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空气水农业系统的制作方法
本发明公开了一种空气水农业系统,包括:农业温室、气态水回收装置和动力源。农业温室具有空气进口、空气出口和供水进口。气态水回收装置具有进气口、出气口和液态水出口,进气口与农业温室的空气出口相连,液态水出口与农业温室供水口相连。动力源与气态水回收装置相连。本发明的空气水农业系统,利用动力源驱动环境空气从农业温室的空气进口流向空气出口,经气态水回收装置后释放回大气环境;利用农业温室防止蒸腾和蒸发的气态水直接进入大气环境;利用气态水回收装置对农业温室所排出的空气所含气态水进行回收和液化,所得液态水再进入农业温室供作物生长。从而实现农业生产用水的循环利用。
【专利说明】空气水农业系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业灌溉【技术领域】,具体地,涉及一种空气水农业系统。
【背景技术】
[0002]全球干旱、半干旱地区总面积约占陆地总面积的35%,季节性干旱缺水的现象几乎在世界所有地区都存在。由于降水和水资源时空分布不均,地球表面植被分布的地带性差异显著;荒漠化或干旱缺水地区生态系统生产力低下,农牧林业生产和社会经济由于水资源的严重限制而难以发展。在目前全世界的供水中,农业用水占绝大多数。例如,
中国的农业用水占了60%以上,北方地区占到了75%。而在农业生产过程中,绝大多数农业用水都通过蒸发和蒸腾等方式转化为气态水并释放到大气。这种由液态水到气态水单向消耗方式导致水资源短缺地区的农业和其它产业难以发展。
[0003]在国内外水、热等自然资源条件较好的区域,往往由于人口过分集中,资源消耗巨大,环境破坏严重,社会经济发展的可持续性面临重大挑战。例如,中国东部粮食主产区目前承受的耕地、水资源和环境污染等压力越来越大,粮食安全问题始终困扰着国家和民族的生存和发展。应对这些问题的一种方式是改变传统农业的单向耗水模式,实现农田生态系统尺度的水分循环,以最少的水资源长期满足农业生产的用水需求。水资源问题得到解决后,全球和中国的荒漠化和干旱缺水地区有可能变成新兴的农牧林业生产基地。与此同时,这还将有助于促进太阳能、风能等可再生能源的大范围利用,革命性地推动解决当前人类社会面临的能源、粮食安全、荒漠化、生态破坏和环境污染等一系列重大问题,真正实现社会经济和生态文明的永续发展。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种可实现农业
温室中水资源循环利用的空气水农业系统。
[0005]根据本发明的空气水农业系统,包括:农业温室,所述农业温室具有空气进口、空气出口和供水进口;气态水回收装置,所述气态水回收装置具有进气口、出气口和液态水出口,所述进气口与所述农业温室的空气出口相连,所述液态水出口与所述农业温室的供水进口相连;和动力源,所述动力源与所述气态水回收装置相连。
[0006]根据本发明的空气水农业系统,通过农业温室防止蒸发和蒸腾出来的气态水直接进入自由大气,通过气态水回收装置对农业温室排出的气态水进行回收和液化得到液态水,并将此液态水再次施放到农业温室内以供植物生长,从而实现了农田用水的循环利用,在消耗较少水资源的情况下完成农业生产,节约了水资源且对环境起到保护作用。
[0007]另外,根据本发明上述实施例的空气水农业系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0008]优选地,所述动力源为绿色能源。
[0009]具体地,所述绿色能源为太阳能和/或风能。[0010]根据本发明的一些实施例,所述气态水回收装置的液态水出口与蓄水设施相连,所述蓄水设施的出水口与所述农业温室的供水进口相连。
[0011]进一步地,所述空气水农业系统还包括用于收集雨水的集雨装置,所述集雨装置与所述蓄水设施相连。从而减少运行气态水回收装置的能量消耗。
[0012]在本发明的一些实施例中,所述气态水回收装置包括空气制冷装置和液态水回收装置,所述空气制冷装置包括:壳体,所述进气口、所述出气口和所述液态水出口分别形成在所述壳体上;风机,所述风机和所述动力源相连,所述风机用于驱动空气从所述农业温室向所述壳体内流动;热交换装置,所述热交换装置用于降低所述壳体内的空气温度。
[0013]具体地,热交换装置包括蒸发器和压缩机,所述蒸发器设在所述壳体内用于冷却所述壳体内的空气,所述压缩机与所述蒸发器和所述动力源相连。
[0014]具体地,热交换装置包括空气-空气热交换器,所述空气-空气热交换器有交叉风道,用于将从所述农业温室排出的空气和冷空气进行热量交换。
[0015]具体地,热交换装置包括水-气热交换器,所述水-气热交换器具有风道和水管,所述风道与所述壳体内连通,以利用所述水-气热交换器的所述水管内的低水温对从所述农业温室排出的空气进行降温。
[0016]进一步地,所述热交换装置还包括地下风道,所述地下风道与所述空气出口和所述壳体的所述进气口连通,以利用地温直接对所述地下风道内的空气进行降温。
[0017]在本发明的另一些实施例中,所述气态水回收装置包括地下风道和液态水回收装置,所述地下风道的入口构造成所述进气口,所述地下风道的出口构造成所述出气口,所述液态水出口设在所述地下风
道上,所述地下风道利用地温直接对进入到所述地下风道内的空气进行降温。
[0018]在本发明的进一步实施例中,所述气态水回收装置还包括气液分离器。从而保障液态水的回收利用。
[0019]优选地,所述气液分离器为丝网材料件。
[0020]具体地,所述水-气热交换器内的所述水管的伸出所述壳体的一部分埋在地下预定深度,以利用地温降低所述水管内循环流动的水的温度。
[0021]在本发明的具体实施例中,所述农业温室设有栽培基质,所述栽培基质下设有防渗层,所述农业温室包括用于排出所述栽培基质内的液态水的排水口,所述排水口和所述农业温室的供水进口相连。根据本发明实施例的农业温室中的防渗层用于防止栽培基质水分渗入地下,排水口用于防止栽培基质水分过饱和;所述排水口带出的水分和养分经过农业温室的供水进口再次进入农业温室,从而防止水分丢失和环境富营养化。
[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0024]图1为根据本发明实施例的空气水农业系统的示意图;
[0025]图2为根据本发明具体实施例的空气水农业系统的示意图。[0026]附图标记:
[0027]空气水农业系统100、农业温室1、空气进口10、排水口13
[0028]空气出口11、供水进口12、气态水回收装置2、进气口20、出气口21、
[0029]液态水出口22、壳体23、
[0030]蒸发器24、压缩机25、水-气热交换器26、
[0031]气液分离器27、空气-空气热交换器28、风机31、
[0032]地下风道30、动力源3、蓄水设施4、进水口40、
[0033]出水口41、雨水收集进水口42、
[0034]集雨装置6、防渗材料层7、其它水源8
【具体实施方式】
[0035]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0036]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0037]此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0038]在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征
“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0040]下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的一种空气水农业系统100,其中空气水为空气中所含的气态水。
[0041]根据本发明实施例的空气水农业系统100,如图1所示,包括:农业温室1、气态水回收装置2和动力源3,其中,农业温室I具有空气进口10、空气出口11和供水进口12,农业温室I内种植有植物,农业温室I可以将农业温室I中蒸发和蒸腾出来的气态水与自然大气隔绝,为气态水回收和循环利用提供必要条件。该空气进口10允许自然大气进入,补充植物生长所需的二氧化碳和氧气等,且对植物生长环境进行降温等,农业温室I中的空气大部分或全部通过空气出口11排出,且可通过供水进口12向农业温室I内供水以补充植物生长所需要的水分。
[0042]可选地,如图1所示,农业温室I的栽培基质下有防渗材料层7以防止栽培基质水分下渗,农业温室I包括用于排出栽培基质中的液态水的排水口13,其中农业温室I内植物的栽培环境可为水田或旱地,当栽培环境为水田时,排水口13排出的是超过必要淹没深度的水分,该必要淹没深度根据不同植物的生长需要具体限定。当栽培环境为旱地时,排水口
13排出的是栽培基质中的过饱和水以防止栽培基质中的水分过分饱和。排水口13和农业温室I的供水进口12相连,此时从排水口13带出的水分和养分经过农业温室I的供水进口再次进入农业温室1,从而防止水分丢失和环境富营养化。
[0043]具体地,农业温室I可为塑料温室大棚,也可以是顶部有玻璃等透明材料构成的较永久性的人工建筑,以使得太阳辐射可到达植物叶片并满足光合作用的需求。更具体地,农业温室I的顶部可完全透明,当然也可部分覆盖太阳能元件,让部分太阳能辐射达到植物叶片,既可满足植物的光合需求,又可对农业温室I进行遮阳和降温,还能兼顾发电。进一步地,还可根据植物的株高调整温室等建筑的顶部高度,减少农业温室I内的空气体积,从而提高水分回收率。
[0044]气态水回收装置2具有进气口20、出气口21和液态水出口22,进气口20与农业温室I的空气出口11相连。液态水出口22与农业温室I的供水进口12相连。具体而言,气态水回收装置2用于将农业温室I排出的空气中的气态水回收和液化,气态水回收装置2收集的液态水经过液态水出口22和供水进口12施放到农业温室I内,从而实现农业温室I内的生产用水的循环利用。
[0045]其中,值得说明的是,该气态水回收装置2可为任何装置,只要能对进入该装置内的气态水进行回收,最终液化成液态水即可。
[0046]动力源3与气态水回收装置2相连以驱动空气流动及驱动气态水回收装置2工作。也就是说,动力源3驱动空气从农业温室I流向气态水回收装置2。优选地,该动力源3为绿色能源,可选地,绿色能源为太阳能和/或风能。
[0047]具体而言,动力源3驱动农业温室I内的气态水通过空气出口11进入到气态水回收装置2中,动力源3驱动气态水回收装置2工作,气态水回收装置2对进入气态水回收装置2内的气态水进行回收和液化处理,气态水最终变成液态水,气态水回收装置2内的液态水通过液态水出口22和供水进口12进入到农业温室I内以补充植物所需要的水分,同时经过气态水回收装置2除湿后的空气通过出气口21排到自然大气中。具体地,可通过传统漫灌、喷灌、滴灌、膜下滴灌等方式将气态水回收装置2收集到的液态水施放到栽培基质中,满足植物耗水需求。
[0048]根据本发明实施例的空气水农业系统100,通过农业温室I防止蒸发和蒸腾出来的气态水进入自由大气,通过气态水回收装置2对农业温室I排出的气态水进行回收和液化以得到液态水,且将液态水再次施放到农业温室I内以供植物生长,从而实现了农业温室I中的生产用水的循环利用,在消耗较少水资源的情况下完成农业生产,节约了水资源且对环境起到保护作用。