[发明专利]一种使植物叶片表面结霜的装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于农业气象灾害监测与控制领域，具体涉及模拟植物结霜环境的技术，本发明为植物霜冻害试验提供了一种装置与方法。

背景技术

霜冻是我国四大灾害之一，研究植物霜冻机理对减小霜冻危害，提高作物产量具有重要意义，在早春时节容易发生辐射型霜冻，植物叶片表面上经常会有结霜，俗称白霜或辐射霜，白霜会加速植物叶片内细胞破裂的速度，因此不利于植物霜冻的保护，因此研究白霜的生成对于植物霜冻保护具有重要意义。结霜多发生在晴朗无风的夜晚，植物除了与空气对流换热外，还向大气散发热量，所以其体温比气温明显偏低，当叶片温度低于周围空气的霜点时，空气中水汽就会在叶片上凝结，因此可以看出，叶片结霜主要与叶片温度，周围空气温度，空气相对湿度以及周围气流速度大小有关。

限于田间试验周期较长，不确定因素多，季节性明显，而且受地域限制，因此目前常用人工气候箱来模拟霜冻环境，其原理是通过强对流制冷原理，即风道内风机将热空气吸入风道内，通过蒸发器对流换热使空气冷却，再通过风机使冷空气吹入箱体中，由于该装置降温原理与植物结霜机理明显不同，因此并不能是植物结霜。

植物叶片表面结霜的必需条件为植物叶片温度低于周围空气的霜点，因此可以通过辐射制冷的原理实现，国内授权公告号为CN2513043Y的“辐射冷却吊顶的防结露装置”的专利文件介绍了一种辐射冷却吊顶的防结露装置，在吊顶表面设置一层或多层对室内物体辐射光波具有较高透射率的隔离层材料，材料之间以及吊顶表面之间形成与室内空气隔离开的气体或真空夹层，可以防止吊顶表面结露以及形成下降气流，缺点是霜冻环境温度相对于室内建筑环境温度要低很多，空气夹层的热阻并不能防止薄膜夹层的结露或结霜。

罗超等人为研究翅片管式蒸发器结霜性能，建立了结霜性能试验台，在低温工况下，对一小型间冷式制冷装置的蒸发器结霜过程进行了研究，考虑了空气相对湿度、空气流速，制冷剂流量等对蒸发器性能的影响，但其研究对象蒸发器为主动降温，活体植物(5)叶片则是由于辐射换热为被动降温，所以结霜环境不一样，所以此装置并不适用于植物结霜。

美国登记号为H229的专利提出了可以实现样品结霜的一种装置，该装置通过一个调解箱将空气温度与湿度调制到设定值，通入到放置有样品的试验箱中，然后开启箱顶的蒸发器吸收植物发射的长波，但是其箱顶蒸发器容易结霜，制冷效率大大降低，湿度的控制比较复杂，而且箱体中未考虑风速的控制。

澳大利亚H.Marellous设计了一种实现植物结霜的装置，通过对流使箱内空气温度与植物叶片温度降低到设定值，然后打开箱体顶部的蒸发器，不断吸收植物叶片发射的长波能量导致植物叶片温度降低，通过双层薄膜隔离了辐射制冷与对流制冷，空气湿度的控制是通过在箱体中放置冰水混合物，但双层薄膜的设计降低了装置的长波透射性，从而使辐射换热效率降低，另一方面该冰水混合物产生的湿度不可控，造成箱体壁面结霜而影响传热效果，从而造成能源浪费。

现有技术中，没有模拟风速的装置，箱体内的空气相对湿度不可控，因此影响结霜的控制参数不齐全或不可调节，而且参与辐射换热的制冷蒸发器的效率不高，同时造成了能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使植物叶片表面结霜的装置与方法，通过增加风速调节系统(3)，以实现试验箱(22)内风速的调控；通过湿度控制系统(6)向试验箱(22)内通入湿气，以简化加湿方法而且加湿量可控；通过将辐射蒸发器(73)放置在试验箱(22)底部，达到只使用一层薄膜就可达到辐射换热目的，从而增大蒸发器与植物的辐射换热效率，提高能源利用效率。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：