一种营养液降温系统及其夏季降温的方法

摘要

本发明公开了属于设施园艺无土栽培技术领域的一种营养液降温系统及其夏季降温的方法。本发明的降温系统利用湿帘和风机降温系统，将高温营养液与湿帘和风机降温系统的贮水池的低温循环水进行热交换，来降低营养液的温度，再通过滴灌系统或营养液循环系统将降温后的营养液输送到植物根系，以降低根际的温度。白天，营养液利用湿帘水循环系统进行热交换降低温度，降温处理的营养液通过封闭式栽培系统运送到植物根系，从而降低植物的根际环境温度；夜间，不对植物的根际环境温度进行人工调控，让其随气温的下降而自然变化。本发明所采用的设备和方法简单、成本低、实用、易实现、降温效果好。

说明书

技术领域

本发明属于设施园艺无土栽培技术领域，具体涉及一种营养液降温系统及其 夏季降温的方法。

技术背景

在现代设施农业飞速发展的进程中，无土栽培的种植方式越来越得到广泛地 应用。目前，荷兰、日本、美国等国家的设施栽培基本普及无土栽培技术；欧盟 也明确规定，进入21世纪，所有欧盟国家的园艺作物要全部实现无土栽培。

温室是一种半开放式系统，其内部的环境既受室外气象条件影响，又受温室 本身调控方式的作用。目前，在夏季高温、高辐射情况下，我国大部分玻璃温室 以及部分日光温室，主要通过湿帘+风机并配合内外遮阳等方式降低温室内的气 温，从而使气温维持在植物所需要的适宜范围内。

现阶段生产中重点关注了满足植物生长需要的适宜气温的要求，即通过湿帘 +风机系统降低温室内的气温，而对于通过降低根际环境温度来促进植物生长的 研究较少。实际生产中面临的问题是：夏季，温室内无土栽培基质的温度没有任 何调控措施，经常保持在30℃左右，这种较高的根际温度，对植物地下部的生 长是极为不利的——不利于植物根系保持高的生理活性，以充分吸收基质中的矿 质营养和水分，同时，也不利于地下部养分向地上部运输。如果只通过湿帘风机 和遮阳等方式降低温室内的气温，而忽略植物的根际温度，势必会影响夏季温室 内作物的生长发育进而影响产量和品质。

生产中，特别是无土栽培的水培蔬菜生产中，为了降低营养液池中营养液的 温度，主要采用冰块（冰箱或冰柜制取）降温、抽取地下冷水进行换热降温、压 缩式空调机组降温等方法。这些方法，都存在投入大、能耗高的现实问题，目前 也仅仅是在农业示范园区短期使用，没能在生产中得到普及应用。无土栽培的基 质栽培系统，夏季基质的温度同样经常保持在30℃上下的高温，生产中也因为 营养液降温能耗大的原因，没有采取滴灌低温营养液以降低根际温度促进植物生 长的方法。总之，营养液夏季降温的问题，并未得到能耗少、实用化地根本解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种营养液降温系统。

本发明的目的还在于提供一种利用上述的系统进行营养液夏季降温的方法， 进而可以降低植物根际的环境温度。

本发明利用目前温室内普遍采用的湿帘和风机降温系统，将高温营养液与湿 帘和风机降温系统的贮水池的低温循环水进行热交换，来降低营养液的温度，再 通过滴灌系统或营养液循环系统将降温后的营养液输送到植物根系，以降低根际 的温度。

本发明的技术方案具体如下：

一种营养液降温系统，所述营养液降温系统与栽培系统配合使用，所述营养 液降温系统包括换热液泵3、换热回液管路4、热交换器5、湿帘贮水池6、湿帘 水泵7、换热供液管路8、控制系统9、风机11和湿帘16；

在湿帘贮水池6内设置热交换器5和湿帘水泵7；换热液泵3位于营养液池 中，换热液泵3、换热供液管路8、热交换器5依次相连，热交换器5通过换热 回液管路4与营养液池相连；湿帘水泵7与湿帘16、湿帘16与湿帘贮水池6通 过管道相连；换热液泵3、湿帘水泵7和风机11分别由控制系统9控制。

热交换器5完全浸没在湿帘贮水池6的水中。

营养液池中的营养液由换热液泵3泵入换热供液管路8后进入热交换器5 中，与湿帘贮水池6中的水进行热交换，然后再由换热回液管路4流回营养液池 中。

利用上述的系统进行营养液夏季降温的方法，包括步骤如下：

1）营养液降温过程：夏季白天，当温室内的气温达到设定温度时，在控制 系统9的控制下，开启风机11和湿帘水泵7，湿帘水泵7为湿帘16供水，风机 11抽送，将浸透在湿帘16中的水分蒸发，降低温室内的空气温度的同时，湿帘 贮水池6中的水温降低，直至降低到此时湿帘贮水池6中水的湿球温度；

当湿帘贮水池6中的水温低于营养液池中营养液的温度达到3～4℃时，由控 制系统9开启换热液泵3，将营养液泵入热供液管路8后进入热交换器5中，在 湿帘贮水池6中与水进行热交换，营养液温度降低；降温后的营养液返回到营养 液池1中；

当湿帘贮水池6中的水温低于营养液池中营养液的温度小于1℃时，换热 液泵3自动关闭；

2）降温后的营养液在控制系统9的控制下，由营养液池通过供液管路输送 到栽培系统中，对植物进行降温营养液的灌溉；

3）夏季夜间，不进行步骤1）和2）的操作，不调控植物根际环境温度， 让其随着温室气温的下降而自然变化。

步骤2）中营养液的灌溉策略为：降温灌溉在晴天进行，阴雨天不进行降温 灌溉。

步骤2）中营养液的灌溉时间为：灌溉时间从上午8:30～9:00开始，每次灌 溉20～30min，灌溉周期为1～1.5h，下午5:30～6:00结束。

本发明的有益效果

1、采用本发明的营养液夏季降温装置和方法，在降低气温的同时，也降低 了植物的根圈环境温度，适宜的根际温度更有利于植物光合作用时对无机离子和 水分的高效吸收；夜间，不对植物的根际环境温度进行任何人工调控，让其随气 温的下降而自然变化，这有利于光合产物的积累，从而促进植物的生长发育，获 得高产。

2、本发明所涉及的设备、设施简单，成本低，而且效果好，运行稳定可靠， 具有价廉、实用的优点。

附图说明

图1为营养液夏季降温的装置示意图；

其中，各标号为：

1—营养液池、2—供液泵、3—换热液泵、4—换热回液管路、5—热交换器、 6—湿帘贮水池、7—湿帘水泵、8—换热供液管路、9—控制系统、10—供液主管 路、11—风机、12—阀门、13—滴灌带、14—栽培槽、15—回液管路、16—湿帘。

图2为一天内温室气温、降温与不降温营养液池中的营养液温度变化图。

图3为一天内采用降温后的营养液与未降温的营养液进行滴灌后基质温度 的变化图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明的技术内容。

本发明的营养液降温的系统，所述营养液降温系统与栽培系统配合使用，如 图1所示，所述栽培系统包括营养液池1、供液泵2、供液主管路10、阀门12、 滴灌带13、栽培槽14和回液管路15，所述营养液降温系统包括换热液泵3、换 热回液管路4、热交换器5、湿帘贮水池6、湿帘水泵7、换热供液管路8、控制 系统9、风机11和湿帘16；

在营养液池1内设置供液泵2和换热液泵3，在湿帘贮水池6内设置热交换 器5和湿帘水泵7；供液泵2与供液主管路10相连，供液主管路10、滴灌带13、 回液管路15和营养液池1依次相连，滴灌带13放置在栽培槽14中；供液主管 路10和滴灌带13间设置阀门12；换热液泵3、换热供液管路8、热交换器5依 次相连，热交换器5通过换热回液管路4与营养液池1相连；湿帘水泵7与湿帘 16、湿帘16与湿帘贮水池6通过管道相连；供液泵2、换热液泵3、湿帘水泵7 和风机11分别由控制系统9控制。

实施例1：

在中国农业大学上庄试验站的日光温室内进行。在日光温室东侧山墙安装湿 帘16，西侧山墙安装风机11，通过基质栽培方式进行番茄栽培，按照图1所示 示意图和上述连接方式进行连接。

采用本发明的方法，按照如下步骤进行：

（1）夏季白天，当气温达到30℃时，风机开启进行强制降温；随着气温的 进一步升高，贮水池中的湿帘水泵7开启，为湿帘16供水。当贮水池中的水温 低于营养液池中1营养液的温度达到3℃时，开启营养液池中1的换热液泵3， 通过换热供液管路8将营养液通过热交换器5在贮水池6中进行热交换，营养液 温度降低；降温后的营养液经过换热回液管路4返回到营养液池1中；当贮水池 中的水温与营养液池中营养液的温度相差小于1℃时，关闭营养液池中的换热液 泵。上述过程由控制系统9自动控制完成。

（2）降温后的营养液，通过供液管路—滴灌带输送到番茄的根系周围，其工 作过程是：控制系统9控制供液泵2工作，将营养液池1中的营养液通过供液主 管路10输送到栽培槽14中的滴灌带13中；阀门12控制供液支路的开闭；由滴 灌带13对番茄进行灌溉；多余营养液的渗出液通过回液管路15回流到营养液池 1中。

（3）营养液的灌溉策略是：降温灌溉在晴天进行，连续阴雨天不做降温灌溉。 灌溉时间是从上午8:30开始，每次灌溉25min，灌溉周期为1h，下午5:30结束。

（4）夜间，不对作物根际温度环境做任何人工调控，让其随着气温的下降而 自然变化。此时，不进行营养液的灌溉。

一天之温室内气温、降温与不降温营养液池中的营养液温度对比（2013年7 月23日），如图2所示。从图中可以看出，通过换热降温处理的营养液温度低于 不降温处理，降温处理的营养液日平均温度为24.99℃，不降温处理为27.87℃， 较不降温处理低2.88℃，空气日平均温度为27.22℃。自上午8:00至下午6:00， 降温处理的营养液池中的营养液温度维持在23.37～25.38℃，而不降温处理维持 在27.25～28.56℃。

浇灌降温后的营养液与未降温的营养液，一天中基质温度的差异（2013年7 月23日），如图3所示。从中可以看出，降温处理的基质日平均温度为26.45℃， 不降温处理的基质日平均温度为28.19℃。自上午8:00至下午6:00，降温处理的 基质温度维持在25.94～27.31℃，而不降温处理的基质温度维持在27.06～29℃。

通过对比实验发现，进行降温灌溉的番茄，茎粗，节间短，叶厚，叶色墨绿， 植株长势好。

实施例2：

本实施案例在中国农业大学上庄试验站的玻璃温室内进行。通过水培方式进 行番茄栽培。按照图1所示示意图和上述连接方式进行连接，只是栽培槽14中 不设置滴灌带13，栽培槽14与供液主管路10和回液管路15相连。

采用本发明的方法，按照如下步骤进行：

（1）夏季白天，当气温达到30℃时，风机开启进行强制降温；随着气温的 进一步升高，贮水池中的湿帘水泵7开启，为湿帘供水。当贮水池中的水温低于 营养液池中营养液的温度达到3℃时，开启营养液池中的换热液泵3，通过换热 供液管路8将营养液通过热交换器5在贮水池6中进行热交换，营养液温度降低； 降温后的营养液经过换热回液管路4返回到营养液池1中；当贮水池中的水温与 营养液池中营养液的温度相差小于1℃时，关闭营养液池中的换热液泵。上述过 程由控制系统9自动控制完成。

（2）降温后的营养液，通过供液管路输送到番茄的根系周围，其工作过程是： 控制系统9控制供液泵工作，将营养液池1中的营养液通过供液主管路10送到 栽培槽14中；阀门12控制供液支路的开闭；营养液又通过回液管路15回流到 营养液池1中。

（3）营养液的灌溉策略是，降温灌溉在晴天进行，连续阴雨天不做降温灌溉。 灌溉时间是从上午8:30开始，每次灌溉30min，灌溉周期为1.5h，下午6:00结 束。

（4）夜间，不对作物根际温度环境做任何人工调控，让其随着气温的下降而 自然变化。此时，不进行营养液的灌溉。

通过对比实验发现，进行降温灌溉的番茄，茎粗，节间短，叶厚，叶色墨绿， 植株长势好。