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一种日光温室大棚的空气温湿度调控方法及装置

花匠小妙招
2024-12-18 02:50

1.本发明涉及农业大棚种植和特种环境参数调控领域，特别涉及一种日光温室大棚的空气温湿度调控方法及装置。

背景技术：

2.日光温室大棚是现代农业的重要设施，为城市乡村提供反季节的花卉、蔬菜和水果等。由于蔬菜、水果、花卉等植被的种类不同，生长发育的环境参数也不同，为植物生长提供适宜的人工环境至关重要。有关日光大棚的专利技术种类繁多，包括大棚的保温、墙体蓄热、太阳能高效利用、室内调温技术等已有很多应用技术。
3.目前，温室日光大棚普遍存在温度变化大，易产生寒害、冻害和高温危害，大棚内湿度大易产生霜冻等难题。更为重要的是，目前的很多专利技术采用的装置、设备和系统的价格昂贵，初投资大，适用于大规模生产环节。对于广大农村、山村等地区的小规模生产带来不便。

技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明从大幅降低日光温室大棚成本，充分利用当地现有廉价或免费材料，提出了一种日光温室大棚的空气温湿度调控方法及装置，将白天日光大棚内的热量送入土壤管道中的块状岩石等进行蓄热，一方面可以提高土壤温度，防止植被根部的冻害；另一方面，夜晚再将热量缓慢释放出来输送至大棚植被表面，降低大棚内的温度振幅；同时，土壤管道中的砂石和多孔吸湿材料可以调节大棚内的相对湿度，防止因为夜晚因为温度过低引起的植被的结霜冻害。
5.本发明是通过下述技术方案来实现的。
6.本发明一方面，提供了一种日光温室大棚的空气温湿度调控方法，包括大棚空气循环系统、蓄热和调湿系统和空气流量调节系统；
7.大棚空气循环系统包括两种开启模式：
8.在中午12时前，当空气流量调节系统检测到棚内温度上升幅度达到10
‑
15℃时，大棚空气循环系统开启低速运行模式；在中午12时，大棚空气循环系统定时开启低速运行模式；
9.白天，当棚内温度＞30℃，大棚空气循环系统开启高速运行模式；棚内温度＜30℃时，大棚空气循环系统开启中速运行模式；
10.白天空气循环系统运行的同时，蓄热调湿系统以蓄热模式同时进行；
11.夜晚，当空气流量调节系统检测到土壤温度＜0℃，或者棚内的相对湿度＞90％时，大棚空气循环系统开启高速运行模式，蓄热调湿系统将白天蓄积的热量以放热模式同时进行；当土壤温度＞0℃，或者相对湿度＜80％时，大棚空气循环系统开启低速运行模式。
12.作为优选，大棚空气循环系统由离心式风机驱动高速、中速和低速三种运行模式，所述低速运行模式为离心式风机额定风量的20
‑
30％；
13.作为优选，所述中速运行模式为离心式风机额定风量的40
‑
60％；
14.作为优选，所述高速运行模式为离心式风机额定风量的80％以上。
15.本发明另一方面，提供了一种日光温室大棚的空气温湿度调控装置，包括大棚空气循环系统、蓄热和调湿系统和空气流量调节系统；
16.大棚空气循环系统包括设于土壤中的保温管道、设于保温管道之间的分风管道，还包括连通分风管道的送风管道和连通保温管道的出风管道，以及连通送风管道的离心式送风机和出风管道散流器；
17.蓄热和调湿系统包括在土壤中的保温管道中布置的松散砂石、块状砾石、块状卵石和多孔吸湿材料；
18.空气流量调节系统包括由温度传感器t、相对湿度传感器rh、太阳辐射传感器ra、土壤温度传感器t0和离心式送风机。
19.作为优选，大棚中设有至少一个大棚空气循环系统单元。
20.作为优选，若干根保温管道沿大棚长度方向并行排列，分风管道连通在保温管道之间，保温管道与分风管道埋设于土壤地面下10
‑
15cm；送风管道连通分风管道并在顶部连通离心式送风机，出风管道垂直连通在保温管道两端部；出风管道顶部设有散流器。
21.作为优选，分风管道连通保温管道处为大棚土壤表面的最低点，分风管道底部布置有厚度为10mm氯化钙干燥剂，保温管道自分风管道处分别向两端向上倾斜0.5
‑
1.0
°
。
22.作为优选，所述出风管道伸出土壤地面的高度为0.5
‑
1.5m，送风管道伸出土壤地面的高度是出风管道高度的1.5
‑
2倍。
23.作为优选，保温管道采用聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯或硬质聚氯乙烯硬质塑料管材，管径为100mm
‑
200mm。
24.作为优选，松散砂石的粒径为5
‑
15mm，在保温管道底部铺设的厚度为保温管道管径的10
‑
15％；
25.块状砾石和块状卵石为不规则体或球体，多孔吸湿材料为多孔矿物岩石、碎砖块、植物秸秆团；块状砾石、块状卵石和多孔吸湿材料当量直径为保温管道管径的55
‑
70％。
26.与现有技术相比，本发明充分利用当地现有廉价或免费材料，大幅降低系统成本；从大棚内植被所需的温度和相对湿度出发，对植被生长所需的环境参数进行自适应调节。同时，又从太阳辐射、大棚内温度、大棚内相对湿度、土壤温度等参数的检测出发，通过控制离心式送风机的风量，调节大棚内的温度和湿度，降低大棚内植被的冻害、寒害和高温危害的产生。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
28.图1为本发明的结构流程和原理图；
29.图2为本发明管道铺设示意图；
30.图3是保温管道内部的砂石、岩石和多孔矿物岩石等布置示意图。
31.图中：1、保温管道；2、分风管道；3、送风管道；4、出风管道；5、离心式送风机；6、散流器；7、土壤；温度传感器t、相对湿度传感器rh、太阳辐射传感器ra、土壤温度传感器t0。
32.a、管道底部松散砂石；b、块状砾石；c、块状卵石；d、多孔吸湿材料。
具体实施方式
33.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
34.参照图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种日光温室大棚的空气温湿度调控装置结构示意图。
35.如图1和图2所示，大棚空气循环系统、蓄热和调湿系统以及空气流量调节系统；大棚空气循环系统包括设在土壤7中的保温管道1、分风管道2、送风管道3、出风管道4、离心式送风机5和散流器6。蓄热和调湿系统包括在土壤中的保温管道1中布置的管道底部松散砂石a和依次间隔布置的块状砾石b、块状卵石c和多孔吸湿材料d。空气流量调节系统包括由温度传感器t、相对湿度传感器rh、太阳辐射传感器ra和土壤温度传感器t0。
36.其中，若干根保温管道沿大棚长度方向并行排列，分风管道2连通在保温管道1之间，并共同设于土壤中，保温管道与分风管道埋设于土壤地面下10
‑
15cm；送风管道3连通分风管道2并在顶部连通离心式送风机5，出风管道4垂直连通在保温管道1两端部；出风管道4顶部设有散流器6。
37.埋设于土壤中的若干根保温管道与分风管道的深度为100
‑
150mm，有利于防止低温对植被根部的冻害，同时有利于热量的蓄积。
38.在本实施例中，分风管道2连通处为大棚土壤表面的最低点，保温管道1自分风管道2处分别向两端向上倾斜0.5
‑
1.0
°
，分风管道底部布置有厚度为10mm氯化钙干燥剂。保温管道向两端的倾斜设计，有利于对高湿环境下的出现液态凝结水进行聚集处理。
39.出风管道4伸出地面的高度为0.5
‑
1.5m，送风管道3伸出地面的高度是出风管道4高度的1.5
‑
2倍。
40.出风管道伸出地面的高度限定，有利于对植被的叶茎、叶面进行温度调控；送风管道伸出地面的高度要高于出风管道，有利于植被上部大空间的空气进行循环，而保持植被叶茎、叶面温度的稳定性。
41.保温管道1采用聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯或硬质聚氯乙烯等硬质塑料管材，管径为100mm
‑
200mm。
42.松散砂石的粒径为5
‑
15mm，在保温管道底部铺设的厚度为保温管道管径的10
‑
15％；松散砂石的粒径和铺设厚度具有多孔特性，延缓空气的流通速度，增加空气的温度和湿度调控。块状砾石和块状卵石为不规则体或球体，多孔吸湿材料为多孔矿物岩石、碎砖块、植物秸秆团，块状砾石、块状卵石和多孔吸湿材料当量直径为保温管道管径的55
‑
70％。多孔吸湿材料的选择和尺寸限定，有利于保持空气循环的通风流量、
43.在本装置中，沿日光温室大棚长度方向，将硬质塑管埋入土壤中，两列一组，中间连有空气分风管道，用于将白天热风送入进行蓄热和夜晚岩石蓄热热量的释放。硬质塑管内的管道底部布置有松散砂石，然后依次间隔布置的块状砾石、块状卵石和多孔吸湿材料。
44.在温度和湿度调节方面：白天，将棚内的热空气送入硬质塑管内，热量在其中的岩石块中蓄积，用于蓄积热量和调节棚内温度；夜晚，硬质塑管内岩石所蓄积的热量被缓慢释放至棚内植被表面，用于调节大棚内的温度，防止植被的冻害，硬质塑管也可以提高土壤的
温度，防止植被根部的冻害。同时基于硬质塑管底部的松散砂石和多孔吸湿材料，可以棚内的湿度进行调节。
45.在离心式送风机控制方面：从早晨开始，有两种开启模式，一是中午12时前，当棚内温度上升幅度达到10
‑
15℃时，离心式送风机开启低速运行模式；比如在早晨大棚内温度为8℃，当温度上升至18℃时，即可开启低速运行模式，选定离心式风机额定风量的20
‑
30％。
46.二是中午12时定时开启离心式送风机的低速运行模式；当太阳辐射传感器ra和温度传感器t检测到太阳辐射强度达到当地当天历史记录的辐射强度70％以上，或者棚内温度高于30℃，离心式送风机开启高速运行模式，棚内温度高于20℃但小于30℃时，离心式送风机处于中速运行模式，选定离心式风机额定风量的40
‑
60％。白天空气循环系统运行的同时，蓄热调湿系统以蓄热模式同时进行。
47.夜晚，当土壤温度传感器t0检测到土壤温度低于0℃，或者棚内相对湿度传感器rh大于90％时，离心式送风机开启高速运行模式，选定离心式风机额定风量的80％以上，用于棚内湿度的调控，蓄热调湿系统以放热模式同时进行；将白天蓄积的热量放出；当土壤温度高于0℃，或者相对湿度小于80％时，离心式送风机处于低速运行模式，选定离心式风机额定风量的20
‑
30％。
48.通过本发明系统，能够充分利用当地现有廉价或免费材料，大幅降低成本，同时，以埋入土壤中的硬质塑管内的蓄热和调湿材料，一方面可以调节大棚内的温度和湿度，另一方面也提高了土壤温度，降低大棚内植被的冻害、寒害和高温危害的产生。
49.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。