專利名稱：載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置，屬于作物栽培技 術領域。
背景技術：
隨著全球變暖趨勢的增強，科學家們越來越關注增溫作用對植物生長發育、產量 和品質形成所帶來的影響，非常需要能在田間條件下模擬增溫環境的方法和裝置。此外，植 物生長過程中經常遭受高溫、干熱風或低溫等逆境，但對這些過程的模擬研究多限于溫室 或人工氣候箱中進行，無法真實重現大田實際情形，因此，也非常需要在大田條件下能對植 物進行環境溫度控制的設備。現有田間植物生長環境溫度控制方法為熱輻射調控法，它是在田間安裝石英管、 陶瓷管和紅外燈等紅外熱源，并通過調節這些高溫熱源的輻射功率的辦法控制田間植物生 長環境溫度。但該公知的辦法存在以下四個缺陷(1)該法的傳熱過程與自然界大氣溫度 對植物體溫的影響過程相悖。采用公知方法設計的加溫設備進行田間增溫的過程是首先 對被輻照的植物體和土壤進行快速加熱，爾后再與跟植物體和土壤緊密接觸的空氣發生熱 量交換(或熱量散失)，提高植物環境溫度。這導致在開始加熱后的一段時間內甚至整個加 熱過程中，植物葉片的溫度會高于周圍空氣溫度，這違背了自然條件下葉溫低于氣溫這一 規律。(2)加溫過程存在空間的不均勻性。被加熱物體接受輻射熱功率強度與離熱源距離 的平方成反比，當熱源被擋住時，就根本無輻射熱可吸收。這可能導致田間不同物理空間的 植物，以及同一株植物不同部位的溫度分布極不均勻，與自然狀態相差太遠。(3)控溫范圍 小，功耗大。輻射線以直線進行傳播，其加熱范圍一般局限在熱輻射覆蓋范圍內，因此在田 間條件下可加熱的面積較小。(4)利用該方法設計的裝置無法進行田間降溫控制。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種一種載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置，使 田間植物生長環境溫度影響試驗的溫度分布及環境與植物間的傳熱過程都更接近于天然 狀況。所謂載熱空氣，就是被加熱或冷卻后的自然空氣。載熱空氣的載熱功率與空氣流 量和溫差成正比，因此可以通過設計手段將載熱空氣與試驗田間的溫差調至5°C以下，使載 熱空氣的熱輻射功率幾乎忽略不計，其次由于植物的每一行間都可裝上分輸氣管，而且分 輸氣管上散氣孔的密度、孔徑、方向及分輸氣管的高度等都可按需設計，因而從散氣孔出來 的載熱空氣憑其動能和熱溫差產生的熱對流會很快溶入田間各處。因此田間的氣溫既均勻 又平穩，非常接近自然狀態。技術方案根據本發明的一種載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置，由透明圍欄、制熱(冷)機、總輸氣管、分輸氣管、散氣孔、溫度傳感器、智能控制器及電線電纜等所組成。 如附圖所示，透明材料做的圍欄(11)將試驗田周圍圍住，以阻斷與外部的橫向熱對流。空 氣制熱(冷)機(3)將自然空氣吸入并加熱(冷卻)成載熱空氣后輸至總輸氣管(2)。總 輸氣管(2)鋪設在試驗田的田埂上，其兩側每隔一定距離都裝有與其垂直的水平走向的分 輸氣管(1)。各分輸氣管(1)的間距與田間植物的行距一致，使分輸氣管(1)座落在兩行 植物之間。分輸氣管(1)的沿途每隔一定距離開有散氣孔(10)，從而將載熱空氣吹向植物 行間，進而擴散至試驗田的每一角落和植物周圍。空氣制熱(冷)機(3)通過電纜(4)與 智能控制器(5)連接，智能控制器(5)通過電纜(6)與供電網連接，智能控制器還通過電線與安裝在試驗田中間的溫度傳感器(9)連接。此外智能控制器通過電線(7)與溫度信號連接。這樣，智能控制器(5)就會根據溫度傳感器(9)所測得的溫度值，與從電線(7)引 入的參比試驗田的溫度信號相比較，調節空氣制熱(冷)機(3)的制熱(冷)功率，進而改 變載熱空氣的熱功率，使流向試驗田的載熱空氣的溫度或流量相應變化，從而使試驗田中 植物周圍環境溫度按預定規律變化。有益效果本發明具有如下優點1、本發明通過導入載熱(冷)空氣的方式，改變植物生長的環境溫度，較為科學地 模擬環境溫度的實際情況，并用于研究溫度變化對植物生長過程的影響，為植物科學工作 者研究大田條件下環境溫度變化對植物生長發育與產量品質的影響提供了可靠的方法途 徑。2、本發明通過導入載熱(冷)空氣的方式，改變植物冠層空氣溫度條件，其作用方 式是先控制空氣溫度，爾后通過空氣與植物體的熱量交換，改變植物體溫度。以增溫為例， 該方法與他人采用的熱輻射加熱方式相比，更符合自然條件下植物微環境變化的實際情 況，更科學合理，結論更可靠。3、本發明不僅可用于大田植物冠層增溫研究，還可擴展至降溫、低溫冷害或凍害、 高溫、干熱風等方面的研究，用途更廣泛。
四
附圖為根據本方法所設計的一種載熱空氣法大田植物生長環境溫度控制裝置結 構示意圖。圖中1.分輸氣管，2.總輸氣管，3.空氣制熱(冷)機，4.電纜，5.智能控制器， 6.電纜，7.電線，8.電線，9.溫度傳感器，10.散氣孔，11.透明材料做的圍欄。
五具體實施例方式如圖所示，根據所要控制田塊大小與植物高度，將適宜大小、遮光率低于5%的透 明材料做的圍欄(11)將試驗田周圍圍住，以阻斷與外部的橫向熱對流。空氣制熱(冷)機(3)(功率根據所要控制田塊面積與溫度要求選定)將自然空氣吸入并加熱(冷 卻)成載熱空氣后輸至總輸氣管(2)。總輸氣管(2)鋪設在試驗田的田埂上，其兩側每隔 一定距離都裝有與其垂直的水平走向的分輸氣管(1)。各分輸氣管(1)的間距與田間植 物的行距一致，使分輸氣管(1)座落在兩行植物之間。分輸氣管(1)的沿途每隔一定距離 (10-20cm)開有散氣孔(10)，從而將載熱空氣吹向植物行間，進而擴散至試驗田的每一角落和植物周圍。空氣制熱(冷)機(3)通過電纜(4)與智能控制器(5)連接，智能控制器 (5)通過電纜(6)與供電網連接，智能控制器還通過電線(8)與安裝在試驗田中間的溫度傳 感器(9)連接。此外智能控制器通過電線(7)與來自附近的參比試驗田的溫度信號連接。這樣，智能控制器(5)就會根據試驗田中溫度傳感器(9)所測得的溫度值，與從電線(7)引 入的參比試驗田的溫度信號相比較，調節空氣制熱(冷)機(3)的制熱(冷)功率，進而改 變載熱空氣的熱功率，使流向試驗田的載熱空氣的溫度或流量相應變化，從而使試驗田中 植物周圍環境溫度按預定規律變化。
權利要求
載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置，由透明圍欄、制熱(冷)機、總輸氣管、分輸氣管、散氣孔、溫度傳感器、智能控制器及電線電纜組成，其特征是透明材料做的圍欄(11)將試驗田周圍圍住，以阻斷與外部的橫向熱對流，空氣制熱(冷)機(3)將自然空氣吸入并加熱或冷卻成載熱空氣后輸至總輸氣管(2)，總輸氣管(2)鋪設在試驗田的田埂上，其兩側裝有若干與其垂直的水平走向的分輸氣管(1)，各分輸氣管(1)的間距與田間植物的行距一致，使分輸氣管(1)座落在兩行植物之間，分輸氣管(1)的沿途開有若干散氣孔(10)，從而將載熱空氣吹向植物行間，進而擴散至試驗田的每一角落和植物周圍；空氣制熱(冷)機(3)通過電纜(4)與智能控制器(5)連接，智能控制器(5)通過電纜(6)與供電網連接，智能控制器還通過電線(8)與安裝在試驗田中間的溫度傳感器(9)連接；此外智能控制器(5)通過電線(7)與溫度信號連接，這樣，智能控制器(5)就會根據溫度傳感器(9)所測得的溫度值，與從電線(7)引入的參比試驗田的溫度信號相比較，調節空氣制熱(冷)機(3)的制熱(冷)功率，進而改變載熱空氣的熱功率，使流向試驗田的載熱空氣的溫度或流量相應變化，從而使試驗田中植物周圍環境溫度按預定規律變化。
全文摘要
本發明涉及載熱空氣法調控田間植物生長環境溫度的裝置，屬于作物栽培技術領域。由圍欄、空氣制熱(冷)機、總輸氣管、分輸氣管、散氣孔、溫度傳感器、智能控制器及電線電纜等組成。可實現田間溫度調控試驗中田間溫度分布及環境與植物間的傳熱過程都更接近于天然狀態。將被加熱(冷卻)的載熱空氣經過各級輸氣管及末級輸氣管上的散氣孔引入田間每個角落，擴散到植物周圍，并通過調控載熱空氣熱功率的辦法來實現田間植物生長環境溫度影響試驗。采用本發明中提到的裝置，選用加熱和致冷雙功能的溫控機組(空氣壓縮機)，不僅可實現增溫效果，還可進行降溫處理，應用范圍更為廣泛。
文檔編號A01G13/06GK101816272SQ20101014547
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月9日 優先權日2010年4月9日
發明者姜東 , 孫中偉, 蔡劍 申請人:南京農業大學