内空气中的水分，并且回收利用，使温室大棚内灌溉水资源得到一定程度的循环利用，可以控制温室大棚内空气的温度和湿度，有利于农作物的生长，其结构合理，性能可靠，造价低，耗能少，可以降低温室大棚生产农产品的成本。

本发明的目的是这样实现的：一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，包括温控大棚，在温控大棚的墙壁上设置着出风口和回风口，位于温控大棚室外设置着连接出风口和回风口的空气冷凝管装置，位于温控大棚内墙壁设置的出风口上安装着排风机，在空气冷凝管装置冷凝水的出口设置着集水装置。

本发明使温控大棚的空气通过风机在温控大棚和布置在室外的空气冷凝管和地下土壤及地下水的冷凝管路中循环，通过温控大棚内空气与室外空气及地下土壤及地下水的温差，使温控大棚的湿空气中的水蒸汽凝结于各冷凝管中，空气重新回到温控大棚内，冷凝在管壁上的水通过重力自流收集于集水箱中，供再灌溉使用，通过温控大棚的空气的不断循环，源源不断地收集大棚内的水汽，并控制棚内的湿度，使水资源得到一定程度的可再生的循环使用。大棚内气温变化昼夜温差变幅大。白天晴朗天气如果棚膜密闭，大棚内气温上升很快，一般比棚外高10℃以上，甚至可达20℃，即使在冬季，有太阳出来时，一小内就可把棚内温度提高到10℃左右，阴天及夜晚大棚内外的温差便会减少，但即使不采取保温措施，一般大棚内的温度也会比室外高出3～5℃左右，因此，利用大棚内外的温差将土壤水分的蒸发和作物的蒸腾而弥漫于大棚空气中的水蒸汽凝结并再供灌溉循环利用是可行的，由于仅采用风机进行循环，所以消耗电力少，是一种高效凝结水蒸汽的循环方式，现进一步说明如下：当白天棚内温度处于25℃，棚外温度15℃时，棚内空气中饱和含湿量（相对湿度为100%）为20.34克/公斤，设冷凝管2壁与室外的温度损失值为2℃，进风口相对湿度为80%，则含湿量为16.27克/公斤，棚内空气通过空气冷凝管2冷凝后，循环出风口5处的空气含湿量变为12.28克/公斤，相对湿度为60.4%，大棚内的平均相对湿度为70.2%，该湿度已可以满足大多数作物的生长需求了，此时每循环单位立方米空气的产水量将达到为3.99克，设大棚面积为1亩，若采用通风能力为15000立方米/小时的风机，每小时的产水量便可以达到69公斤，考虑夜晚因素，日产水量1.3～1.5吨左右，该产水量已与大棚内土壤水分的蒸发和作物的蒸腾的水量基本平衡，其节水量将高达50%以上，风机的日耗电量约在4kW·h左右，是直接冷凝耗电量的33分之一，它的节水能力可使干旱区的种植面积增加一倍，对干旱区的农业发展具有特殊的意义和作用。为了提高本发明凝结水汽的作用，并提高对大棚内温度和湿度的调控能力，本发明在空气冷凝管后口还串联了辅助冷凝管，即：水平地埋式冷凝管或竖井地埋式冷凝管，该辅助冷凝管与土壤或土壤中的地下水接触，并利用地面下土壤常年保持在14℃特点，进一步提高本发明的性能，当冬春季节室外的温度较低，通过辅助冷凝管加热空气冷凝管后空气温度，当夏季温度较高时辅助冷凝管进一步冷凝循环空气中的水汽，并控制大棚内的温度，防止大棚内的温度过高，因此，水平地埋式冷凝管或竖井地埋式冷凝管利用土壤和地下水的冬暖夏凉特点，达到了有效利用地热回收水资源并调控大棚温度的目的。

经测试：本发明节约灌溉水的量达到50%左右，一亩面积的温室大棚日产水量达0.5—1.5吨左右，耗电量为4kW·h左右。本发明的节水能力可使干旱区的种植面积增加一倍。并且制取回收的灌溉水水质优良，可与矿化度高的地下水混合后，浇灌改良盐碱地。

本发明实现了利用温室大棚内的空气与外界环境的温差来凝结温室大棚内空气中的水分，并且回收利用，使温室大棚内灌溉水资源得到一定程度的循环利用，可以有效地控制温室大棚内空气的温度和湿度，有利于农作物的生长，其结构合理，性能可靠，造价低，耗能少，降低了温室大棚生产农产品的成本。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步的描述,

图1为本发明的实施例1的主视剖视结构示意图；

图2为图1的A—A剖视结构示意图；

图3为本发明的实施例2的结构示意图；

图4为本发明的实施例3的结构示意图。

具体实施方式

一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，如图1、图2所示的实施例1，包括温控大棚1，在温控大棚1的墙壁上设置着出风口11和回风口5，位于温控大棚1室外设置着连接出风口11和回风口5的空气冷凝管装置，位于温控大棚内墙壁设置的出风口11上安装着排风机3，在空气冷凝管装置冷凝水的出口设置着集水装置。空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚1外部温控大棚1的墙壁上设置着连接出风口11和回风口5的空气冷凝管2，其中出风口11距地面的高度比回风口5的高度低，位于出风口11端的空气冷凝管2底部冷凝水的出口上连接着集水管6，集水管6的出水端连接着集水箱4。排风机3为轴流式通风机。由风机3将大棚内的空气通入室外的空气冷凝管2内，使部分水汽在空气冷凝管2内凝结为水，凝结后空气通过回风口5回到大棚内，并不断循环，冷凝管2壁的水由重力作用通过集水管6收集于集水箱4中，供灌溉循环使用。如图3所示的实施例2，空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚1外部温控大棚墙壁上设置着一端连接出风口11的平置且向上倾斜的空气冷凝管2，该段空气冷凝管2的端部向下折弯伸入地下，然后水平折弯构成水平地埋式冷凝管7其外端向上折弯伸出地面的端口与温控大棚1的回风口5相连接，其中，向上倾斜的空气冷凝管2其位于出风口11端的冷凝管底部冷凝水的出口上连接着集水管6，集水管6的出口端连接着集水箱4，水平地埋式冷凝管7外端底部冷凝水的出口上连接着地下集水箱8。水平地埋式冷凝管7位于地面以下3—5米的土地内。为了增强冷凝管的冷凝作用或提高回风温度，本发明还采用了水平地埋式冷凝管7，空气冷凝管2串联有水平地埋式冷凝管7，大棚内空气通过空气冷凝管2和水平地埋式冷凝管7后由回风口5再进入大棚内循环，水平地埋式冷凝管7壁的水由重力作用和集水管6收集于地下集水箱8中，供再灌溉使用。如图4所示的实施例3，空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚1外部温控大棚墙壁上设置着一端连接出风口11的平置且向上倾斜的空气冷凝管2，该段空气冷凝管2的端部向下折弯连接着竖井地埋式冷凝管9的进口，竖井地埋式冷凝管9的出口通过地面空气冷凝管连接着温控大棚的回风口5，其中：向上倾斜的空气冷凝管2其位于出风口11端的冷凝管底部的冷凝水出口上连接着集水管6，集水管6的出口连接着集水箱4，在竖井地埋式冷凝管9的底部设置着储水腔。竖井地埋式冷凝管9的结构为底部封闭的竖井地埋式冷凝管9沿其轴线设置着直立的隔板10，隔板10将竖井地埋式冷凝管9分割成进气腔和出气腔，在竖井地埋式冷凝管9的底部设置着连通进气腔和出气腔的储水腔，在竖井地埋式冷凝管进、出气腔的上口上分别设置着进口和出口。为了增强冷凝管的冷凝作用或提高回风温度，本发明还采用了竖井式地埋式冷凝管9，空气冷凝管2串联有竖井地埋式冷凝管9，大棚内空气通过空气冷凝管2和竖井式地埋式冷凝管9后由回风口5再进入大棚内循环，竖井地埋式冷凝管9壁的水由重力作用收集于竖井底部，供再灌溉使用。

本发明的空气冷凝管2最好布置在通风阴凉处，它的管径和长度需要由大棚当地的气象条件通过热工计算并现场试验来确定，管材需要由导热性能较好的材料制造，最好是较薄的马口铁来制造，它的投资小，导热性能好，冬季室内外温差大，为了使回风温度不至于过低，空气冷凝管2上需要采用保温设施，最好采用可调式保温套，冬季及时调整保温范围，确保回风温度不至于偏低，空气冷凝管2安装时，靠集水箱4端要较低，以使凝结水通过集水管路自流至集水箱4。本发明的循环风道风阻很小，因此风机3应采用轴流式通风机，最好采用变频器依据室内外的温度、湿度及农作物的需求对风机的风量进行控制。地面以下3～5米处土壤基本处于恒度状态，因此水平地埋式冷凝管7最好埋入地面以下3米的土壤内，管材最好采用导热性能好的钢管，为节约投资，也可以采用混凝土管。为了尽可能多的利用地温并减少对土地的扰动面积，竖井式地埋式冷凝管9也是一种很好的辅助冷凝管，当竖井能置于地下水位时，由于水的热容积大，它的冷凝效果变会的更明显，为了使循环空气更充分与竖井壁接触，竖井中需设置挡板10，其底部需留有空隙，以使空气流动并收集凝结水，挡板最好使用导热性能差的材料制作。干旱区河流的下游区域，往往地下水位高，土壤盐碱化严重，地下水质矿化度高，不能灌溉，土地常年荒芜，本发明所生产的灌溉水矿化度接近于零，可与矿化度高的地下水混合后，浇灌改良盐碱地，因此，本发明对盐碱地区域发展温控大棚具有决定性的作用。为了进一步减少投资，本发明所涉及的装置还可以串联或并联使用，串联使用时，进风口风机布置在一个大棚，回风口布置在另一个大棚，并按需求设置相应的空气冷凝管2和辅助冷凝管，另外还需在大棚之间设置联通管路，以使风机的风量在大棚间循环，同时还可以将喜湿作物安排在进风口大棚内，以减少生产成本。为了更有效、更经济凝结大棚内的水汽，并使大棚内的温度、湿度得到合理的控制，空气冷凝管2和辅助冷凝管需要合理的搭配使用，在大棚冬季温度较高的地区，仅使用适当长度和管径的空气冷凝管2便可以满足要求了，在大棚冬季温度较低的地区，则最好采用一定规模的辅助冷凝管，它需要根据当地的气象条件通过具体的热工计算和经济比较来确定。

水平地埋式冷凝管7或竖井地埋式冷凝管9有以下两方面作用，其一，当夏季大棚内空气的温度较高时，空气冷凝管2内外温差小，冷凝效果低，由水平地埋式冷凝管7或竖井地埋式冷凝管9助力冷凝，提高集水量，更有效降低大棚内空气的温度和湿度，其二，当冬季大棚内空气的温度低于地面下土壤的温度时，通过地温加热循环空气的回风温度，提高大棚内空气的温度。

Claims

1.一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，包括温控大棚（1），其特征是：在温控大棚（1）的墙壁上设置着出风口（11）和回风口（5），位于温控大棚（1）室外设置着连接出风口（11）和回风口（5）的空气冷凝管装置，位于温控大棚内墙壁设置的出风口（11）上安装着排风机（3），在空气冷凝管装置冷凝水的出口设置着集水装置。

2.根据权利要求1所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚（1）外部温控大棚（1）的墙壁上设置着连接出风口（11）和回风口（5）的空气冷凝管（2），其中出风口（11）距地面的高度比回风口（5）的高度低，位于出风口（11）端的空气冷凝管（2）底部冷凝水的出口上连接着集水管（6），集水管（6）的出水端连接着集水箱（4）。

3.根据权利要求1所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚（1）外部温控大棚墙壁上设置着一端连接出风口（11）的平置且向上倾斜的空气冷凝管（2），该段空气冷凝管（2）的端部向下折弯伸入地下，然后水平折弯构成水平地埋式冷凝管（7）其外端向上折弯伸出地面的端口与温控大棚（1）的回风口（5）相连接，其中，向上倾斜的空气冷凝管（2）其位于出风口（11）端的冷凝管底部冷凝水的出口上连接着集水管（6），集水管（6）的出口端连接着集水箱（4），水平地埋式冷凝管（7）外端底部冷凝水的出口上连接着地下集水管（6），集水管（6）的出口端连接着地下集水箱（8）。

4.根据权利要求3所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：水平地埋式冷凝管（7）位于地面以下3—5米的土地内。

5.根据权利要求1所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：空气冷凝管装置的结构为位于温控大棚（1）外部温控大棚墙壁上设置着一端连接出风口（11）的平置且向上倾斜的空气冷凝管（2），该段空气冷凝管（2）的端部向下折弯连接着竖井地埋式冷凝管（9）的进口，竖井地埋式冷凝管（9）的出口通过地面空气冷凝管连接着温控大棚的回风口（5），其中：向上倾斜的空气冷凝管（2）其位于出风口（11）端的冷凝管底部冷凝水的出口上连接着集水管（6），集水管（6）的出口连接着集水箱（4），在竖井地埋式冷凝管（9）的底部设置着储水腔。

6.根据权利要求5所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：竖井地埋式冷凝管（9）的结构为底部封闭的竖井地埋式冷凝管（9）沿其轴线设置着直立的隔板（10），隔板（10）将竖井地埋式冷凝管（9）分割成进气腔和出气腔，在竖井地埋式冷凝管（9）的底部设置着连通进气腔和出气腔的储水腔，在竖井地埋式冷凝管进、出气腔的上口上分别设置着进口和出口。

7.根据权利要求1所述的一种从温控大棚中凝结制取灌溉水的装置，其特征是：排风机（3）为轴流式通风机。