什么是高压喷雾系统？在设施农业中有哪些应用？

知识点：高压冷雾

01

高压喷雾系统简介

高压喷雾系统指利用高压喷雾主机将经过精密过滤处理的水，输送到造雾专用高压管网（耐压14MPa），最后到达造雾专用喷头喷出成雾的系统。高压雾化系统的工作原理是高压水从微孔中喷出并与固体发生碰撞，便形成水雾。将加压（大于4Mpa）后的水经耐高压输送管线由专业喷嘴将其雾化，产生0.10μm ~15μm 的微雾颗粒，使其能够迅速从空气中吸收热量完成汽化并扩散，从而达到空气加湿、降温的目的。

02

高压喷雾系统在设施农业中的应用

高压喷雾系统在设施农业中主要应用在设施农业降温、加湿、植保以及景观等方面。

2.1 设施农业降温

温室属于半封闭系统，在夏季可达到40℃以上的高温，严重制约温室作物的生长发育。因此，可应用高压喷雾系统对温室进行快速有效地降温（见图1），通风良好、相对湿度较低的温室尤为适用，辅以其他降温方式（如遮阳网、通风），降温效果更佳，可降温3-8℃ ^[1-3] 。

图1 连栋温室高压雾化降温

随着温室工程技术的发展，温室降温方法众多，各有利弊，而多种降温方法联合使用往往最经济和最有效。

2.1.1温室降温方法对比

自然通风降温 （见图2），适合单栋小型温室，利用设施内外的气温差产生的重力达到换气的目的，降温效果可达到室内外温差3~5℃。自然通风降温主要考虑当地的室外温度、顶窗、侧窗的位置及数量。底窗/侧窗进气，冷气流进室内，将热空气向上顶，天窗排气。一般室外温度不过超过30℃时只依靠自然通风即可达到降温目的，但是室外温度过超过30℃时还需要配合其他方式进行降温。

图2 侧窗-天窗自然通风

图3 机械通风

机械通风降温 （见图3），适用于连栋温室。在通风的入口和出口增加动力扇，使室内外产生压力差，形成冷热空气的对流，从而达到通风换气降温的目的。用排气扇对温室强制通风比自然通风降温低3~5℃。机械通风降温要求温室的进气口面积要很大，否则温室内的气流流向不一致，温度分布不均匀。机械通风效果较显著，能耗也较大，往往和湿帘一起综合使用降温。

遮光降温 ，即主要采用遮阳网进行遮光降温（见图4、图5）。降温效果在一定程度上取决于遮阳网的遮光率。遮阳网的遮阳率不同，根据植物的种类及植物对阳光的需求来确定遮阳网，遮光20%~30%时，室温降低4~6℃。遮阳网包括外遮阳和内遮阳，内遮阳降温采用银灰色的遮阳网，还可以兼做保温幕。内遮阳系统可以阻隔部分阳光进入温室，有效降低太阳辐射的强度，被内遮阳网阻隔在温室上部的热空气，可通过顶部天窗或排风扇排出室外，进而达到降温目的。采用遮光法可降温、不易增湿，但是降温慢、降温幅度不均匀。

图4 外遮阳

图5 内遮阳

湿帘—风机降温系统 （见图6、图7），是现代温室的通用设备，适用于我国各地，利用水分蒸发吸热的原理进行降温。一般湿帘安装在温室的北侧，风机安装在温室的南侧，通过控制系统启动风机，将室内的空气强行抽出，造成负压；同时水泵将水打在湿帘上，室外的空气被负压吸入室内并穿过湿帘的缝隙，导致湿帘上的水分蒸发、降温，冷空气流经温室整个空间，吸收室内热量后经风机排出室外，从而达到降温的目的。在夏季高温天气，该系统可降温4-7℃^[4]。该系统具有降温效果好、操作简单、使用寿命长等特点，通过湿润净化的空气更有利于室内作物的生长。湿帘风机降温系统对水质要求比较高，硬水需要经过软化处理后才可使用，以免钙镁离子在湿帘缝隙中结垢堵塞湿帘；空气中的尘埃颗粒也会沉积在湿帘上，时间久了导致湿帘堵塞，故水帘需定期更换；湿帘风机降温系统投资较大，日常运行费用较高。

图6 湿帘  

图7 风机

高压喷雾降温 （见图8），也称冷雾降温，适用于通风良好的温室，利用微小雾滴快速蒸发吸热的原理进行降温。水经过过滤系统处理，进入高压泵加压（大于4Mpa），再通过特殊材质的管路输送到特种高压雾化喷嘴进行释放，形成15μm以下的细雾滴，雾滴逐渐弥漫整个温室悬浮在空气中，迅速蒸发降温，并且不浸湿地面。高压雾化降温效率达95%，而湿帘风机降温效率80%^[5]，所以高压雾化降温比湿帘风机降温效果更佳。由于高压雾化雾滴颗粒小，用水量少，作物发病率的可能性小。高压喷雾系统需要增压泵和输送高压铜管，投资成本相对较高，日常运行费用较高；水源需要过滤处理，否则极易堵塞雾化喷头。

图8 高压喷雾系统

2.1.2 降温方法联合使用效果

以7、8月份为例，温室外温度通常在30~40℃左右，若仅依靠单纯的自然通风、遮阳网或机械通风，降温效果不明显，根本无法满足作物的生长要求，所以必须综合采取多种方式来实现降温的目的。采用何种降温方式组合，依据地域的气候条件、系统投资、后期维护费用、运行费用、降温效果以及对温室湿度的影响等各种因素来综合考虑决定。胡建等经研究，采用湿垫一风机降温系统+外遮阳可使温室内温度降低4~8℃，相对湿度增加5%~10%；采用高压喷雾降温系统+外遮阳，温室内温度可降低5~9℃，相对湿度增加3%~6%，在重庆采用湿垫一风机降温系统的效果较为理想^[6]。冉春雨等对长春市一大规模玻璃温室夏季降温问题进行了研究，建议“细雾+风机”综合系统作为首选方案^[7]。杨春健通过结构理论分析和实践经验总结，南方温室的通风降温设施可根据自身的条件进行选择：①经济型，单栋温室+平铺式外遮阳网；②实用型，顶侧开窗的联栋温室+平铺式外阳网+强制通风+喷雾降温；③先进型，顶部开窗的连栋温室+平铺式外遮阳网+湿帘-风机降温系统^[8]。

2.2 设施农业加湿

高压喷雾系统可通过微米级的细雾增加湿度，专门应用于育苗、繁种、食用菌及温室种植，可促进扦插苗快速地生根，提高种子的发芽率及组培的成活率。白玛玉珍等采用不同育苗方法对比试验发现，大棚雾化扦插苗技术繁育藏青杨苗成活率最高，育苗速度最快，苗木长势最好^[9]。

2.3 设施农业植保

在高压喷雾系统的水箱内加入适宜浓度的药物混合后，可随在温室中进行雾化喷洒，药物喷洒均匀，有效预防和治疗病虫害。

2.4 设施农业造景

以科普、科技示范、观光为主流的大型连栋或者室外，均可采用高压喷雾系统进行造景，以农业嘉年华为例，人造雾景观仙气迷人，深受游客喜爱（见图9）。

图9 人造雾景观

03

高压喷雾系统使用建议

根据工程项目施工经验及降温数据，在使用高压喷雾系统时有如下几点建议：

（1）高压喷雾系统配合通风系统综合使用（高压喷雾系统+自然通风+机械通风），微小雾滴在蒸发过程中大量吸热，同时中和空气中的过量正离子，增加负离子，通风系统将潮湿空气排出室外，有效地调节温度和湿度，从而更加有效地降温。

（2）水源必须经过净化处理，可提前测定水源的水质情况，依据水质指标进行软化处理、反渗透处理等，再进入高压喷雾系统，否则高压雾化喷头极易堵塞，后续维护或更换喷头增加成本。

（3）使用高压喷雾系统喷施药剂或者电解水之后，需要开机运行喷洒清水以清洗雾化喷头，防止药剂等堵塞喷头。

（4）应用于景观造景时，注意雾化管道跟周围景观进行匹配渲染处理，达到更加自然的效果。

（5）为了控制适当的湿度，高压喷雾系统可进行定时等自动化控制，操作管理更加便捷。

04

高压喷雾系统在设施农业的应用案例

高压喷雾系统适用于通风良好的连栋温室或者日光温室 ，夏季高温季节高压喷雾系统+自然通风可降温3-8℃。 以下为高压喷雾系统在设施农业中降温、加湿以及造景等应用案例：图10为中国农业大学上庄试验站日光温室应用高压喷雾系统辅以自然通风，在夏季进行降温监测；图11为广西玉林五彩田园连栋温室应用高压喷雾系统辅以湿帘和风机，为兰花降温、加湿；图12为北京国际都市农业科技园连栋温室应用高压喷雾系统辅以自然通风，为水培蔬菜降温、加湿，图13为北京国际都市农业水科技园连栋温室应用高压喷雾系统辅以湿帘和风机，为鱼水田园降温、加湿；图14和图15为大同农业嘉年华及金湖水漾年华大型连栋温室应用高压喷雾系统，为主题场馆进行雾化造景。

图10 中国农业大学上庄试验站—日光温室降温

图11 广西玉林五彩田园—连栋温室兰花降温、加湿

图12 北京国际都市农业科技园—连栋温室水培蔬菜降温、加湿

图13 北京国际都市农业水科技园—鱼水田园降温、加湿

图14 大同农业嘉年华—雾化景观

图15 金湖水漾年华—雾化景观

高压喷雾系统作为商品应用在科研领域及工程项目中，通过实践应用反馈一些技术中的不足，促使该技术不断完善。重视水源水质的处理，是解决高压喷雾系统喷头易堵塞的关键；通过科研及应用测试，所得经验可通过定时开关设备得到较为理想的降温效果；根据植物生长需求配置环境监测传感器进行智能控制可进一步提升降温加湿效果，也是该技术未来发展方向的一个重点。随着该技术不断完善成熟，高压喷雾系统将会在设施农业及更多领域迅速推广应用。

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