一种利用空气制水的太阳能灌溉设备和方法技术领域
本发明属于水资源利用技术领域，具体的说，涉及一种利用空气制水的太阳能灌
溉设备和方法。
背景技术
中国农业灌溉方式一般可分为传统的地面灌溉、普通喷灌以及微灌。传统地面灌
溉包括畦灌、沟灌、淹灌和漫灌，但这类灌溉方式往往耗水量大、水的利用率较低，是一类很
不合理的农业灌溉方式。另外，普通喷灌技术是中国农业生产中较普遍的灌溉方式，但普通
喷灌技术的水的利用效率也不高。现代农业微灌溉技术包括微喷灌、滴灌、渗灌等。这些灌
溉技术一般节水性能好、水的利用率较传统灌溉模式高。
但是，众所周知，中国农业灌溉用水面临资源短缺的问题。同时，农业用水浪费现
象严重。由于水资源紧缺，我们不能通过简单地增加水源来缓解农业灌溉用水的紧缺状况。
目前中国只有少量地区可以适当开发新水源，而且成本相当高，所以从经济方面来看并不
可观。我们只有高度重视水的问题，大力发展节水灌溉，不断提高用水效率，长期坚持节约
用水，这样才能实现水资源的永续利用，保障经济社会的可持续发展。因此，不断深入探讨、
研究和建设节水灌溉工程，对促进中国农业灌溉发展和水资源保护具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于节能、环保的提供一种利用空气制
水的太阳能灌溉设备和方法。本发明设备结构简单，构思巧妙；方法绿色、环保，能耗低，制
水效率高，能实现水资源的持续获取使用。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种利用空气制水的太阳能灌溉设备，其包括太阳能发电系统、管道
风机、管道、储水箱、灌溉喷头、抽水泵和抽水管；所述太阳能光电系统设置于地面上方，所
述储水箱设置于地面以下，管道有若干根，储水箱和管道相连，管道的另一端伸出到地面上
方，和管道风机相连，储水箱中设置抽水管，抽水管的上端伸出到地面上方，其顶部和灌溉
喷头相连，抽水泵和抽水管相连。
本发明中，所述太阳能发电系统由太阳电池方阵，蓄电池组，调节控制装置和阻塞
二极管组成。
本发明中，管道的截面为圆形或者椭圆形。
本发明中，管道风机有8-15 个。
本发明中，储水箱设置于地面以下2-3米。
本发明还提供一种使用上述太阳能灌溉设备的方法，具体步骤如下：首先开启太
阳能光电系统获得电能，接着开启管道风机，将地表以上的空气吸入地下的管道中，空气中
的水蒸气遇冷在管道内层凝结成水，集聚在储水箱中，最后利用太阳能光电系统提供的电
能，开启抽水泵抽水，通过抽水管顶部的灌溉喷头灌溉农田。
本发明利用降低环境温度来实现空气中的水蒸气的冷凝，进而汲取水分，实现灌
溉农田的目的。温度降到露点以下是水汽凝结的必要条件。水汽冷凝露点温度指空气在水
汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。当空气中水汽已达到饱和时，气温
与露点温度相同；当水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可
以表示空气中的水汽距离饱和的程度。本发明中，将空气吸入地表以下，由于地表以下温度
比地面上温度低，如图压力露点-大气露点换算图，随着管道深入地下，湿空气被压缩后，水
蒸气密度增加，温度也不过升，压缩空气冷却时，相对湿度便增加，当温度继续下降到相对
湿度达100%时，便有水滴从压缩空气中析出，这时的湿度就是压缩空气的“压力露点”。
在2米的深度，土壤温度大幅下降（在实验地点约5摄氏度），这时土壤周围的钢管
内的空气温度降低到足以形成凝结，因此能有效实现了空气中水蒸气的冷凝。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明设备结构简单、构思巧妙。
本发明设备采用太阳能为动力来源，用于灌溉时，成本低、能耗低，空气制水进而
灌溉效率高。
附图说明
图1为本发明太阳能空气制水灌溉方法采用的灌溉设备的示意图。
图2为压力露点-大气露点换算图。
图中标号：1-地表，2-管道风机，3-太阳能发电系统，4-灌溉喷头，5-抽水管，6-抽
水泵，7-储水箱，8-管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。
图1为本发明太阳能空气制水灌溉方法采用的灌溉设备的示意图。
实施例中，利用空气制水的太阳能灌溉装置包括太阳能发电系统3、抽水泵6、抽水
管5、储水箱7、管道8、管道风机2和灌溉喷头4；太阳能发电系统3主要由太阳电池方阵，蓄电
池组(储能装置)，调节控制装置，以及阻塞二极管组成；太阳能发电系统3是抽水泵6、管道
风机2的电力来源。抽水泵6安装在地面上，当储水箱7中的水集聚到一定量，抽水泵6通过抽
水管5将水抽取出来用以灌溉；储水箱7埋入地下，作为存储冷凝好的水的容器。通过两边管
道8进入的水和水蒸气，在储水箱7内冷凝且汇集；所述的管道8连接地面上的空气与储水箱
7，空气中的水蒸气随着管道深入地下冷凝成水；所述的管道风机2安装于管道最外端。当管
道风机2开始运转，地表1以上的空气就会被吸入地下，空气中的水蒸气便会冷凝成水；灌溉
喷头4位于抽水管5的头部，将储水箱7大量的水抽上来通过灌溉喷头4灌溉农田。本发明的
工作过程中，用非开挖定向钻机钻出路径铺设管道8。
实施例1
以西安市为例，采用本发明的太阳能灌溉设备进行灌溉处理。
实施例中，管道风机选用HTF（A）型轴式排烟风机，该风机风量2300～93800m³/h，
全压102～81Pa；管道风机为10个，取抽水泵100 m³/h，其功率为75kw。
假设风机每天正常运行，风量约为50000m³/h，单速功率15kw。
需总的功率为75＋15×10＝225kw
工作24小时，需225×24＝5400度电
太阳能有效时间一般在4小时左右每天
则需5400/4＝1350W太阳能板
由于消耗和控制器效率等问题需提高15%，用1600W的太阳能板功率的太阳能发电系
统。
每台风机每天的进风量约为![]()
m³
西安市年平均气温为14℃，该温度下饱和水汽密度d2=12.07g/m³。（查表1所示的大气
露点-水分含量关系表）。
表1大气露点-水分含量关系表
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实际水汽密度
![]()
注：RH表示相对湿度用。相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1
表示）和同温度下饱和水气密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 ×100%，其中：d1
和d2的数值可由图2所示压力露点-大气露点换算图得出。
每台风机每天收集的水分为
![]()
灌溉系统共用十台风机，则每天收集的水分为![]()
，
考虑到水分不能完全冷凝成水，损耗大致20%。
则每天可凝水
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。
以上，显然本发明可以有效实现空气制水，进而实现灌溉目的。