本發(fā)明屬于供水調(diào)溫技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種供水及調(diào)節(jié)氣溫的裝置，另外還涉及其方法。
背景技術(shù)：
目前沙漠化日趨嚴(yán)重，在沙漠中種植草木農(nóng)作物是緩解沙漠化的有效措施，但由于沙漠地區(qū)干旱少雨，地下水位下降，不能滿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積干枯，存活率較低，導(dǎo)致治沙效果不理想，從而造成干旱惡性循環(huán)，土地進(jìn)一步沙化，氣候極端，影響人類(lèi)生存。現(xiàn)有沙漠治理灌溉系統(tǒng)多采用長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)，成本高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此設(shè)計(jì)一種沙漠自給供水灌溉系統(tǒng)，滿足沙漠草木農(nóng)作物夏季大量用水需求，調(diào)節(jié)區(qū)域氣溫，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，迫在眉睫。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服上述不足問(wèn)題，提供一種利用冰水形態(tài)變化供水及調(diào)節(jié)氣溫的裝置及方法，利用常年收集地下水和雨水并儲(chǔ)存，冬季層層結(jié)冰貯藏水分，同時(shí)結(jié)冰放熱提高該區(qū)域的氣溫；夏季冰體緩慢融化灌溉草木農(nóng)作物，同時(shí)融化吸熱降低該區(qū)域的氣溫，從而達(dá)到儲(chǔ)存水灌溉植物并調(diào)節(jié)該區(qū)域的氣溫、改善該區(qū)域生態(tài)的目的。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種利用冰水形態(tài)變化供水及調(diào)節(jié)氣溫的裝置，其特征在于：該裝置包括電力系統(tǒng)、水收集系統(tǒng)、水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)和水源需求處，所述電力系統(tǒng)分別與水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)連接；所述水輸送控制系統(tǒng)的前端連接到水收集系統(tǒng)，水輸送控制系統(tǒng)的后端分別連接到灑水系統(tǒng)、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)和水源需求處；所述灑水系統(tǒng)的噴灑裝置位于結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)的上方。
所述電力系統(tǒng)包括電力能源和蓄電池，所述電力能源為風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電或市電的一種，電力能源與蓄電池相連，蓄電池通過(guò)電纜線分別連接到水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng),所述電力系統(tǒng)為裝置運(yùn)行提供能源。
所述水收集系統(tǒng)為水井或水池，所述水井或水池的深度為5-180m，直徑1-6m，所述水井或水池用來(lái)收集地下水或雨水。
所述水輸送控制系統(tǒng)包括蓄水池，所述蓄水池主要用于井水儲(chǔ)存、雨水季節(jié)雨水收集或干旱季節(jié)儲(chǔ)水灌溉；所述水收集系統(tǒng)通過(guò)第一水管連接到所述蓄水池，所述第一水管連接到水收集系統(tǒng)的一端設(shè)置有第一抽水泵，第一抽水泵位于水收集系統(tǒng)的水位線以下，所述第一水管還通過(guò)水閥開(kāi)關(guān)分別連接到水源需求處和灑水系統(tǒng)；
所述蓄水池通過(guò)第二水管連接到灑水系統(tǒng)，所述第二水管連接到蓄水池的一端設(shè)置有第二抽水泵；
所述蓄水池通過(guò)第三水管連接到結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)，所述第三水管兩端均設(shè)置有第三抽水泵；
所述蓄水池通過(guò)第四水管連接到水源需求處，所述第四水管連接到蓄水池的一端設(shè)置有第四抽水泵。
所述第一、第二、第三和第四水管均設(shè)置保溫層，所述保溫層為保溫棉、聚氨酯或聚乙烯的一種，所述保溫層用于保溫，防止水管內(nèi)的水結(jié)冰導(dǎo)致水管堵塞或膨脹裂開(kāi)。
所述蓄水池為磚混凝土結(jié)構(gòu)，1/2-2/3安置在地面以下，上方設(shè)置防護(hù)蓋；或所述蓄水池為磚混凝土結(jié)構(gòu)，位于地面以上，上方設(shè)置防護(hù)蓋，四周和/或底部設(shè)置保溫和加熱系統(tǒng)，防止蓄水池內(nèi)水結(jié)冰。
所述灑水系統(tǒng)包括噴灑裝置、支架、水管，所述噴灑裝置通過(guò)支架固定在結(jié)冰與融化系統(tǒng)上方，所述噴灑裝置通過(guò)第一水管連接到所述水收集系統(tǒng)，所述噴灑裝置通過(guò)第二水管連接到所述蓄水池。
所述結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)包括冰庫(kù)、保溫層、溫度監(jiān)控系統(tǒng)，所述冰庫(kù)通過(guò)第三水管連接到水收集系統(tǒng)；所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)安裝在冰庫(kù)內(nèi)壁上；
所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括溫度傳感器、保溫層控制器、溫度控制器，所述溫度傳感器連接到溫度控制器，所述溫度控制器連接到保溫層控制器，所述保溫層控制器連接到保溫層，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)保溫層層數(shù)控制冰庫(kù)內(nèi)的溫度和冰塊的融化速度。
所述冰庫(kù)為磚混凝土結(jié)構(gòu)，包括四壁、底部及可以打開(kāi)的上蓋，冰庫(kù)的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為10-50m，下邊長(zhǎng)為8-40m，高度為2-5m；冰庫(kù)四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層，所述保溫層為苯板、EVA板或XPS擠塑保溫板的一種。
所述水源需求處為綠色植物、自來(lái)水廠或水庫(kù)的一種，通過(guò)水管分別連接到水收集系統(tǒng)和水輸送控制系統(tǒng)。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種利用冰水形態(tài)變化供水及調(diào)節(jié)氣溫的方法，
具體步驟如下：
(1)收集水：通過(guò)水收集系統(tǒng)收集地下水或雨水；
(2)當(dāng)水收集系統(tǒng)中有存余水時(shí)，將水收集系統(tǒng)中的水輸送到水源需求處,多余的水輸送到蓄水池儲(chǔ)存；當(dāng)水收集系統(tǒng)中沒(méi)有存余水時(shí)，將蓄水池中的水輸送到水源需求處；
(3)當(dāng)空氣溫度低于0℃時(shí)，將水收集系統(tǒng)和蓄水池中的水輸送到灑水系統(tǒng)，灑水系統(tǒng)將水一層一層的噴灑到冰庫(kù)內(nèi)，水一層一層的結(jié)冰，結(jié)冰產(chǎn)生的熱量傳遞到冰庫(kù)上方的空氣中，冰庫(kù)上方的空氣溫度升高，冰庫(kù)結(jié)冰完成后，封閉冰庫(kù)；
(4)當(dāng)空氣中的溫度高于0℃時(shí)，利用調(diào)節(jié)冰庫(kù)保溫層的層數(shù)來(lái)控制結(jié)冰體的融化速度，冰融化過(guò)程中吸收冰庫(kù)上方空氣中的熱量，冰庫(kù)上方區(qū)域的空氣溫度降低，融化的冰水通過(guò)第三水管流向蓄水池，水池中的水再輸送到水源需求處。
所述灑水系統(tǒng)的灑水速度為1-5m3/h，每灑水1-2h后停止0.5-1h。
所述冰庫(kù)內(nèi)結(jié)冰體融化時(shí)冰庫(kù)溫度控制在-4-1℃。
本發(fā)明的有益效果是：
1、常年收集水分、合理儲(chǔ)水
本專(zhuān)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儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)灌溉和儲(chǔ)存的合理調(diào)配。
2、利用冰水轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)水儲(chǔ)存與溫度調(diào)節(jié)
將收集到的水在冬天溫度低于0℃時(shí)通過(guò)層層結(jié)冰的方式儲(chǔ)存在冰庫(kù)中，結(jié)冰過(guò)程中放出的熱量擴(kuò)散到冰庫(kù)上方的空氣中，使得該區(qū)域的溫度升高；在溫度逐漸升高、高于0℃的情況下，植物需求水分較大，該區(qū)域缺水，通過(guò)調(diào)節(jié)冰庫(kù)保溫層的厚度，控制冰塊緩慢融化成水，水輸送給植物使用，此過(guò)程中吸收冰庫(kù)上方區(qū)域的熱量，使得該區(qū)域的溫度降低；
通過(guò)水在冬季結(jié)冰儲(chǔ)存，放熱使周?chē)鷧^(qū)域溫度升高，冰在夏季融化灌溉，吸熱使周?chē)鷧^(qū)域溫度降低，能夠充分存儲(chǔ)水分，實(shí)現(xiàn)沙漠地帶水的有效儲(chǔ)存和灌溉，可以有效解決沙漠中缺水的問(wèn)題，利于沙漠的治理，同時(shí)可以有效緩解該區(qū)域氣溫的炎熱或寒冷，起到調(diào)節(jié)氣溫的作用。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1、風(fēng)力發(fā)電，2、太陽(yáng)能發(fā)電，3、市電，4、蓄電池，5、水收集系統(tǒng)，6、電纜線，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、灑水系統(tǒng)，14、結(jié)冰體，15、保溫層，16、水源需求處，17、冰庫(kù)，18、地面，19、水位線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種利用冰水形態(tài)變化供水及調(diào)節(jié)氣溫的裝置，其特征在于：該裝置包括電力系統(tǒng)、水收集系統(tǒng)、水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)和水源需求處16，所述電力系統(tǒng)分別與水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)13、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)連接；所述水輸送控制系統(tǒng)的前端連接到水收集系統(tǒng)，水輸送控制系統(tǒng)的后端分別連接到灑水系統(tǒng)13、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)和水源需求處；所述灑水系統(tǒng)13的噴灑裝置位于結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)的上方。
電力系統(tǒng)包括電力能源與蓄電池4，電力能源與蓄電池4相連，蓄電池4通過(guò)電纜線6分別連接到水輸送控制系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)13、結(jié)冰與融化控制系統(tǒng)；電力能源為太陽(yáng)能發(fā)電。
水收集系統(tǒng)5為水井，水井深度為100m，直徑2.5m。
水輸送控制系統(tǒng)包括蓄水池12，蓄水池12通過(guò)第一水管8連接到水井，所述第一水管8連接到水井的一端設(shè)置有第一抽水泵7，第一抽水泵7位于水井的水位線19以下，所述第一水管8還通過(guò)水閥開(kāi)關(guān)分別連接到綠色植物16和灑水系統(tǒng)13；所述蓄水池12通過(guò)第二水管9連接到灑水系統(tǒng)13；
所述第二水管9連接到蓄水池12的一端設(shè)置有第二抽水泵；
所述蓄水池12通過(guò)第三水管10連接到冰庫(kù)17，所述第三水管10兩端均設(shè)置有第三抽水泵；
所述蓄水池12通過(guò)第四水管11連接到綠色植物16，所述第四水管11連接到蓄水池12的一端設(shè)置有第四抽水泵。
所述第一、第二、第三和第四水管均設(shè)置保溫層，所述保溫層為保溫棉。
所述蓄水池12為磚混凝土結(jié)構(gòu)，1/2安置在地面以下，上方設(shè)置防護(hù)蓋。
所述灑水系統(tǒng)13包括噴灑裝置、支架、水管，所述噴灑裝置通過(guò)支架固定在冰庫(kù)17上方，所述噴灑裝置通過(guò)第一水管8連接到水井5，所述噴灑裝置通過(guò)第二水管10連接到所述蓄水池12。
所述冰庫(kù)17通過(guò)第四水管11連接到蓄水池12，所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)安裝在冰庫(kù)17內(nèi)壁上；
所述溫度監(jiān)控系統(tǒng)包括溫度傳感器、保溫層控制器、溫度控制器，所述溫度傳感器連接到溫度控制器，溫度控制器連接到保溫層控制器，保溫層控制器連接到保溫層。
所述冰庫(kù)17為磚混凝土結(jié)構(gòu)，包括四壁、底部及可以打開(kāi)的上蓋，冰庫(kù)17的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為10m，下邊長(zhǎng)為8m，高度為5m；冰庫(kù)17四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層15，所述保溫層15為苯板。
水源需求處16為綠色植物。
實(shí)施例2
該實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，不同的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)如下：
(1)電力能源為風(fēng)力發(fā)電；
(2)水收集系統(tǒng)5為水井，水井深度為10m，直徑6m；
(3)蓄水池12為磚混凝土結(jié)構(gòu)，位于地面以上，上方設(shè)置防護(hù)蓋，四周設(shè)置保溫和加熱系統(tǒng)。
(4)冰庫(kù)17的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為20m，下邊長(zhǎng)為16m，高度為3米；冰庫(kù)17四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層15，所述保溫層15為XPS擠塑保溫板；
(5)水源需求處16為自來(lái)水廠。
實(shí)施例3
該實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，不同的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)如下：
(1)電力能源為市電；
(2)水收集系統(tǒng)5為水井，水井深度為180m，直徑1.5m；
(3)蓄水池12為磚混凝土結(jié)構(gòu)，位于地面以上，上方設(shè)置防護(hù)蓋，四周和底部設(shè)置保溫和加熱系統(tǒng)。
(4)冰庫(kù)17的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為30m，下邊長(zhǎng)為26m，高度為2m；冰庫(kù)17四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層15，所述保溫層15為EVA板；
(5)水源需求處16為水庫(kù)。
實(shí)施例4
該實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，不同的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)如下：
(1)電力能源為生物質(zhì)發(fā)電；
(2)水收集系統(tǒng)5為水井，水井深度為5m，直徑1m；
(3)蓄水池12為磚混凝土結(jié)構(gòu)，位于地面以上，上方設(shè)置防護(hù)蓋，底部設(shè)置保溫和加熱系統(tǒng)；
(4)冰庫(kù)17的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為40m，下邊長(zhǎng)為32m，高度為6m；冰庫(kù)17四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層15，所述保溫層15為EVA板；
(5)水源需求處16為綠色植物。
實(shí)施例5
該實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，不同的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)如下：
(1)電力能源為地?zé)岚l(fā)電；
(2)水收集系統(tǒng)5為水池，水池深度為5m，直徑6m；
(3)蓄水池12為磚混凝土結(jié)構(gòu)，位于地面以上，上方設(shè)置防護(hù)蓋，四周和底部設(shè)置保溫和加熱系統(tǒng)。
(4)冰庫(kù)17的縱截面形狀為梯形，所述梯形的上邊長(zhǎng)大于下邊長(zhǎng)，上邊長(zhǎng)為50m，下邊長(zhǎng)為40m，高度為8m；冰庫(kù)17四壁、底部及上蓋均設(shè)置保溫層15，所述保溫層15為苯板；
(5)水源需求處16為水庫(kù)。
實(shí)施例6
采用實(shí)施例1所述的裝置，實(shí)施沙漠地區(qū)四季自給供水灌溉，具體步驟如下：
(1)收集水：通過(guò)水井5收集地下水或雨水；
(2)當(dāng)水井5中有存余水時(shí)，將水井5中的水輸送到綠色植物16,多余的水輸送到蓄水池12儲(chǔ)存；當(dāng)水井5中沒(méi)有存余水時(shí)，將蓄水池12中的水輸送到綠色植物16；
(3)當(dāng)空氣溫度低于0℃時(shí)，將水井5和蓄水池12中的水輸送到灑水系統(tǒng)13，灑水系統(tǒng)13將水一層一層的噴灑到冰庫(kù)17地面上，控制灑水速度為3m3/h，每灑水1h后停止0.5h，水一層一層的結(jié)冰，結(jié)冰產(chǎn)生的熱量傳遞到冰庫(kù)17上方的空氣中，使得周?chē)h(huán)境溫度升高，緩解地區(qū)寒冷，冰庫(kù)17結(jié)冰完成后，封閉冰庫(kù)17。冰庫(kù)17內(nèi)的結(jié)冰體(14)融化時(shí)冰庫(kù)(17)溫度控制在-4℃。
計(jì)算如下：冰庫(kù)17內(nèi)水的質(zhì)量為：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,新疆克拉瑪依地區(qū)冬季2015年12月份至2016年1月份日平均溫度為-14℃，冰庫(kù)17內(nèi)水完全結(jié)冰溫度下降至當(dāng)?shù)貧鉁厮璺懦龅臒崃繛镼＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×366×103kg×14℃＝21520.8KJ。
實(shí)施例7
采用實(shí)施例3所述的裝置，實(shí)施沙漠地區(qū)四季自給供水灌溉，具體步驟如下：
(1)收集水：通過(guò)水井5收集地下水或雨水；
(2)當(dāng)水井5中有存余水時(shí)，將水井5中的水輸送到水庫(kù),多余的水輸送到蓄水池12儲(chǔ)存；當(dāng)水井5中沒(méi)有存余水時(shí)，將蓄水池12中的水輸送到水庫(kù)；
(3)當(dāng)空氣溫度低于0℃時(shí)，將水井5和蓄水池12中的水輸送到灑水系統(tǒng)13，灑水系統(tǒng)13將水一層一層的噴灑到冰庫(kù)17地面上，控制灑水速度為5m3/h，每灑水1h后停止1h，水一層一層的結(jié)冰，結(jié)冰產(chǎn)生的熱量傳遞到冰庫(kù)17上方的空氣中，使得周?chē)h(huán)境溫度升高，緩解地區(qū)寒冷，冰庫(kù)17結(jié)冰完成后，封閉冰庫(kù)17。冰庫(kù)17內(nèi)的結(jié)冰體14融化時(shí)冰庫(kù)17溫度控制在-1℃。
計(jì)算如下：冰庫(kù)17內(nèi)水的質(zhì)量為：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,新疆克拉瑪依地區(qū)冬季2015年12月份至2016年1月份日平均溫度為-14℃，冰庫(kù)17內(nèi)水完全結(jié)冰溫度下降至當(dāng)?shù)貧鉁厮璺懦龅臒崃繛镼＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×1413.6×103kg×14℃＝83119.7KJ。
實(shí)施例8
采用實(shí)施例2所述的裝置，實(shí)施沙漠地區(qū)四季自給供水灌溉，具體步驟如下：
(1)收集水：通過(guò)水池5收集地下水或雨水；
(2)當(dāng)水池5中有存余水時(shí)，將水池5中的水輸送到自來(lái)水廠,多余的水輸送到蓄水池12儲(chǔ)存；當(dāng)水池5中沒(méi)有存余水時(shí)，將蓄水池12中的水輸送到自來(lái)水廠；
(3)當(dāng)空氣溫度低于0℃時(shí)，將水井5和蓄水池12中的水輸送到灑水系統(tǒng)13，灑水系統(tǒng)13將水一層一層的噴灑到冰庫(kù)17地面上，控制灑水速度為1m3/h，每灑水2h后停止1h，水一層一層的結(jié)冰，結(jié)冰產(chǎn)生的熱量傳遞到冰庫(kù)17上方的空氣中，使得周?chē)h(huán)境溫度升高，緩解地區(qū)寒冷，冰庫(kù)17結(jié)冰完成后，封閉冰庫(kù)17。冰庫(kù)17內(nèi)的結(jié)冰體14融化時(shí)冰庫(kù)17溫度控制在1℃。
在冰融化的過(guò)程中需要在空氣中攝取大量溫度，從而使空氣溫度降低，緩解地區(qū)炎熱。計(jì)算如下：冰庫(kù)內(nèi)冰的質(zhì)量為：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年新疆克拉瑪依沙漠地區(qū)夏季7-9月份日平均溫度為26℃，冰庫(kù)17內(nèi)冰完全融化成水，溫度并上升至當(dāng)?shù)貧鉁厮栉盏臒崃繛镼＝cm△t＝4.2×103J/(kg·℃)×878.4×103kg×26℃＝95921.3KJ。融化的冰水通過(guò)第三流水管10流向蓄水池12，水池中的水再輸送到自來(lái)水廠。