一种浅层地热供能的葡萄越冬防寒方法

1.本发明属于葡萄越冬防寒技术领域，尤其涉及一种浅层地下水供热的葡萄越冬防寒方法。


背景技术：

2.宁夏贺兰山东麓葡萄种植区是继山东烟台、河北昌黎后第三个评为国家葡萄酒原产地保护区(地理标志产区)的黄金地带。贺兰山东麓属于中温带大陆性干旱半干旱气候，春迟夏短、秋早冬长、四季分明，雨雪少、蒸发强、多风多沙。贺兰山东麓产区的全生育期积温(≥10℃)在3400～3800℃
·
d，气温日较差在12～15℃；降水量在150～240mm；日照时数在1700～2000h；无霜期为160～180天。有效积温高、无霜期偏短，昼夜温差较大、农作物成熟快、糖分含量高，干旱少雨、靠近黄河灌溉便利。光照强、可见和紫外光均强、光质差异大，葡萄病虫害少。但整个产区的葡萄冬天需要埋土防寒，保护效果和工时费用上欠佳。
3.据气象资料分析，自宁夏大面积发展酿酒葡萄以来，基本上每8～10年发生一次严重的冬季低温冻害，3～5年发生一次轻到中度冬季低温冻害，而春季和秋季霜冻危害则时有发生，影响范围不等。国内外常见的防寒抗冻方法有烟熏法、喷灌法、风扇法、漫(沟)灌法和覆盖法。宁夏葡萄越冬防寒防冻措施主要靠压枝埋土解决，不仅费时费工，还容易损伤葡萄枝干、根茎，急需一种新方法来替代现有的常规办法。


技术实现要素：

4.鉴于此，为解决背景技术中的技术问题，有必要提供一种浅层地热供能的葡萄越冬防寒方法，通过取热不取水的方式实现葡萄越冬防冻。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案来实现：
6.一种浅层地热供能的葡萄越冬防寒方法，所述防寒方法采用葡萄越冬防寒系统换取地下水的热量用于葡萄越冬防寒，所述葡萄越冬防寒系统包括换热系统、保温系统和浅水井，其特征在于：所述换热系统包括换热器和安装在换热器上部的散热管，所述换热器安置在浅水井内水面以下，换热器和散热管的内部储存有换热介质，在散热管上安装有压缩循环泵，推动整个管路循环运行；
7.所述保温系统包括反射膜，所述反射膜覆盖在葡萄藤上，所述散热管铺设在反射膜的下部。
8.进一步的，在新建葡萄园中，所述散热管铺设在待栽培葡萄根部适宜深度处，并在平铺后的地面上也布设散热管；在老葡萄园中，在贴近葡萄藤处的土壤表面上铺设散热管。
9.进一步的，散热管靠近浅水井一侧的进水管上依次安装有补水桶和压缩循环泵；散热管上还装有排气阀，用以换热溶液流动不畅时排气。
10.进一步的，所述换热器为u型铜管，散热管的进水管端和出水管端安装在u型铜管的上部，二者由内丝直接相连。
11.进一步的，所述反射膜为地热反射膜，所述地热反射膜为铝膜包裹的珍珠棉。
12.进一步的，所述散热管为pert管。
13.进一步的，所述浅水井深8m以上，井口直径150～250mm，井内壁安置有外径为130～220mm的pvc管，pvc管底部3～5m的管壁上开设密度均匀的钻孔，并包裹一层致密纱布。
14.进一步的，所述换热介质为cacl2溶液。
15.进一步的，所述u型铜管左右对称，单边长度2～3m。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.1、本发明采用基础的反射膜覆盖葡萄藤，不仅可以防止西北地区秋冬季大风抽干休眠期的葡萄枝条的水分而降低了藤蔓枝条的含水量，又可锁定散热管提供的热量，协助葡萄藤借用管道提供的热量抵御外界寒冷，安全度过寒冷天气。传统的埋土作业在春季户外升温后，因土壤覆盖作用，培土覆盖行内温度上升的迟，抵御晚霜冻的同时却减缓了葡萄生长萌芽。本发明中，覆盖行内，因有覆盖反射膜可隔绝冷霜冻等侵袭，铺设的散热管辐射的热量又可促进葡萄正常萌芽，保证了葡萄各项生理指标的正常。并且本发明中的覆盖物去除简单，并可反复使用，安全环保，解决了常规培土覆盖、去土出枝费工费力费时的劣势。
18.2、本发明绿色环保节能，本发明基于浅层地下水提供外部热源，可持续为寒冷情况下的葡萄提供热量，抵御严寒霜冻，为覆盖环境下葡萄植株营造的适合安全过冬的生长小气候。相比其他的越冬防寒技术，防寒效果显著提高，实用性更强，且保护时间选择度大。应用本发明可提前和延后葡萄植株的暴露时间，对于防治早春寒、晚霜冻成果显著，确保出土后的葡萄植株的生长安全和生理营养需要。
19.3、本发明经济性好，一经铺设采用，后期无需花费大量经费去维修补充，地热反射膜在天气转暖后可叠放保存、来年继续使用。根据前期实验研究，经济性保守估计比传统方法高50％。本发明保温保湿性好，本发明中的推荐使用的地热反射膜可有效杜绝外界低温和风沙对葡萄的侵袭，无需大量土来培根埋枝，可有效保护地表生态，防止扬沙起尘，实现生态越冬和有机栽种的目的。
20.4、本发明可以提前和延后葡萄植株的出土日期，在寒冷突降天气和“倒春寒”气候下，可使葡萄生长物候期提前2-3周左右，可完全确保葡萄植株免受冻害。
附图说明
21.图1为本发明中的换热系统布置示意图；
22.图2为本发明中的保温系统的结构剖面示意图；
23.图3为本发明中的补水桶的结构示意图；
24.图4为本发明中的换热器的结构示意图。
25.图中：1、换热系统；11、换热器；12、散热管；13、补水桶；131、球阀；14、压缩循环泵；2、保温系统；21、反射膜；22、压土；3、浅水井。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1～图4所示，本发明提供一种技术方案：
28.一种浅层地热供能的葡萄越冬防寒方法，所述防寒方法采用葡萄越冬防寒系统换取地下水的热量用于葡萄越冬防寒，所述葡萄越冬防寒系统包括换热系统1、保温系统2和浅水井3，通过换热系统1交换浅层地下水的热量，通过保温系统2储存热量，即利用浅层地下水的热能防止葡萄受冻；
29.如图1和4所示，换热系统1包括换热器11和安装在换热器11上部的散热管12，换热器11安置在浅水井3内水面以下，换热器11和散热管12的内部储存有换热介质，浅水井3冬天的温度较高，一般能达到10℃以上，安装在水面以下，可以大范围接触水体换热，换热器11内部的换热介质受地下水温度的影响而升高，在散热管12上安装有压缩循环泵14，在压缩循环泵14的作用下换热介质在散热管12内部循环，推动整个管路循环运行，通过散热管12向外扩散热量。
30.如图2所示，保温系统2包括反射膜21，反射膜21覆盖在葡萄藤上，通过压土22密封，散热管12铺设在反射膜21的下部。反射膜21的外部边缘处通过压土22覆盖，防止覆盖行内热量散失，且保护反射膜21不被大风吹开。
31.本发明实施方式具体为：
32.在新建葡萄园中，结合具体品种的葡萄栽培方式(深沟栽植、浅沟深栽)，散热管12铺设在待栽培葡萄藤根部适宜深度处，一般为13cm～16cm处，优选为15cm，并在平铺后的地面上也布设散热管12；在老葡萄园中，在贴近葡萄藤处的土壤表面上铺设散热管12，具体铺设的管路数可根据所需热量进行调整。
33.通过设置反射膜21、铺设散热管12和在反射膜21的外部压土22覆盖，能够有效防止热量散失，反射膜21一方面防止外部冷空气冻伤葡萄，一方面防止膜下的热量散失，通过散热管12内部流动的换热介质持续放出热量，用以防止葡萄受冻。除在膜下的管路，其余管道还应该使用保温棉包裹，并用扎带适当缠绕，减少热量损失。
34.本发明中换热器11的形式可以有多种，比如常见的u型管、螺旋管和翅片管等，能起到换热效果即可，不局限于本发明的限制。换热介质也可根据实际需要进行选择，以价格低廉、废液不污染环境为主要原则进行选取。
35.本发明实施方式具体为：
36.如图1和3所示，散热管12靠近浅水井3一侧的进水管上依次安装有补水桶13和压缩循环泵14，即进水管依次连接补水桶13的进水口、出水口，压缩循环泵14的进水口、出水口。进出水口处最好再安装一个球阀131，便于检修。
37.散热管12有进水管和出水管，在进水管上安装补水桶13是防止管道经长时间流动漏气，造成压缩循环泵14空转，增加补水桶13既可以补充管道中的换热介质，防止换热介质沉降，又能消除管道中的气泡。安装压缩循环泵14是为了加速换热介质的流动，在极度寒冷时期，促进热量交换，避免换热量不够造成葡萄受冻。为防止热量流失，在补水桶13的外部还应该包裹一层保温棉，减少直接裸露部分，保证热量存储、减少流失。此外，散热管12上还应该装有排气阀，用以换热介质流动不畅时排气。
38.在一较佳实施例中，补水桶13的出水口位于补水桶13底部10cm高度处，补水桶13的进水口位于补水桶13上方距桶口10cm高度处，进出水口处都安装有球阀131，散热管12上合适位置装有排气阀，压缩循环泵14的功率为150w，电压220v，转速2800r/min，额定扬程
20m，最大流量12l/min。
39.本发明实施方式具体为：
40.如图4所示，换热器11为u型铜管，散热管12的进水管端和出水管端安装在u型铜管的上部，二者由内丝直接相连，铜管的导热性好，便于热量传递，内丝连接方便。
41.在一较佳实施例中，选取的铜管导热系数为401w/mk，通过焊接在铜管进出水口的螺丝与散热管12相连。
42.本发明实施方式具体为：
43.反射膜21为地热反射膜，防止热量散失和冷空气进入，地热反射膜为铝膜包裹的珍珠棉。地热反射膜的尺寸、导热系数、断裂伸长率根据实际需要进行选择，要求能够将葡萄枝干完全覆盖，且两端能够通过压土22覆盖，经久耐用。
44.在一较佳实施例中，地热反射膜厚度为6mm，宽度2m，长度根据地块选择。也可使用其他保温效果良好的覆盖材料。
45.本发明实施方式具体为：
46.散热管12为pert管。
47.pert管稳定性、耐压性、抗热蠕变性和导热性较好，可长期耐静液压能力，在70℃、0.8mpa条件下，可安全使用50年以上。pert管道易弯曲，易连接，方便施工。pert管质地柔软，施工成本较低，弯曲半径小，弯曲部分的应力可以很快得到松弛，可避免在使用过程中由于应力集中而引起管道破坏。pert管可热熔连接，维修方便，耐腐蚀性优良，安全性高。pert管的耐锈、耐酸碱性能优于金属管，不易结垢，便于清洗。pert废管可熔化、可回收，具有环保性。
48.在一较佳实施例中，散热管12是直径为20mm的pert管。
49.本发明实施方式具体为：
50.浅水井3深8m以上，井口直径150～250mm，井内壁安置有外径为130～220mm的pvc管，pvc管底部3～5m处的管壁壁面上开设密度均匀的钻孔，并包裹一层致密纱布。
51.在一较佳实施例中，浅水井3深10m，井口直径200mm，井内壁置有外径为160mm的pvc管，pvc管底部的3m开设密度均匀的钻孔，并包裹一层致密纱布。
52.本发明实施方式具体为：
53.换热介质为cacl2溶液，不容易上冻，能防止流动介质在秋冬季凝固而无法换热。
54.本发明实施方式具体为：
55.u型铜管左右对称，单边长度2～3m。
56.在一较佳实施例中，u型铜管左右对称，单边长度2.4m，管道内径16mm，外径19mm，壁厚1.53mm，进出水口通过焊接的1216
×
4分内丝直接。
57.具体实施例及步骤：
58.s1、打浅水井3：浅水井3深10m，井口直径200mm，井内壁置有外径为160mm的pvc管，pvc管底部的3m开设密度均匀的钻孔，并包裹一层致密纱布。
59.s2、制作换热器11：选择铜管制作成u形，铜管导热系数为401w/mk，u型铜管左右对称，单边长度2.4m，管道内径16mm，外径19mm，壁厚1.53mm，进出水口通过焊接的1216
×
4分内丝直接。
60.s3、安装散热管12：散热管12为pert管，直径为20mm，散热管12的进水管端和出水
管端安装在u型铜管的上部，通过内丝连接；散热管12靠近浅水井3一侧的进水管上依次安装有补水桶13和压缩循环泵14；确定好反射膜21的铺设范围，在反射膜21内部的散热管12铺设在葡萄藤根部，其余管道和补水桶13的外部使用保温棉包裹，并用扎带适当缠绕。其中补水桶13的出水口位于补水桶13底部10cm高度处，补水桶13的进水口位于补水桶13上方距桶口10cm高度处，进出水口处都安装球阀131，压缩循环泵14的功率为150w，电压220v，转速2800r/min，额定扬程20m，最大流量12l/min，补水桶中灌入换热介质cacl2溶液。散热管12上合适位置装上排气阀。安装完毕并进行试运行，检查各接口是否漏气。
61.s4、铺设反射膜21：将反射膜21直接铺设在葡萄藤上，反射膜21为地热反射膜，材质为铝膜包裹的珍珠棉，厚度为6mm，宽度2m，长度100m，外侧通过压土22覆盖。
62.s5、运行系统：启动压缩循环泵14，循环换热。
63.效果评价：通过2021年10月至2022年4月在宁夏永宁县西夏王葡萄酒有限公司葡萄园实验，观测期间，在户外气温最低为-21.4℃(2021年12月26日)时，实验对照组的常规埋土越冬条件下近葡萄枝藤的土壤温度为-3.23℃，本发明方法下的贴地土壤温度为1.56
°
c，葡萄枝藤温度为3.86℃。本发明保护下的温度较埋土越冬的平均高148.3％，在管道供热的情况下覆盖行的升温时间基本等同于对照组埋土越冬的，不影响葡萄正常的生长。在覆盖和内部热源的保护下，葡萄可正常萌发，避免了因去土出枝时机把握不良而造成的晚霜冻危害。
64.以1亩10年次的酿酒葡萄管理来计算，埋土越冬费用为：
65.灌水费用：8(亩/年)
×
20(元/亩)
×
10(年)＝1600元
66.预埋土费用：1(亩/年)
×
60(元/亩)
×
10(年)＝600元
67.埋土人工费用：1(亩/年)
×
64(元/亩)
×
10(年)＝640元
68.埋土机械费用：1(亩/年)
×
150(元/亩)
×
10(年)＝1500元
69.起苗人工费：1(亩/年)
×
110(元/亩)
×
10(年)＝1100元
70.起苗机械费：1(亩/年)
×
150(元/亩)
×
10(年)＝1500元
71.捡石子费用：1(亩/年)
×
136(元/亩)
×
10(年)＝1360元
72.误伤葡萄树藤损失：500(元/年)
×
10(年)＝5000元
73.葡萄产量减少损失：800(元/年)
×
10(年)＝8000元
74.总费用1.68万元
75.传统压枝埋土法与本发明方法成本相比较，本发明一经铺设，根据材料老化情况至少可用10年，费用为：
76.打换热井：500(元/口)
×
4(口)＝2000元(以2021年试验区环境最低温度-21℃下的保护效果计算)
77.pert地暖管：3(元/米)
×
200(米)＝600
78.五金：2(元/米)
×
260(米)＝520元
79.压缩循环泵：220(元/个)
×
1(个)＝220元
80.循环泵电费：50(元/年)
×
10(年)＝500元
81.反射膜：7(元/米)
×
200(米)＝1400元
82.人工费：200(元/亩)
×
1(亩)＝200元
83.本发明方法成本5440元，本发明方法可节约成本67.6％。本方法一经铺设，后期简
单维护便可长期使用
84.综上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。