一种土壤栽培根际水循环温控系统及方法

本发明涉及农业工程，尤其涉及一种土壤栽培根际水循环温控系统及方法。

背景技术：

1、温室本质上是一种反季节的生产载体，其环境调控能力，特别是对作物根系土壤温度的管理能力相对有限。在冬季低温环境下，由于土壤热容量不足，热量容易散失，导致土壤温度过低，直接影响作物根系的正常发育，造成其吸水吸肥能力减弱，进而严重影响地上部分的生长和最终的产量品质。

2、为应对上述问题，传统温室类型常依赖燃煤、燃油、电加热等主动加温方式来提高室温，间接维持土壤温度。但是，这类加温设备不仅初期投入高，且运行能耗巨大。较高的加热成本和持续的能源消耗，与温室自身有限的生产效率和经济效益不相匹配，加重了生产负担。因此，如何有效调控温室内栽培作物的根部（即根际）温度，以提升设施农业的生产效率和资源利用率，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种土壤栽培根际水循环温控系统及方法，用以解决现有技术中调控温室栽培作物的根部温度效果较差的缺陷，实现有效调控温室栽培作物的根部温度。

2、本发明提供一种土壤栽培根际水循环温控系统及方法，系统包括：

3、温室；

4、地面水循环袋，铺设于温室内的土壤栽培行间地面，用于与作物根部环境进行热交换；

5、低位回水池，设置于地下，与地面水循环袋的出水口连通；

6、高位储水箱，架设于温室内的高位，通过循环泵与低位回水池连通；

7、室内换热器，安装于温室内部；

8、增压泵，与高位储水箱的出水口连接；

9、切换装置，用于控制增压泵的出水口与室内换热器或地面水循环袋连通；

10、控制模组，用于在白天模式下控制切换装置建立流经室内换热器的循环路径，在夜间模式下控制切换装置建立不流经室内换热器的循环路径。

11、在一种可能的实现方式中，切换装置包括：

12、第一调节阀，设置于增压泵的出水口与室内换热器的进水口之间的管路上；

13、第二调节阀，设置于增压泵的出水口与地面水循环袋的进水口之间的管路上；

14、控制模组，具体用于在白天模式下开启第一调节阀并关闭第二调节阀，在夜间模式下关闭第一调节阀并开启第二调节阀。

15、在另一种可能的实现方式中，

16、控制模组，还用于检测高位储水箱的水箱水位和地面水循环袋中流体的流体温度，并根据检测结果控制循环泵、增压泵及切换装置，检测结果包括水箱水位和流体温度；

17、控制模组包括：

18、水位传感器，用于检测水箱水位；

19、温度传感器，用于检测流体温度；

20、控制器，分别与循环泵、增压泵、切换装置、水位传感器和温度传感器电连接。

21、在另一种可能的实现方式中，

22、控制器，具体用于：

23、当水箱水位低于第一预设阈值时，启动循环泵，将低位回水池中的流体泵入高位储水箱；

24、当水箱水位达到第二预设阈值时，停止循环泵，第二预设阈值大于第一预设阈值；

25、当流体温度超出预设温度范围时，启动增压泵，以调节流体在循环路径中的流速；

26、当流体温度恢复至预设温度范围内时，停止增压泵，水流通过无增压泵管路循环。

27、在另一种可能的实现方式中，

28、预设温度范围包括：第一温度阈值和第二温度阈值，第二温度阈值高于第一温度阈值；控制器具体用于：

29、当流体温度低于第一温度阈值时，启动增压泵以加快流体流速，并启动供热模组进行水体补温；或

30、当流体温度高于第二温度阈值时，启动增压泵以加快流体流速，并发出报警，通知用户进行温室降温。

31、在另一种可能的实现方式中，

32、地面水循环袋由柔性吸热材料制成的管状袋体构成，多个管状袋体之间通过管道串联连接，形成与土壤栽培行对应的换热单元，每个换热单元的出水口处均设有用于调节流体流量的调节阀。

33、在另一种可能的实现方式中，

34、管状袋体为黑色聚氯乙烯材质，相邻两个管状袋体之间通过无规共聚聚丙烯活接管件实现可拆卸连接。

35、在另一种可能的实现方式中，

36、低位回水池的顶部低于温室的地面，低位回水池的主回流出水口处设有浮球阀，用于控制低位回水池的进水水位；

37、高位储水箱通过支撑架固定，高位储水箱的底部距离温室内地面的高度大于或等于预设高度阈值。

38、在另一种可能的实现方式中，温室为以下任一项：三面保温和/或采光墙体结构的日光温室、塑料大棚、连栋温室。

39、本发明提供一种土壤栽培根际水循环温控方法，包括如下步骤。

40、确定土壤栽培根际水循环温控系统当前所处的模式；

41、若为白天模式，则控制切换装置建立从增压泵的出水口依次流经室内换热器和地面水循环袋后回流至低位回水池的循环路径；

42、若为夜间模式，则控制切换装置建立从增压泵的出水口流经地面水循环袋后回流至低位回水池、且不流经室内换热器的循环路径；

43、获取高位储水箱的水箱水位；

44、当水箱水位低于第一预设阈值时，启动循环泵，将低位回水池中的流体补充至高位储水箱，直至水箱水位达到第二预设阈值时停止循环泵。

45、本发明提供的土壤栽培根际水循环温控系统及方法，通过设置与高位储水箱出水口连接的增压泵以及用于切换水路路径的切换装置，并利用控制模组依据白天和夜间模式进行针对性控制，在白天模式下建立流经室内换热器的循环路径，使得循环水能够流经室内换热器充分吸收温室内部白天富余的太阳辐射热，并将热量储存于水体中；在夜间模式下则建立不流经室内换热器的循环路径，使热水直接流向铺设于土壤栽培行间地面的地面水循环袋，从而将白天储存的热量精准、高效地释放到作物根部土壤环境中，同时避免热量在寒冷的夜间通过室内换热器散失到温室空气中。这一分时、分路径的循环控制策略，不仅实现了对温室白天富余光热资源的有效捕获与跨时间转移利用，显著降低了系统对额外加热能源的依赖和运行成本，而且通过对作物根部环境的直接、稳定供热，有效缓冲了夜间土壤温度的剧烈下降，提升了作物根系的温度稳定性，进而促进根系发育和养分吸收，最终实现节能降耗与增产增收的双重技术效果。

1.一种土壤栽培根际水循环温控系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述切换装置包括：

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于：

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预设温度范围包括：第一温度阈值和第二温度阈值，所述第二温度阈值高于所述第一温度阈值；所述控制器具体用于：

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面水循环袋由柔性吸热材料制成的管状袋体构成，多个所述管状袋体之间通过管道串联连接，形成与土壤栽培行对应的换热单元，每个所述换热单元的出水口处均设有用于调节流体流量的调节阀。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述管状袋体为黑色聚氯乙烯材质，相邻两个所述管状袋体之间通过无规共聚聚丙烯活接管件实现可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低位回水池的顶部低于所述温室的地面，所述低位回水池的主回流出水口处设有浮球阀，用于控制所述低位回水池的进水水位；

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温室为以下任一项：三面保温和/或采光墙体结构、塑料大棚、连栋温室。

10.一种土壤栽培根际水循环温控方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的土壤栽培根际水循环温控系统，所述方法包括：