一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)及其夏季降溫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于設(shè)施園藝無土栽培【技術(shù)領(lǐng)域】的一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)及其夏季降溫的方法。本發(fā)明的降溫系統(tǒng)利用濕簾和風(fēng)機降溫系統(tǒng)，將高溫營養(yǎng)液與濕簾和風(fēng)機降溫系統(tǒng)的貯水池的低溫循環(huán)水進行熱交換，來降低營養(yǎng)液的溫度，再通過滴灌系統(tǒng)或營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)將降溫后的營養(yǎng)液輸送到植物根系，以降低根際的溫度。白天，營養(yǎng)液利用濕簾水循環(huán)系統(tǒng)進行熱交換降低溫度，降溫處理的營養(yǎng)液通過封閉式栽培系統(tǒng)運送到植物根系，從而降低植物的根際環(huán)境溫度；夜間，不對植物的根際環(huán)境溫度進行人工調(diào)控，讓其隨氣溫的下降而自然變化。本發(fā)明所采用的設(shè)備和方法簡單、成本低、實用、易實現(xiàn)、降溫效果好。
【專利說明】一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)及其夏季降溫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于設(shè)施園藝無土栽培【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)及其夏季降溫的方法。
技術(shù)背景
[0002]在現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展的進程中，無土栽培的種植方式越來越得到廣泛地應(yīng)用。目前，荷蘭、日本、美國等國家的設(shè)施栽培基本普及無土栽培技術(shù)；歐盟也明確規(guī)定，進入21世紀，所有歐盟國家的園藝作物要全部實現(xiàn)無土栽培。
[0003]溫室是一種半開放式系統(tǒng)，其內(nèi)部的環(huán)境既受室外氣象條件影響，又受溫室本身調(diào)控方式的作用。目前，在夏季高溫、高輻射情況下，我國大部分玻璃溫室以及部分日光溫室，主要通過濕簾+風(fēng)機并配合內(nèi)外遮陽等方式降低溫室內(nèi)的氣溫，從而使氣溫維持在植物所需要的適宜范圍內(nèi)。
[0004]現(xiàn)階段生產(chǎn)中重點關(guān)注了滿足植物生長需要的適宜氣溫的要求，即通過濕簾+風(fēng)機系統(tǒng)降低溫室內(nèi)的氣溫，而對于通過降低根際環(huán)境溫度來促進植物生長的研究較少。實際生產(chǎn)中面臨的問題是:夏季，溫室內(nèi)無土栽培基質(zhì)的溫度沒有任何調(diào)控措施，經(jīng)常保持在30°C左右，這種較高的根際溫度，對植物地下部的生長是極為不利的——不利于植物根系保持高的生理活性，以充分吸收基質(zhì)中的礦質(zhì)營養(yǎng)和水分，同時，也不利于地下部養(yǎng)分向地上部運輸。如果只通過濕簾風(fēng)機和遮陽等方式降低溫室內(nèi)的氣溫，而忽略植物的根際溫度，勢必會影響夏季溫室內(nèi)作物的生長發(fā)育進而影響產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0005]生產(chǎn)中，特別是無土栽培的水培蔬菜生產(chǎn)中，為了降低營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度，主要采用冰塊(冰箱或冰柜制取)降溫、抽取地下冷水進行換熱降溫、壓縮式空調(diào)機組降溫等方法。這些方法，都 存在投入大、能耗高的現(xiàn)實問題，目前也僅僅是在農(nóng)業(yè)示范園區(qū)短期使用，沒能在生產(chǎn)中得到普及應(yīng)用。無土栽培的基質(zhì)栽培系統(tǒng)，夏季基質(zhì)的溫度同樣經(jīng)常保持在30°C上下的高溫，生產(chǎn)中也因為營養(yǎng)液降溫能耗大的原因，沒有采取滴灌低溫營養(yǎng)液以降低根際溫度促進植物生長的方法?？傊瑺I養(yǎng)液夏季降溫的問題，并未得到能耗少、實用化地根本解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的還在于提供一種利用上述的系統(tǒng)進行營養(yǎng)液夏季降溫的方法，進而可以降低植物根際的環(huán)境溫度。
[0008]本發(fā)明利用目前溫室內(nèi)普遍采用的濕簾和風(fēng)機降溫系統(tǒng)，將高溫營養(yǎng)液與濕簾和風(fēng)機降溫系統(tǒng)的貯水池的低溫循環(huán)水進行熱交換，來降低營養(yǎng)液的溫度，再通過滴灌系統(tǒng)或營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)將降溫后的營養(yǎng)液輸送到植物根系，以降低根際的溫度。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0010]一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)與栽培系統(tǒng)配合使用，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)包括換熱液泵3、換熱回液管路4、熱交換器5、濕簾貯水池6、濕簾水泵7、換熱供液管路8、控制系統(tǒng)9、風(fēng)機11和濕簾16 ；
[0011]在濕簾貯水池6內(nèi)設(shè)置熱交換器5和濕簾水泵7 ;換熱液泵3位于營養(yǎng)液池中，換熱液泵3、換熱供液管路8、熱交換器5依次相連，熱交換器5通過換熱回液管路4與營養(yǎng)液池相連；濕簾水泵7與濕簾16、濕簾16與濕簾貯水池6通過管道相連；換熱液泵3、濕簾水泵7和風(fēng)機11分別由控制系統(tǒng)9控制。
[0012]熱交換器5完全浸沒在濕簾貯水池6的水中。
[0013]營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液由換熱液泵3泵入換熱供液管路8后進入熱交換器5中，與濕簾貯水池6中的水進行熱交換，然后再由換熱回液管路4流回營養(yǎng)液池中。
[0014]利用上述的系統(tǒng)進行營養(yǎng)液夏季降溫的方法，包括步驟如下:
[0015]I)營養(yǎng)液降溫過程:夏季白天，當(dāng)溫室內(nèi)的氣溫達到設(shè)定溫度時，在控制系統(tǒng)9的控制下，開啟風(fēng)機11和濕簾水泵7，濕簾水泵7為濕簾16供水，風(fēng)機11抽送，將浸透在濕簾16中的水分蒸發(fā)，降低溫室內(nèi)的空氣溫度的同時，濕簾貯水池6中的水溫降低，直至降低到此時濕簾貯水池6中水的濕球溫度；
[0016]當(dāng)濕簾貯水池6中的水溫低于營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度達到3~4°C時，由控制系統(tǒng)9開啟換熱液泵3，將營養(yǎng)液泵入熱供液管路8后進入熱交換器5中，在濕簾貯水池6中與水進行熱交換，營 養(yǎng)液溫度降低；降溫后的營養(yǎng)液返回到營養(yǎng)液池I中；
[0017]當(dāng)濕簾貯水池6中的水溫低于營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度小于I °C時，換熱液泵3自動關(guān)閉；
[0018]2)降溫后的營養(yǎng)液在控制系統(tǒng)9的控制下，由營養(yǎng)液池通過供液管路輸送到栽培系統(tǒng)中，對植物進行降溫營養(yǎng)液的灌溉；
[0019]3)夏季夜間，不進行步驟I)和2)的操作，不調(diào)控植物根際環(huán)境溫度，讓其隨著溫室氣溫的下降而自然變化。
[0020]步驟2)中營養(yǎng)液的灌溉策略為:降溫灌溉在晴天進行，陰雨天不進行降溫灌溉。
[0021]步驟2)中營養(yǎng)液的灌溉時間為:灌溉時間從上午8:30~9:00開始，每次灌溉20~30min，灌溉周期為I~1.5h，下午5:30~6:00結(jié)束。
[0022]本發(fā)明的有益效果
[0023]1、采用本發(fā)明的營養(yǎng)液夏季降溫裝置和方法，在降低氣溫的同時，也降低了植物的根圈環(huán)境溫度，適宜的根際溫度更有利于植物光合作用時對無機離子和水分的高效吸收；夜間，不對植物的根際環(huán)境溫度進行任何人工調(diào)控，讓其隨氣溫的下降而自然變化，這有利于光合產(chǎn)物的積累，從而促進植物的生長發(fā)育，獲得高產(chǎn)。
[0024]2、本發(fā)明所涉及的設(shè)備、設(shè)施簡單，成本低，而且效果好，運行穩(wěn)定可靠，具有價廉、實用的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為營養(yǎng)液夏季降溫的裝置示意圖；
[0026]其中，各標號為:
[0027]I一營養(yǎng)液池、2一供液泵、3一換熱液泵、4一換熱回液管路、5一熱交換器、6一濕簾忙水池、7—濕簾水泵、8—換熱供液管路、9一控制系統(tǒng)、10一供液主管路、11一風(fēng)機、12一閥門、13—滴灌帶、14 一栽培槽、15—回液管路、16—濕簾。
[0028]圖2為一天內(nèi)溫室氣溫、降溫與不降溫營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液溫度變化圖。
[0029]圖3為一天內(nèi)采用降溫后的營養(yǎng)液與未降溫的營養(yǎng)液進行滴灌后基質(zhì)溫度的變化圖。
【具體實施方式】
[0030]下面通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容。
[0031]本發(fā)明的營養(yǎng)液降溫的系統(tǒng)，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)與栽培系統(tǒng)配合使用，如圖1所示，所述栽培系統(tǒng)包括營養(yǎng)液池1、供液泵2、供液主管路10、閥門12、滴灌帶13、栽培槽14和回液管路15，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)包括換熱液泵3、換熱回液管路4、熱交換器5、濕簾貯水池6、濕簾水泵7、換熱供液管路8、控制系統(tǒng)9、風(fēng)機11和濕簾16 ；
[0032]在營養(yǎng)液池I內(nèi)設(shè)置供液泵2和換熱液泵3，在濕簾貯水池6內(nèi)設(shè)置熱交換器5和濕簾水泵7 ;供液泵2與供液主管路10相連，供液主管路10、滴灌帶13、回液管路15和營養(yǎng)液池I依次相連，滴灌帶13放置在栽培槽14中；供液主管路10和滴灌帶13間設(shè)置閥門12 ;換熱液泵3、換熱供液管路8、熱交換器5依次相連，熱交換器5通過換熱回液管路4與營養(yǎng)液池I相連；濕簾水泵7與濕簾16、濕簾16與濕簾貯水池6通過管道相連；供液泵2、換熱液泵3、濕簾水泵7和風(fēng)機11分別由控制系統(tǒng)9控制。
[0033]實施例1:
[0034]在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站的日光溫室內(nèi)進行。在日光溫室東側(cè)山墻安裝濕簾16，西側(cè)山墻安裝風(fēng)機1 1，通過基質(zhì)栽培方式進行番茄栽培，按照圖1所示示意圖和上述連接方式進行連接。
[0035]采用本發(fā)明的方法，按照如下步驟進行:
[0036](I)夏季白天，當(dāng)氣溫達到30°C時，風(fēng)機開啟進行強制降溫；隨著氣溫的進一步升高,貯水池中的濕簾水泵7開啟，為濕簾16供水。當(dāng)貯水池中的水溫低于營養(yǎng)液池中I營養(yǎng)液的溫度達到3°C時，開啟營養(yǎng)液池中I的換熱液泵3，通過換熱供液管路8將營養(yǎng)液通過熱交換器5在貯水池6中進行熱交換，營養(yǎng)液溫度降低；降溫后的營養(yǎng)液經(jīng)過換熱回液管路4返回到營養(yǎng)液池I中；當(dāng)貯水池中的水溫與營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度相差小于1°C時，關(guān)閉宮養(yǎng)液池中的換熱液栗。上述過程由控制系統(tǒng)9自動控制完成。
[0037](2)降溫后的營養(yǎng)液，通過供液管路一滴灌帶輸送到番茄的根系周圍，其工作過程是:控制系統(tǒng)9控制供液泵2工作，將營養(yǎng)液池I中的營養(yǎng)液通過供液主管路10輸送到栽培槽14中的滴灌帶13中；閥門12控制供液支路的開閉；由滴灌帶13對番茄進行灌溉；多余營養(yǎng)液的滲出液通過回液管路15回流到營養(yǎng)液池I中。
[0038](3)營養(yǎng)液的灌溉策略是:降溫灌溉在晴天進行，連續(xù)陰雨天不做降溫灌溉。灌溉時間是從上午8:30開始，每次灌溉25min，灌溉周期為lh，下午5:30結(jié)束。
[0039](4)夜間，不對作物根際溫度環(huán)境做任何人工調(diào)控，讓其隨著氣溫的下降而自然變化。此時，不進行營養(yǎng)液的灌溉。
[0040]一天之溫室內(nèi)氣溫、降溫與不降溫營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液溫度對比(2013年7月23日)，如圖2所示。從圖中可以看出，通過換熱降溫處理的營養(yǎng)液溫度低于不降溫處理，降溫處理的營養(yǎng)液日平均溫度為24.99°C，不降溫處理為27.87°C，較不降溫處理低2.88°C，空氣日平均溫度為27.22°C。自上午8: OO至下午6:00，降溫處理的營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液溫度維持在23.37~25.38 °C，而不降溫處理維持在27.25~28.56 °C。
[0041]澆灌降溫后的營養(yǎng)液與未降溫的營養(yǎng)液，一天中基質(zhì)溫度的差異(2013年7月23日)，如圖3所示。從中可以看出，降溫處理的基質(zhì)日平均溫度為26.450C，不降溫處理的基質(zhì)日平均溫度為28.19°C。自上午8:00至下午6:00，降溫處理的基質(zhì)溫度維持在25.94~27.31 °C，而不降溫處理的基質(zhì)溫度維持在27.06~29°C。
[0042]通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，進行降溫灌溉的番茄，莖粗，節(jié)間短，葉厚，葉色墨綠，植株長勢好。
[0043]實施例2:
[0044]本實施案例在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站的玻璃溫室內(nèi)進行。通過水培方式進行番茄栽培。按照圖1所示示意圖和上述連接方式進行連接，只是栽培槽14中不設(shè)置滴灌帶13，栽培槽14與供液主管路10和回液管路15相連。
[0045]采用本發(fā)明的方法，按照如下步驟進行:
[0046](I)夏季白天，當(dāng)氣溫達到30°C時，風(fēng)機開啟進行強制降溫；隨著氣溫的進一步升高，貯水池中的濕簾水泵7開啟，為濕簾供水。當(dāng)貯水池中的水溫低于營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度達到3°C時，開啟營養(yǎng)液池中的換熱液泵3，通過換熱供液管路8將營養(yǎng)液通過熱交換器5在貯水池6中進行熱交 換，營養(yǎng)液溫度降低；降溫后的營養(yǎng)液經(jīng)過換熱回液管路4返回到營養(yǎng)液池I中；當(dāng)忙水池中的水溫與營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度相差小于i°c時,關(guān)閉營養(yǎng)液池中的換熱液泵。上述過程由控制系統(tǒng)9自動控制完成。
[0047](2)降溫后的營養(yǎng)液，通過供液管路輸送到番茄的根系周圍，其工作過程是:控制系統(tǒng)9控制供液泵工作，將營養(yǎng)液池I中的營養(yǎng)液通過供液主管路10送到栽培槽14中；閥門12控制供液支路的開閉；營養(yǎng)液又通過回液管路15回流到營養(yǎng)液池I中。
[0048](3)營養(yǎng)液的灌溉策略是，降溫灌溉在晴天進行，連續(xù)陰雨天不做降溫灌溉。灌溉時間是從上午8:30開始，每次灌溉30min，灌溉周期為1.5h，下午6:00結(jié)束。
[0049](4)夜間，不對作物根際溫度環(huán)境做任何人工調(diào)控，讓其隨著氣溫的下降而自然變化。此時，不進行營養(yǎng)液的灌溉。
[0050]通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，進行降溫灌溉的番茄，莖粗，節(jié)間短，葉厚，葉色墨綠，植株長勢好。
【權(quán)利要求】
1.一種營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)與栽培系統(tǒng)配合使用，其特征在于，所述營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)包括換熱液泵(3)、換熱回液管路(4)、熱交換器(5)、濕簾貯水池(6)、濕簾水泵(7 )、換熱供液管路(8 )、控制系統(tǒng)(9 )、風(fēng)機(11)和濕簾(16 ); 在濕簾貯水池(6)內(nèi)設(shè)置熱交換器(5)和濕簾水泵(7);換熱液泵(3)位于營養(yǎng)液池中，換熱液泵(3)、換熱供液管路(8)、熱交換器(5)依次相連,熱交換器(5)通過換熱回液管路(4)與營養(yǎng)液池相連；濕簾水泵(7)與濕簾(16)、濕簾(16)與濕簾貯水池(6)通過管道相連；換熱液泵(3)、濕簾水泵(7)和風(fēng)機(11)分別由控制系統(tǒng)(9)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)，其特征在于，熱交換器(5)完全浸沒在濕簾貯水池(6)的水中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的營養(yǎng)液降溫系統(tǒng)，其特征在于，營養(yǎng)液池中的營養(yǎng)液由換熱液泵(3)泵入換熱供液管路(8)后進入熱交換器(5)中，與濕簾貯水池(6)中的水進行熱交換，然后再由換熱回液管路(4)流回營養(yǎng)液池中。
4.利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進行營養(yǎng)液夏季降溫的方法，其特征在于，包括步驟如下: 1)營養(yǎng)液降溫過程:夏季白天，當(dāng)溫室內(nèi)的氣溫達到設(shè)定溫度時，在控制系統(tǒng)(9)的控制下，開啟風(fēng)機(11)和濕簾水泵(7)，濕簾水泵(7)為濕簾(16)供水，風(fēng)機(11)抽送，將浸透在濕簾(16)中的水分蒸發(fā)，降低溫室內(nèi)的空氣溫度的同時，濕簾貯水池(6)中的水溫降低，直至降低到此時濕簾貯水池(6)中水的濕球溫度； 當(dāng)濕簾貯水池(6)中的水溫低于營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度達到3~4°C時，由控制系統(tǒng)(9 )開啟換熱液泵(3 )，將營養(yǎng)液泵入熱供液管路(8 )后進入熱交換器(5 )中，在濕簾貯水池(6)中與水進行熱交換，營養(yǎng)液溫度降低；降溫后的營養(yǎng)液返回到營養(yǎng)液池(I)中； 當(dāng)濕簾貯水池(6)中的水溫低于營養(yǎng)液池中營養(yǎng)液的溫度小于1°C時，換熱液泵(3)自動關(guān)閉； 2)降溫后的營養(yǎng)液在控制系統(tǒng)(9)的控制下，由營養(yǎng)液池通過供液管路輸送到栽培系統(tǒng)中，對植物進行降溫營養(yǎng)液的灌溉； 3)夏季夜間，不進行步驟I)和2)的操作，不調(diào)控植物根際環(huán)境溫度，讓其隨著溫室氣溫的下降而自然變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟2)中營養(yǎng)液的灌溉策略為:降溫灌溉在晴天進行，陰雨天不進行降溫灌溉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟2)中營養(yǎng)液的灌溉時間為:灌溉時間從上午8:30~9:00開始，每次灌溉20~30min，灌溉周期為I~1.5h，下午5:30~6:00結(jié)束。
【文檔編號】A01G31/02GK103598079SQ201310512934
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】宋衛(wèi)堂, 趙淑梅, 李保明, 栗亞飛, 何華名 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)