本发明属于供水调温技术领域，涉及到一种供水及调节气温的装置，另外还涉及其方法。
背景技术：
目前沙漠化日趋严重，在沙漠中种植草木农作物是缓解沙漠化的有效措施，但由于沙漠地区干旱少雨，地下水位下降，不能满足沙漠植物用水需求，尤其在需要大量用水的夏季，很多植物因缺水而大面积干枯，存活率较低，导致治沙效果不理想，从而造成干旱恶性循环，土地进一步沙化，气候极端，影响人类生存。现有沙漠治理灌溉系统多采用长距离输水系统，成本高且费时费力。因此设计一种沙漠自给供水灌溉系统，满足沙漠草木农作物夏季大量用水需求，调节区域气温，改善当地生态环境，迫在眉睫。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种利用冰水形态变化供水及调节气温的装置及方法，利用常年收集地下水和雨水并储存，冬季层层结冰贮藏水分，同时结冰放热提高该区域的气温；夏季冰体缓慢融化灌溉草木农作物，同时融化吸热降低该区域的气温，从而达到储存水灌溉植物并调节该区域的气温、改善该区域生态的目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种利用冰水形态变化供水及调节气温的装置，其特征在于：该装置包括电力系统、水收集系统、水输送控制系统、洒水系统、结冰与融化控制系统和水源需求处，所述电力系统分别与水输送控制系统、洒水系统、结冰与融化控制系统连接；所述水输送控制系统的前端连接到水收集系统，水输送控制系统的后端分别连接到洒水系统、结冰与融化控制系统和水源需求处；所述洒水系统的喷洒装置位于结冰与融化控制系统的上方。
所述电力系统包括电力能源和蓄电池，所述电力能源为风力发电、太阳能发电、地热发电、生物质发电或市电的一种，电力能源与蓄电池相连，蓄电池通过电缆线分别连接到水输送控制系统、洒水系统、结冰与融化控制系统,所述电力系统为装置运行提供能源。
所述水收集系统为水井或水池，所述水井或水池的深度为5-180m，直径1-6m，所述水井或水池用来收集地下水或雨水。
所述水输送控制系统包括蓄水池，所述蓄水池主要用于井水储存、雨水季节雨水收集或干旱季节储水灌溉；所述水收集系统通过第一水管连接到所述蓄水池，所述第一水管连接到水收集系统的一端设置有第一抽水泵，第一抽水泵位于水收集系统的水位线以下，所述第一水管还通过水阀开关分别连接到水源需求处和洒水系统；
所述蓄水池通过第二水管连接到洒水系统，所述第二水管连接到蓄水池的一端设置有第二抽水泵；
所述蓄水池通过第三水管连接到结冰与融化控制系统，所述第三水管两端均设置有第三抽水泵；
所述蓄水池通过第四水管连接到水源需求处，所述第四水管连接到蓄水池的一端设置有第四抽水泵。
所述第一、第二、第三和第四水管均设置保温层，所述保温层为保温棉、聚氨酯或聚乙烯的一种，所述保温层用于保温，防止水管内的水结冰导致水管堵塞或膨胀裂开。
所述蓄水池为砖混凝土结构，1/2-2/3安置在地面以下，上方设置防护盖；或所述蓄水池为砖混凝土结构，位于地面以上，上方设置防护盖，四周和/或底部设置保温和加热系统，防止蓄水池内水结冰。
所述洒水系统包括喷洒装置、支架、水管，所述喷洒装置通过支架固定在结冰与融化系统上方，所述喷洒装置通过第一水管连接到所述水收集系统，所述喷洒装置通过第二水管连接到所述蓄水池。
所述结冰与融化控制系统包括冰库、保温层、温度监控系统，所述冰库通过第三水管连接到水收集系统；所述温度监控系统安装在冰库内壁上；
所述温度监控系统包括温度传感器、保温层控制器、温度控制器，所述温度传感器连接到温度控制器，所述温度控制器连接到保温层控制器，所述保温层控制器连接到保温层，所述温度监控系统通过调节保温层层数控制冰库内的温度和冰块的融化速度。
所述冰库为砖混凝土结构，包括四壁、底部及可以打开的上盖，冰库的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为10-50m，下边长为8-40m，高度为2-5m；冰库四壁、底部及上盖均设置保温层，所述保温层为苯板、EVA板或XPS挤塑保温板的一种。
所述水源需求处为绿色植物、自来水厂或水库的一种，通过水管分别连接到水收集系统和水输送控制系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种利用冰水形态变化供水及调节气温的方法，
具体步骤如下：
(1)收集水：通过水收集系统收集地下水或雨水；
(2)当水收集系统中有存余水时，将水收集系统中的水输送到水源需求处,多余的水输送到蓄水池储存；当水收集系统中没有存余水时，将蓄水池中的水输送到水源需求处；
(3)当空气温度低于0℃时，将水收集系统和蓄水池中的水输送到洒水系统，洒水系统将水一层一层的喷洒到冰库内，水一层一层的结冰，结冰产生的热量传递到冰库上方的空气中，冰库上方的空气温度升高，冰库结冰完成后，封闭冰库；
(4)当空气中的温度高于0℃时，利用调节冰库保温层的层数来控制结冰体的融化速度，冰融化过程中吸收冰库上方空气中的热量，冰库上方区域的空气温度降低，融化的冰水通过第三水管流向蓄水池，水池中的水再输送到水源需求处。
所述洒水系统的洒水速度为1-5m3/h，每洒水1-2h后停止0.5-1h。
所述冰库内结冰体融化时冰库温度控制在-4-1℃。
本发明的有益效果是：
1、常年收集水分、合理储水
本专利采用水井或水池常年收集地下水或雨水，收集到的水直接灌溉、使用，多余的水在蓄水池中储存，实现灌溉和储存的合理调配。
2、利用冰水转换原理实现水储存与温度调节
将收集到的水在冬天温度低于0℃时通过层层结冰的方式储存在冰库中，结冰过程中放出的热量扩散到冰库上方的空气中，使得该区域的温度升高；在温度逐渐升高、高于0℃的情况下，植物需求水分较大，该区域缺水，通过调节冰库保温层的厚度，控制冰块缓慢融化成水，水输送给植物使用，此过程中吸收冰库上方区域的热量，使得该区域的温度降低；
通过水在冬季结冰储存，放热使周围区域温度升高，冰在夏季融化灌溉，吸热使周围区域温度降低，能够充分存储水分，实现沙漠地带水的有效储存和灌溉，可以有效解决沙漠中缺水的问题，利于沙漠的治理，同时可以有效缓解该区域气温的炎热或寒冷，起到调节气温的作用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中，1、风力发电，2、太阳能发电，3、市电，4、蓄电池，5、水收集系统，6、电缆线，7、第一抽水泵，8、第一水管，9、第二水管，10、第三水管，11、第四水管，12、蓄水池，13、洒水系统，14、结冰体，15、保温层，16、水源需求处，17、冰库，18、地面，19、水位线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明，但本发明并不局限于实施例。
实施例1
一种利用冰水形态变化供水及调节气温的装置，其特征在于：该装置包括电力系统、水收集系统、水输送控制系统、洒水系统、结冰与融化控制系统和水源需求处16，所述电力系统分别与水输送控制系统、洒水系统13、结冰与融化控制系统连接；所述水输送控制系统的前端连接到水收集系统，水输送控制系统的后端分别连接到洒水系统13、结冰与融化控制系统和水源需求处；所述洒水系统13的喷洒装置位于结冰与融化控制系统的上方。
电力系统包括电力能源与蓄电池4，电力能源与蓄电池4相连，蓄电池4通过电缆线6分别连接到水输送控制系统、洒水系统13、结冰与融化控制系统；电力能源为太阳能发电。
水收集系统5为水井，水井深度为100m，直径2.5m。
水输送控制系统包括蓄水池12，蓄水池12通过第一水管8连接到水井，所述第一水管8连接到水井的一端设置有第一抽水泵7，第一抽水泵7位于水井的水位线19以下，所述第一水管8还通过水阀开关分别连接到绿色植物16和洒水系统13；所述蓄水池12通过第二水管9连接到洒水系统13；
所述第二水管9连接到蓄水池12的一端设置有第二抽水泵；
所述蓄水池12通过第三水管10连接到冰库17，所述第三水管10两端均设置有第三抽水泵；
所述蓄水池12通过第四水管11连接到绿色植物16，所述第四水管11连接到蓄水池12的一端设置有第四抽水泵。
所述第一、第二、第三和第四水管均设置保温层，所述保温层为保温棉。
所述蓄水池12为砖混凝土结构，1/2安置在地面以下，上方设置防护盖。
所述洒水系统13包括喷洒装置、支架、水管，所述喷洒装置通过支架固定在冰库17上方，所述喷洒装置通过第一水管8连接到水井5，所述喷洒装置通过第二水管10连接到所述蓄水池12。
所述冰库17通过第四水管11连接到蓄水池12，所述温度监控系统安装在冰库17内壁上；
所述温度监控系统包括温度传感器、保温层控制器、温度控制器，所述温度传感器连接到温度控制器，温度控制器连接到保温层控制器，保温层控制器连接到保温层。
所述冰库17为砖混凝土结构，包括四壁、底部及可以打开的上盖，冰库17的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为10m，下边长为8m，高度为5m；冰库17四壁、底部及上盖均设置保温层15，所述保温层15为苯板。
水源需求处16为绿色植物。
实施例2
该实施例与实施例1的基本结构和参数相同，不同的结构和技术参数如下：
(1)电力能源为风力发电；
(2)水收集系统5为水井，水井深度为10m，直径6m；
(3)蓄水池12为砖混凝土结构，位于地面以上，上方设置防护盖，四周设置保温和加热系统。
(4)冰库17的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为20m，下边长为16m，高度为3米；冰库17四壁、底部及上盖均设置保温层15，所述保温层15为XPS挤塑保温板；
(5)水源需求处16为自来水厂。
实施例3
该实施例与实施例1的基本结构和参数相同，不同的结构和技术参数如下：
(1)电力能源为市电；
(2)水收集系统5为水井，水井深度为180m，直径1.5m；
(3)蓄水池12为砖混凝土结构，位于地面以上，上方设置防护盖，四周和底部设置保温和加热系统。
(4)冰库17的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为30m，下边长为26m，高度为2m；冰库17四壁、底部及上盖均设置保温层15，所述保温层15为EVA板；
(5)水源需求处16为水库。
实施例4
该实施例与实施例1的基本结构和参数相同，不同的结构和技术参数如下：
(1)电力能源为生物质发电；
(2)水收集系统5为水井，水井深度为5m，直径1m；
(3)蓄水池12为砖混凝土结构，位于地面以上，上方设置防护盖，底部设置保温和加热系统；
(4)冰库17的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为40m，下边长为32m，高度为6m；冰库17四壁、底部及上盖均设置保温层15，所述保温层15为EVA板；
(5)水源需求处16为绿色植物。
实施例5
该实施例与实施例1的基本结构和参数相同，不同的结构和技术参数如下：
(1)电力能源为地热发电；
(2)水收集系统5为水池，水池深度为5m，直径6m；
(3)蓄水池12为砖混凝土结构，位于地面以上，上方设置防护盖，四周和底部设置保温和加热系统。
(4)冰库17的纵截面形状为梯形，所述梯形的上边长大于下边长，上边长为50m，下边长为40m，高度为8m；冰库17四壁、底部及上盖均设置保温层15，所述保温层15为苯板；
(5)水源需求处16为水库。
实施例6
采用实施例1所述的装置，实施沙漠地区四季自给供水灌溉，具体步骤如下：
(1)收集水：通过水井5收集地下水或雨水；
(2)当水井5中有存余水时，将水井5中的水输送到绿色植物16,多余的水输送到蓄水池12储存；当水井5中没有存余水时，将蓄水池12中的水输送到绿色植物16；
(3)当空气温度低于0℃时，将水井5和蓄水池12中的水输送到洒水系统13，洒水系统13将水一层一层的喷洒到冰库17地面上，控制洒水速度为3m3/h，每洒水1h后停止0.5h，水一层一层的结冰，结冰产生的热量传递到冰库17上方的空气中，使得周围环境温度升高，缓解地区寒冷，冰库17结冰完成后，封闭冰库17。冰库17内的结冰体(14)融化时冰库(17)温度控制在-4℃。
计算如下：冰库17内水的质量为：m水m冰＝V冰*ρ冰＝V棱*ρ冰＝(S上+√S上*S下+S下)*H/3*ρ冰＝406.7m3×0.9×103kg/m3＝366×103kg,新疆克拉玛依地区冬季2015年12月份至2016年1月份日平均温度为-14℃，冰库17内水完全结冰温度下降至当地气温所需放出的热量为Q＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×366×103kg×14℃＝21520.8KJ。
实施例7
采用实施例3所述的装置，实施沙漠地区四季自给供水灌溉，具体步骤如下：
(1)收集水：通过水井5收集地下水或雨水；
(2)当水井5中有存余水时，将水井5中的水输送到水库,多余的水输送到蓄水池12储存；当水井5中没有存余水时，将蓄水池12中的水输送到水库；
(3)当空气温度低于0℃时，将水井5和蓄水池12中的水输送到洒水系统13，洒水系统13将水一层一层的喷洒到冰库17地面上，控制洒水速度为5m3/h，每洒水1h后停止1h，水一层一层的结冰，结冰产生的热量传递到冰库17上方的空气中，使得周围环境温度升高，缓解地区寒冷，冰库17结冰完成后，封闭冰库17。冰库17内的结冰体14融化时冰库17温度控制在-1℃。
计算如下：冰库17内水的质量为：m水m冰＝V冰*ρ冰＝V棱*ρ冰＝(S上+√S上*S下+S下)*H/3*ρ冰＝1570.7m3×0.9×103kg/m3＝1413.6×103kg,新疆克拉玛依地区冬季2015年12月份至2016年1月份日平均温度为-14℃，冰库17内水完全结冰温度下降至当地气温所需放出的热量为Q＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×1413.6×103kg×14℃＝83119.7KJ。
实施例8
采用实施例2所述的装置，实施沙漠地区四季自给供水灌溉，具体步骤如下：
(1)收集水：通过水池5收集地下水或雨水；
(2)当水池5中有存余水时，将水池5中的水输送到自来水厂,多余的水输送到蓄水池12储存；当水池5中没有存余水时，将蓄水池12中的水输送到自来水厂；
(3)当空气温度低于0℃时，将水井5和蓄水池12中的水输送到洒水系统13，洒水系统13将水一层一层的喷洒到冰库17地面上，控制洒水速度为1m3/h，每洒水2h后停止1h，水一层一层的结冰，结冰产生的热量传递到冰库17上方的空气中，使得周围环境温度升高，缓解地区寒冷，冰库17结冰完成后，封闭冰库17。冰库17内的结冰体14融化时冰库17温度控制在1℃。
在冰融化的过程中需要在空气中摄取大量温度，从而使空气温度降低，缓解地区炎热。计算如下：冰库内冰的质量为：m冰＝V冰*ρ冰＝V棱*ρ冰＝(S上+√S上*S下+S下)*H/3*ρ冰＝976m3×0.9×103kg/m3＝878.4×103kg,2016年新疆克拉玛依沙漠地区夏季7-9月份日平均温度为26℃，冰库17内冰完全融化成水，温度并上升至当地气温所需吸收的热量为Q＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×878.4×103kg×26℃＝95921.3KJ。融化的冰水通过第三流水管10流向蓄水池12，水池中的水再输送到自来水厂。