一种农业大棚自给水系统的制作方法

本发明属于大棚供水技术领域，更具体地，涉及一种农业大棚自给水系统。

背景技术

社会不断进步，传统的农业生产模式已经不能满足现代文明发展的需要，新型的设施农业受到业界人士的追捧。所谓的农业装备，其实主要就是温室设施，它不受时间和空间的限制，可以在高原、深山、沙漠等特殊环境下进行农业生产。中国是一个农业大国，农民占总人口的一半还要多，农业创新应用的空间有无限大，农业装备行业从幕后走到台前。纵观国内温室大棚行业，大中小企业参差不齐，落地的温室项目质量自然也大相径庭。

我国西部内陆地区，气候干旱、年降水量少，严重缺水导致难以实现农业种植；我国的海岛地区，四周环海，且淡水净化难度大、成本高，因此农业用水短缺。

中国专利cn2051204557u公开了一种太阳能光伏农业大棚清洁能源系统，包括太阳能光伏发电系统、地源热泵系统、滴灌灌溉系统以及植物补光灯，太阳能光伏发电系统产生的电能供给所述的地源热泵系统、滴灌灌溉系统以及植物补光灯，本系统结合地源热泵技术以及滴灌节水技术，提供了光伏大棚内农作物的用水需要以及温度条件，整个光伏农业大棚系统的能源来源于太阳能光伏电能这种清洁能源，对环境无任何污染，能够保证农作物生长环境的清洁性，多余的电能可以通过并网的方式并入国家电网，是一种高效农业的高科技生态系统。但该方案并没有解决现有农业大棚种植中缺水、高耗能问题。

中国专利cn107996209a提供了一种智能环保种植大棚，其用于种植植物，包括顶棚、侧壁、传感器、控制器以及操作终端，所述顶棚上包括雨水收集槽，雨水收集槽连接至一储水箱，所述雨水收集槽下方设置有柔性薄膜太阳能组件，所述传感器包括多个传感器，传感器探测大棚内湿度、光照、温度，所述控制器获取多个传感器的测试数据，并根据测试数据控制操作终端，解决了目前智能环保种植大棚智能化程度不高的问题。该方案充分利用自然降水资源，使大棚的生产效率的生产效率得到提高，但并不适合我国西部等缺水地区。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种农业大棚自给水系统，其目的在于，利用太阳光中红外光的能量作为吸附材料脱水的热能，其余光用作植物的生长，从而实现了对太阳光的阶梯利用，同时实现了大棚自给水功能，缓解了用水紧张问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种农业大棚自给水系统，其特征在于，包括设于大棚内的光学系统、设于所述光学系统一侧的制水系统以及与所述制水系统连接设置的送风机；

其中，所述光学系统包括菲涅尔透镜、设于所述菲涅尔透镜聚光点处的第一凹透镜、设于所述第一凹透镜下方的太阳光限频反射玻璃，所述太阳光限频反射玻璃下方设有第二凹透镜，所述菲涅尔透镜用于将太阳光进行线性聚光后经所述第一凹透镜将其转化为平行光，所述太阳光限频反射玻璃用于将所述平行光中的红外光反射到所述制水系统上；

所述制水系统包括保温层、选择性吸收涂层以及水分吸附层，所述水分吸附层包括吸附材料层以及金属导热棒，

所述保温层能透射所述太阳光限频反射玻璃反射的红外光，所述选择吸收性涂层用于将所述反射的红外光转化为热能，所述金属导热棒一端与所述选择性吸收涂层连接，一端贯穿于所述吸附材料层，用于将所述选择吸收性涂层转化的热热能传导至所述吸附材料层为所述吸附材料层脱附水提供能量，所述吸附材料用于吸附流经其的空气中的水分并吸收所述金属导热棒传递的热量并在低于液态水沸点的温度下将所吸附的水分脱附产生液态水。

进一步的，所述水分吸附层的个数为多个，所述多个水分吸附层间隔布置形成用于空气流通的蛇形空气通路。

进一步的，所述蛇形空气通路一端与所述送风机连接，所述制水系统下面设有集水箱,所述集水箱的一侧设有水管。

进一步的，所述制水单元包括多孔隔板，所述多孔隔板设于所述吸附材料与通路层之间，增大所述吸附材料与空气的接触面积以及所述吸附材料脱附水分时液态水的流出。

进一步的，所述金属导热棒的个数为多个且所述金属导热棒贯穿多个制水单元并与所述多个制水单元可拆卸的连接。

进一步的，所述选择吸收性涂层与所述吸附材料之间以及所述吸附材料的内部设有金属肋板，所述金属肋板与所述金属导热棒固定连接。

进一步的，所述吸附材料为sio2·nh2o·ycacl2。

进一步的，所述保温层为真空玻璃层。

进一步的，所述选择吸收性涂层为镀有太阳能选择性吸收材料的金属薄板。

进一步的，所述菲涅尔透镜的覆盖圆心角不超过150°，优选的，所述菲涅尔透镜的覆盖圆心角为120°。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的农业大棚自给水系统，白天通过菲涅尔透镜与凹透镜将太阳光进行线性聚光后转化为平行光，并利用太阳光限频反射玻璃将红外光反射到制水系统上，选择吸收性涂层将红外光能量转化为热能为吸附材料脱水提供所需的能量，吸附材料用于在晚上吸附流经其的空气中的水分并在白天吸收所述金属导热棒传递的热量并在低于液态水沸点的温度下将所吸附的水分脱附产生液态水，通过这种对太阳光的阶梯利用，实现了大棚自给水功能，在缺水地区提供农业用水，同时，太阳光限频反射玻璃下方的第二凹透镜，将通过限频反射玻璃透射的平行光转换为发散光，为大棚内的农作物提供生长所需能量，实现对太阳光的阶梯利用。

2.本发明的农业大棚自给水系统，多个水分吸附层间隔布置形成用于空气流通的蛇形空气通路，送风机通过蛇形空气通路将大棚外的环境空气送入吸附材料内部，进一步扩大吸附材料与空气的接触面积，提高吸附材料吸水效率与脱水率。

3.本发明的农业大棚自给水系统，制水单元包括多孔隔板，所述多孔隔板设于所述吸附材料与通路层之间，增大所述吸附材料与空气的接触面积以及所述吸附材料脱附水分时液态水的流出。

4.本发明的农业大棚自给水系统，金属导热棒的个数为多个且所述金属导热棒贯穿多个制水单元并与所述多个制水单元可拆卸的连接，增大金属导热棒与吸附材料的接触面积，加速热量传导从而加快吸附材料脱附水分的速度。

5.本发明的农业大棚自给水系统，选择吸收性涂层与所述吸附材料之间以及所述吸附材料的内部设有金属肋板，所述金属肋板与所述金属导热棒固定连接，从而有效将金属导热棒的热量均匀快速传递给吸附材料，从而进一步加速热量传导从而加快吸附材料脱附水分的速度。

6.本发明的农业大棚自给水系统，吸附材料为sio2·nh2o·ycacl2，在吸附过程中，一部分水蒸气与cacl2发生反应生成络合物,还有一部分水蒸气由于分子间的作用力吸附于多孔硅胶的孔壁上,具有复合吸附剂的吸附速度快、吸附量大的特点，有利于从空气中取水，另外，所述材料另具有脱附温度较低，可直接脱附产生液态水，且脱附较为彻底的优点，从而有利于将大棚内外对流空气中的大部分水分变为可用的液态水。

7.本发明的农业大棚自给水系统，玻璃真空保温层的设置可以减少热传导和热对流的损失，提高能量转换效率，制水单元其他表面设有保温材料，以减少制水单元与外界的热损失。

附图说明

图1是本发明实施例一种农业大棚自给水系统正午时刻的结构示意图；

图2是本发明实施例一种农业大棚自给水系统上午时刻的结构示意图；

图3是本发明实施例一种农业大棚自给水系统下午时刻的结构示意图；

图4是本发明实施例涉及的制水系统的结构剖面示意图；

图5是本发明实施例涉及的制水系统白天工作状态的结构示意图；

图6是本发明实施例涉及的制水系统夜晚工作状态的结构示意图；

图7是本发明实施例一种农业大棚自给水系统的流程图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-太阳光、2-光学系统、3-制水系统、4-大棚本体、5-水管、6-集水箱、7-送风机、201-菲涅尔透镜、202-第一凹透镜、203-太阳光限频反射玻璃、204-第二凹透镜、301-保温层、302-选择吸收性涂层、303-金属肋片、304-吸附材料、305-多孔隔板、306-蛇形空气通路、307-夜间湿空气、308-可开闭多孔隔板、309-金属导热棒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2以及图3所示，本发明的一种农业大棚自给水系统包括光学系统2和制水系统3。光学系统2设置在大棚覆盖膜内表面，光学系统2包括菲涅尔透镜201、第一凹透镜202、太阳光限频反射玻璃203、第二凹透镜204。菲涅尔透镜201安装在大棚覆盖膜内表面，其覆盖圆心角不超过150°，优选的，其覆盖圆心角为120°，保证系统在光照时间(7am～5pm)内对照射到透镜表面的太阳光进行线性聚光。汇聚后的太阳光作为本发明的主要能量来源。第一凹透镜202设置在菲涅尔透镜201的下方，且第一凹透镜202与菲涅尔透镜201的焦点相同，汇聚后的太阳光被与菲涅尔透镜共焦点放置的第一凹透镜201转换为平行光，以便于后续的分频处理。平行光再照射到太阳光限频反射玻璃203处，波长在700nm-2500nm之间的近红外光被太阳光限频反射玻璃203反射照射到设在光学系统侧面的制水系统3上，作为制水系统3的能量来源。平行光中的其他可见光透过太阳光限频反射玻璃203再经第二凹透镜204转化成非平行光，为棚内农作物提供生长光源。

如图4、图5以及图6所示，本发明涉及的制水系统主要由三层构成：太阳能转化层、水分吸附层和蛇形空气通路。所述太阳能转化层主要用于将太阳能转化为吸附剂材料脱水所需要的热能，其包括选择吸收性涂层302，用于吸收经限频反射后的近红外光的能量，使装置升温。选择吸收性涂层302的一侧设有吸附材料304，用于夜间吸附空气中的水分以及白天经过高温加热后进行脱水反应产生液态水。吸附材料304紧贴金属肋片303，用于将选择吸收性涂层302转化的热能快速传递给吸附材料304。金属导热棒309贯穿在吸附材料304中，协助将选择性吸收涂层302转化的热能更好地传递给吸附材料304。吸附材料304内部设有蛇形空气通路306，蛇形空气通路306一端与送风机7连接，另一端与大棚本体1外的环境大气相通，送风机7将大棚本体1外的气体送至蛇形空气通路306，冷却吸附材料304并为吸附材料304提供水源。吸附材料304与蛇形空气通路306之间设有多孔隔板305，一方面增加吸附材料304与蛇形空气通路306中流通空气的接触面积，另一方面有利于吸附材料304脱水反应后液态水的流出。制水系统3的下部设有集水箱6，用于收集吸附材料304脱水反应后产生的液态水。集水箱6的一侧设有水管5，用于将集水箱6中的水引出来灌溉大棚内的植物。

作为本实施例的优选方案，选择吸收性涂层302前方设置保温层301，优选的，保温层301为玻璃真空保温层。

作为本实施例的优选方案，选择吸收性涂层紧贴金属肋片303，可将选择吸收性涂层302吸收的能量通过金属肋片303快速传递至吸附材料304，加快吸附材料的脱水反应。

作为本实施例的优选方案，制水系统3由所述蛇形空气通路306与吸附材料304组成，吸附材料304间隔放置，间隔的空间为蛇形空气通路306，进一步扩大吸附材料304与空气的接触面积，提高吸水效率。

作为本实施例的优选方案，选择吸收性涂层302为镀有太阳能选择吸收性材料的金属薄壁。

作为本实施例的优选方案，吸附材料304为复合吸附剂sio2·nh2o·ycacl2。硅胶是一种坚硬、多孔结构的固体颗粒,分子式为sio2·nh2o经x射线衍射证明它是多孔的sio2,其骨架形成的空隙大小,使硅胶具有不同的比表面积、堆积密度、孔径和孔容。粗孔硅胶的比表面积约为580m²/g左右。cacl2和h2o能发生可逆化学反应生成水合物(cacl2·h2o、cacl2·2h2o、cacl2·4h2o、cacl2·6h2o)，分子最多可吸附6个h2o分子。具体反应过程为：

cacl2+h2o＝cacl2·h2o

cacl2·h2o+h2o＝cacl2·2h2o

cacl2·2h2o+2h2o＝cacl2·4h2o

cacl2·4h2o+2h2o＝cacl2·6h2o

当cacl2分布在硅胶的孔道内时，空气中的水蒸气通过扩散作用进入硅胶孔道，由硅胶的高比表面积增大cacl2与水蒸气的接触面积,这也增强了cacl2与水蒸气的反应。在吸附过程中，一部分水蒸气与cacl2发生反应生成络合物,此为化学吸附还有一部分水蒸气由于分子间的作用力吸附于硅胶的孔壁上,此为物理吸附。该复合吸附剂sio2·nh2o·ycacl2具有复合吸附剂的吸附速度快、吸附量大的特点，有利于夜间空气取水。

水合物(cacl2·h2o、cacl2·2h2o、cacl2·4h2o、cacl2·6h2o)在60°至80°的条件下发生解吸反应，利于白天将吸附的水分脱出供大棚使用。

在我国西北地区,夏季气候干燥、高温。如果吸附过程是在夜晚进行,温度会比平均气温低、相对湿度比平均湿度高,这更有利于吸附量的增加和吸附速度的加快。同时，白天光照强度大，温度高，解吸反应在白天进行，有利于加快吸附材料的解吸反应。因此,这种复合吸附剂在低湿度、高温的气候条件下也有优越的吸附性能。

如图7所示，本发明实施例的工作流程如下：

晚上，启动送风机，送风机将大棚外的空气吸入制水系统，空气在蛇形空气通路中与吸附材料充分接触，对吸附材料进行冷却同时空气中的水分被吸附材料吸收，失水后的空气从出口排出。白天，送风机停止运行，太阳光通过大棚顶部的菲涅尔透镜进行线性聚光并经过第一凹透镜转化为平行光照射在太阳光限频反射玻璃上，其中，近红外光被太阳光限频反射玻璃反射到制水系统为制水提供热能，其余太阳光经限频反射玻璃透射至第二凹透镜并转换为发散光，为植物生长提供光源。被太阳光限频反射玻璃反射到制水系统的近红外光透过玻璃真空保温层照射在选择吸收性涂层上转换为热量，该热量通过金属肋板以及金属导热棒快速传导到吸附材料内部各处。吸附材料受热后发生解吸反应，将夜间从空气中吸附的水解吸出来形成液态水，水经过底部可开闭多孔隔板流入集水箱，最后将集水箱中的水通过水管引出来灌溉大棚内的植物。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。