CN102986479A - 一种温室大棚内能源综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温室大棚能源综合利用系统，尤其涉及一种适用于昼夜温差大、冬季气温低以及连续阴雨季节使用的温室大棚能源综合利用系统，主要是通过各种能源利用技术来提高温室大棚内的各种能源利用效率，属于温室大棚技术领域。包括了太阳能集热系统、地下蓄热系统、高效换热系统、控制系统、地下散热系统、补液水箱、循环泵、风机、蓄热箱体构成。在温室增温中结合太阳能热利用技术、热交换技术及蓄热技术大幅度的提高了温室能源利用率，具有很大的技术和经济优势，系统不但能够维持种植物根系所需的合适土壤温度，还能保证温室植物对室温的要求。可使作物达到速生、高产、优质、高效益的效果。提高了目前温室大棚对太阳能的利用，减少原先的能源消耗，降低生产成本，增加生产周期，具有很高的经济和社会效益。

Description

一种温室大棚内能源综合利用系统

技术领域

本发明涉及一种温室大棚能源综合利用系统。

背景技术

众所周知，室温和土壤的温热状况不仅对植物的生长、发育、繁殖有很大的影响，而且对土壤中的水、气、养分等条件也都有影响。因此，温度条件是温室大棚生产中应该注意的基本条件。

温室是人类在建筑场所内控制和模拟自然气候从事植物栽培的一种畜牧园艺设施，主要是为植物生长、发育、繁殖提供适宜气候条件。目前，我国推广日光温室40×104 ha(公顷)以上，在一些大中城市郊区温室栽培面积增长较快，已超过当地菜田的10％以上，已初步形成了符合国情的温室生产体系。

在我国北方的广大地区由于深秋、冬季、和早春季节气候寒冷且昼夜温差较大，低温限制了蔬莱的生长，使蔬菜产量大幅下降。如何在较冷的季节获得较高的土壤温度，一直以来是温室大棚种植的核心问题。为了满足作物生长的要求，大多数温室除了白天靠太阳辐射外还要进行人工加温。现阶段，我国温室常用的加温方式有烟道加温、热风炉加温、蒸汽加温、电热器加温等。这些传统的加热方式存在着两大问题：一是这些加温方式追根到底所使用的能源都是来自于化石燃料煤炭，煤炭是不可再生的，而且煤炭燃烧可产生大量的CO²、CO、SO²、NO等有害气体，污染环境；二是用传统的地上加热方式，对温室的气温提高较多，但对地温的提高较少，不利于作物生长；三是在目前的温室大棚能源利用中存在着能源利用效率低下，能源浪费严重的问题。在昼夜交替情况下,会存在湿度过大的情况,如茄果类蔬菜生长发育适宜的湿度范围为50—60%，西瓜、西葫芦、甜瓜等瓜类生长发育适宜的湿度范围为40—50%,湿度过大会引起蔬菜的不适生长,并诱发病虫害等。在综合利用天然热源的基础上，还可以从大棚内的空气中吸收热能，同时控制大棚内的湿度，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种温室大棚能源综合利用系统。

本发明要解决的问题是现有温室大棚中化石资源使用率高，产生环境污染，并存在温室内加温不均匀及能源利用率不高的问题。

为实现本发明提供一种温室大棚能源综合利用系统，包括土壤换热装置，其特征在于，所述的土壤换热装置通过第一水泵和蓄热装置连接成第一循环回路，该蓄热装置的热能通过该第一回路，释放给土壤换热装置；

所述的蓄热装置通过第二水泵和/或第一水泵和太阳能集热装置连接成第二回路，该太阳能集热装置汇集的热能通过第二回路，储存在蓄热装置。

所述的蓄热装置2的换热管道3通过第一水泵或/和第二水泵和空气换热器8连接成第三回路。

所述的蓄热装置2通过第一水泵或/和第二水泵和空气换热器8连接成第四回路。

所述的蓄热装置2通过第一水泵和土壤换热装置5连接成第五回路。

所述的空气换热器8通过第二水泵和土壤换热装置5连接成第六回路。

所述的先端太阳能热利用技术是指高效利用太阳能的集热技术，具有高热效，高水温等技术特点。

所述的太阳能集热系统主要进行能量的收集和输送，其与蓄热系统间有相应管路连接。

所述的新型蓄热技术是指水蓄热和土壤蓄热相结合的新型技术。

所述的高效换热系统包括水箱换热盘管系统和土壤换热盘管系统，其与水蓄热系统及土壤蓄热系统相连接。

所述的地下蓄热系统包括水蓄热系统和土壤蓄热系统。

所述的控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行。

所述的地下散热系统材料为耐温高传热材料，其与高效换热系统相连接。

所述的控制系统附带有管路防冻控制，当严寒季节夜晚将会自动启动防冻伴热带。

本发明的优点是：温室大棚能源综合利用系统是通过在先端太阳能热利用技术基础上，结合新型蓄热技术、高效工质换热技术的温室技术，具有明显的增温效果。综合各种能源的利用特点和利用土壤热容量大的特点，实现温室能量的最大化储存，热能的最优化利用以及夜晚温室持续平稳供热。不仅可以将热量保持至夜间，甚至可以保持多天，从而达到节约能源，作物高产的目的。同时利用风机直接将白天温室内的热空气导入地下进行了能量的储存，不但能解决现有温室大棚存在的问题，提高温了室内气温，更重要的是同时提高了温室内的地温，保证了作物生长所必须的热量，促进作物的新陈代谢，使作物生长处于最佳状态，克服了传统地上加热方式所存在的问题。在温室增温中结合太阳能热利用技术、热交换技术及蓄热技术大幅度的提高了温室能源利用率，具有很大的技术和经济优势，系统不但能够维持种植物根系所需的合适土壤温度，还能保证温室植物对室温的要求。可使作物达到速生、高产、优质、高效益的效果。提高了目前温室大棚对太阳能的利用，减少原先的能源消耗，降低生产成本，增加生产周期。

附图说明

图1是本发明第一实施例中一种温室大棚内能源综合利用系统连接结构示意图；

图2是本发明第二实施例中一种温室大棚内能源综合利用系统连接结构示意图；

图3是本发明第三实施例中一种温室大棚内能源综合利用系统连接结构示意图；

图4是本发明第四实施例中一种温室大棚内能源综合利用系统连接结构示意图。

图中：1为太阳能集热装置、2为蓄热装置、3为蓄热装置的换热管道、4为第一水泵、5为土壤散热装置、6为自动补液水箱；7为第二水泵；8为空气换热器；9为泄水阀；10、温室；11、为调节阀一；12为调节阀二；13为调节阀三；14为调节阀四；15为调节阀五；16为调节阀六；17为旁通调节阀。

具体实施方式 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种温室大棚内能源综合利用系统包括了土壤散热装置5，该土壤换热装置5位于温室10的土地的下面；第一水泵4；蓄热装置2，该蓄热装置包括水蓄热系统和土壤蓄热系统；太阳能集热装置1, 该太阳能集热装置是利用功能型流体提高太阳能集热效率的太阳能热利用技术，具有高热效，高水温等技术特点。蓄热装置的换热管道3；自动补液水箱6； 9为泄水阀等，其中，土壤换热装置5通过第一水泵4和蓄热装置2连接成第一循环回路，该蓄热装置2的热能通过该第一回路，释放给土壤换热装置5；如图具体的，保持调节阀一11、调节阀二12、调节阀三13开启，其他阀门关闭，则第一回路为从第一水泵4从蓄热装置2的换热管道3中吸取水量，该水量在蓄热装置2中与蓄热装置2内的蓄热介质换热后，经第一水泵4加压输送到土壤换热装置5的管道中，与土壤进行换热，由于蓄热装置一般会通过太阳能集热来搜集热能，所以是蓄热装置2的换热管道3中温度更高，即蓄热装置的热能通过该第一回路，释放给土壤换热装置。在夜间或冬天较冷情况，可以通过释放蓄热装置中的热能，提高温室内土壤的温度，从而提高植物的生长发育。

同样的，保持调节阀四14和调节阀五15开启，其他阀门关闭，则第二回路为第一水泵4加压是水经过太阳能集热装置1，经过加热的水流向调节阀二12，进入到蓄热装置2中，提高了蓄热装置2中介质的温度，而蓄热装置2中介质进入第一水泵4的入口，从而形成第二回路，经过通过运行第二回路，太阳能集热装置1收集太阳热能，并储存在蓄热装置2中，提高了蓄热介质的温度。通过间隔运行第一回路和第二回路，可以充分的吸收太阳的热能，储存起来，解决了温室内的土壤需要靠空气传热来加热，且加热量不足的问题。

 实施例二 如图2所示为本发明实施例二的系统图，与实施例一的不同之处在于，该系统还包括在温室10中还设置了空气换热器8和与之连接的管路，该空气换热器8包括风扇，通过循环温室内的空气和蓄热装置2的换热管路3内的水进行换热。本实施例中，蓄热装置2可以把热能通过空气换热器8传给温室内的空气，具体的，调节阀四14和调节阀六16开启，其他阀门关闭，在蓄热装置2中换热管道3中的水经过蓄热介质换热后，成为带有热能的水，经过第一水泵4加压后的进入空气换热器8，经空气与热水介质换热后，温室内的空气温度升高，降温后的水进入换热管道3中，形成第三回路。该回路中通过第一水泵4把蓄热装置2中的热能通过空气换热器8传到空气中，提高温室的空气温度，这样在阴雨天气可以在没有日晒的情况下，保持温室内有适宜的温度，提高植物的生长发育。

参考图4，可以通过同时使用第一水泵4或者第二水泵7，或者两者同时使用，而实现上述功能。即，蓄热装置2的换热管道3通过第一水泵或/和第二水泵和空气换热器8连接成第三回路。

实施例三 如图3所示，本实施例三与实施例二的不同之处在于，在经过空气换热器8和土壤散热装置5后的汇合点A后，有连通到调节阀二和蓄热装置之间的管路的旁通调节阀17。这样开启调节阀六16、旁通调节阀17和调节阀三13，关闭其他调节阀，就可以实现空气换热器8与蓄热装置2中的蓄热介质进行直接热交换，这样更好的提高了换热的效率。即，蓄热装置2通过第一水泵或/和第二水泵和空气换热器8连接成第四回路。

同样的，土壤散热装置5也可以从蓄热装置2直接通过蓄热介质进行直接热交换，开启调节阀五15、旁通调节阀17和调节阀三13，关闭其他调节阀，蓄热装置2中带有热能的储热介质水，经过第一水泵4加压后的进入空气换热器8，经空气与蓄热介质换热后，温室内的空气温度升高，降温后的水进入蓄热装置中。即，蓄热装置2通过第一水泵和土壤换热装置5连接成第五回路。

实施例四 如图4所示，本实施例四与实施例三的区别在于，在在调节阀五15和调节阀六16的进口节点之间的管道上，设置有第二水泵7，在系统内串联关系的水泵都设置有防逆转的单向阀。设置第二水泵7可以辅助第一水泵共同完成换热介质的循环，另外，开启调节阀五15和调节阀六16，关闭其他调节阀和第一水泵4，从土壤散热装置5中的介质水经第二水泵7的抽吸加压后，进入空气换热器8和温室内的空气换热，提高了温度的水再进入土壤散热装置5中向土壤散热，提高土壤的温度；即空气换热器8通过第二水泵和土壤换热装置5连接成第六回路。在连续的阴天后或者蓄热装置检修，则土壤温度会降低的比较明显，而对植物产生不利影响。这时大棚的内部空气温度高时，可以降低空气温度多吸收太阳热能，同时热能传到给土壤，提高土壤温度而提高综合植物生长发育。同时，由于土壤温度低，空气换热器8的换热温度低，可以有效冷凝温室内的水分，从而降低温室内的湿度，可以提高作物的生长和降低温室内水分的损失。

 通过太阳能集热装置1在晴好天气下对太阳能进行集热，并把吸收到的太阳能热量利用第一水泵4和\或第二水泵7输送到蓄热装置2储存起来。当夜晚或阴雨天温室温度降低达到设定值时，蓄热装置2进行放热工作，利用换热管道3或蓄热装置2直接和土壤散热装置5对温室的土壤进行加热，维持温室的种植土壤的温度。分别\同时蓄热装置2进行放热工作，利用换热管道3或蓄热装置2直接和空气换热器8对温室的空气进行加热，维持温室的空气温度。本发明提出了6种循环回路，分别可以实现各自的功能，有效的组合这些功能，以此不断进行系统循环运作，实现大棚内能源的综合高效利用。

为了提高温室大棚内能源综合利用系统的利用效率和控制方便性，第一水泵（4）以及第二水泵(7)和所有调节阀的运行的控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行，附带有管路防冻控制，当严寒季节夜晚将会自动启动防冻伴热带。该系统的调节阀采用电动阀，同时根据对土壤温度、空气温度\湿度、蓄热装置温度的检测，以及是否达到设定值，而对以上系统实现自动控制。

整个系统所涉及的设备及其附件都具有很高的经济性以及环保性，保证了整个系统具有造价低，效率高，成本回收周期短等特点，同时，控制系统还设置有管路防冻控制，当严寒季节夜晚将会自动启动防冻伴热带，防止管道冻裂，保证系统的安全性。

Claims (8)

1.为实现本发明提供一种温室大棚能源综合利用系统，包括土壤换热装置(5)，其特征在于，所述的土壤换热装置(5)通过第一水泵(4)和蓄热装置(2)连接成第一循环回路，该蓄热装置(2)的热能通过该第一回路，释放给土壤换热装置(5)；所述的蓄热装置(2)通过第二水泵(7)和/或第一水泵(4)和太阳能集热装置(1)连接成第二回路，该太阳能集热装置(1)汇集的热能通过第二回路，储存在蓄热装置(2)。

2.根据权利要求书1所述的系统中，其特征在于：所述的蓄热装置(2)的换热管道(3)通过第一水泵(4)或/和第二水泵(7)和空气换热器(8)连接成第三回路。

3.根据权利要求书1所述的系统中，其特征在于：所述的蓄热装置(2)通过第一水泵(4)或/和第二水泵(7)和空气换热器(8)连接成第四回路。

4.根据权利要求书1所述的系统中，其特征在于：所述的蓄热装置(2)通过第一水泵(4)和土壤换热装置(5)连接成第五回路。

5.根据权利要求书1所述的系统中，其特征在于：所述的空气换热器(8)通过第二水泵(4)和土壤换热装置(5)连接成第六回路。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统中, 其特征在于：所述的太阳能热集热装置(1)是指利用功能型流体提高太阳能集热效率的太阳能热利用技术，具有高热效，高水温等技术特点。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统中, 其特征在于：所述的蓄热装置(2)包括水蓄热系统和土壤蓄热系统。

8.根据权利要求1至5中任一项所述系统中, 其特征在于：所述的第一水泵（4）以及所有调节阀的运行的控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行，附带有管路防冻控制，当严寒季节夜晚将会自动启动防冻伴热带。

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