CN101120644A - 太阳能多用可调控温室 - Google Patents

Abstract

太阳能多用可调控温室利用太阳能和保温通风技术，实现温湿度在很大范围内的有效调控，故可应用于蔬菜、果木的温室栽培，食用菌、菌肥和发酵工业生产，动物温室养殖以及农副产品、木材和药材等的高效干燥。由单个温室围合成的“四合院”式温室群及其阳光大院，可供机械化耕作。其关键构件是由光导板和玻璃组成的中空玻璃，它可将阳光100％地传入室内，而很少损耗；其关键组合是光导块的陈列结构，它可使阳光从日出到日落全天得到100％的利用，是一般采光设备效率的几倍，这对植物的高质高产起极大作用，也扩大了温室的其它用途和效益。

Description

太阳能多用可调控温室

本发明提供高效利用太阳能、适用于各种使用目的的温室，属于太阳能利用技术，是蔬菜苗木保护地生产、食用菌栽培、菌肥和发酵工业生产、动物温室养殖、农副产品加工和木材、药材干燥等的通用绿色设施。

20世纪80年代以来，具有中国特色的新型保护地设施——节能日光温室在我国北方广大地区普及起来。近10年来，我国各地包括西南等地区，这种设施的发展也很快。节能温室的面积正逐年扩大，取得了显著的经济、社会和生态效益。但这种温室利用太阳能的效率较低，主要表现在冬季的棚温不太高，白天仅20℃左右，夜晚则降到8℃左右，因此多数作物难以高产；温度主要受天气控制，其用途限于数量不多的几种蔬菜的反季节栽培，未能在其它领域广泛使用；在严寒地区有的还难免冻害，不得不用辅助热源。总之，现在的日光温室节能效果不够突出，使用领域不宽，各种效益还有巨大的拓展空间；它亟需革命，应在社会可持续发展中作出更大的贡献。

本发明主要应用了“太阳能全效建筑砌块等全方位传输构件”(专利申请号200620116884.8)技术，并借鉴利用了“免能耗全节省环境空调”(专利申请号200610092140.1)技术。本发明的总的特点是：温室完全不用能耗，温湿度等因素可大幅度调控，空间(平面范围和高度)可根据作物高矮和耕作机具大小选择，适用于南北方四季各种作物的优质高产，还能防止各种病虫害，是生产绿色食品的最重要设施。

本发明是这样实施的：

说明书附图中，图1是单个温室的平面图。图中1为南墙，2为北墙，3为东墙，4为西墙。南北墙间距8m以上，东西墙间距不限。5为室顶通风窗，有盖可开关。6为办公室(过渡间)。7为进温室的内门。8为进温室的外门。9为天网，由透明塑料网无缝连接制成，它起防止害虫飞入和在夏天起少量遮光作用，并且产生散射光。南北东西墙均为框架结构，因框架内充填的为非承重的围护结构。四墙结构基本相同。框架结构由薄壁钢管内充填混凝土加强。

图2为图1的A-A′(西东)向剖面图。图中3为东墙，它是安装在框架内的特殊的中空玻璃：该中空玻璃外侧为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)导光板13，内侧为普通玻璃14，13与14之间有密封边框15，边框厚20mm，即13和14之间的距离为20mm。中空玻璃内充有干燥空气，并放置干燥剂(小包，未画出)。这特殊的中空玻璃与墙的框架大小正好，有少量缝隙应填实封死，以保证隔热效果。所以中空玻璃可以根据框架结构的空间大小尺寸定制，成品不能再作切割。墙下为高度20mm的近地通风口，它内有固定的纱网16，可阻挡动物进入；外有可开启关闭的小窗门17。墙顶有面朝东南的PMMA光导板(上)和光伏电池板(下)12，其白天的发电量贮于蓄电池，供夜晚照明室内，并作为室内作物人工补光的部分光源。西头的11也是PMMA光导板(上)和光伏电池板(下)，但它面向西北方向。西头的其它结构与东头的一样。9为两块矩形(大小与温室顶一致)聚氯乙烯无滴棚膜在边缘粘合而成的大扁袋，其东头边缘留有许多小孔，西头有口，风机由此口向大扁袋内吹空气，风流将专用的泡沫塑料小球吹入大扁袋内(鼓风时风由小孔排出)，小球层为夜间保温。早晨则由风机将小球吸出，让塑料大扁袋透过阳光。

图3为图1的B-B′(南北)剖面，图中19为地面通风长孔的防动物纱网，20为地面通风长孔的开启小窗门，它分几段，可按通风需要开全部或其中几个。21和22为朝南和朝北PMMA光导板(上)和光伏电池板(下)，它们的电能也贮存到蓄电池供夜晚照明用。

图4是由图1的单个温室围成的四合院式温室群，S为南室，N为北室，E为东室，W为西室。各室的中空玻璃，南北两室的PMMA光导板均朝南和朝北，东室和西室均朝东和西。这4幢温室所包围的面积较大的空地(阳光大院SUN)，上面有桁架，桁架上有高强度、高透明度的塑料网10，网上有双层塑料大扁袋，大扁袋也可充盈泡沫塑料小球，起冬季夜晚保温作用。在这阳光大院只有棚顶可以进光和需要隔热保温，其四周的温室起到保温的作用，所以它是极好的采光保温空间，而这个空间只增加一个顶盖的成本。

需要说明的是，温室的北墙在冬天是照不到太阳光的，所以在上冻以前可用保温材料将它盖严。

中空玻璃是本项目的关键构件，其内外玻璃厚度均为6mm，两者间隙20mm，由厚20mm的边框限定。外层的PMMA光导板可以高效率的将太阳光引入室内。

PMMA光导板的正南陈列是本项目的又一关键技术。图5示PMMA光导板朝正南方向的陈列。该陈列由m行n列的单个光导板组成(图中m＝3，n＝4)。图5的左边为朝正南的(朝读者的)陈列，其中α₁为当地冬至日出时太阳的方位角之半，α₂为当地冬至日落时太阳的方位角之半。它们的角度以正南为零度，在东为负，在西为正，日出和日落的方位角是它们的代数和。α₁和α₄之间是一个等差级数，α₁最小，是首项，α₂是α₁加级差所得到的方位角；α₃是α₂加级差所得到的方位角；以此类推。α₄是这个等差级数的末项(这里项数n-4)。图右为左图的剖面图，示光导板由下而上各行的光导板的法线倾角，它们是I行的15°，II行的30°和III行的45°。这样的行数在高纬度地区取2行，在低纬度地区取3行。这样的陈列可以保证从日出到日落将太阳能100％的接收和传输。

与传统的塑料薄膜温室相比，本发明的特点如下：

1、接受的太阳能要增加好几倍。在塑料薄膜温室，只有在正午时分(入射角θ＝0)，才有近于100％阳光入射率；冬季太阳高度角低，入射率普遍很低。PMMA光导板能在较大的范围内将光能100％的引入室内。

2、散失的热量要降低1倍以上。在塑料薄膜大棚条件下，其热量消耗主要通过覆盖材料和围护结构散热，占总耗热量的75％-80％；结构裂缝、门窗等消耗热量5％-6％；土壤横向传热占13％-15％。因此，在东北冬天其白天有阳光时的最高棚温只有20℃，夜晚则低于8℃。在本项目的中空玻璃的高效引光和隔热的作用下，其热量损失可比大棚减少70％以上。在室顶由于用泡沫球充填，其夜间损失也会减少80％。由于温室是规整的六面体，所以它的散热面积要小于传统的日光大棚，这也可以减少很多热量损失。

3、日贮夜放的热量数倍于大棚。在大棚，入棚的部分阳光，几乎全照在植株上(主要在叶部)，直射土壤的仅仅是点点光斑，故土壤升温低于气温，其所贮热量很有限。土壤热容量在自然界是仅次于水的热容量的物质，但这种土壤的大热容量在大棚条件下并未得到充分利用。在光导板射出的阳光，以锥形光束射出，通过空气和普通玻璃后，辐射光的上面部分照亮植株，而向下部分则射向叶、茎、杆下部和土壤，有相当多的阳光直接加热土壤。土壤颜色深、又潮湿，它能更多地贮存热量(白天的土温高于气温)。这贮存的大量热量在夜晚释放出来，可保证夜间温度不会降低。

4、能更好地发挥植物体各部分的光合作用效率。据“十五”攻关成果，植物的光合作用除了叶片外，还有花托、叶托、茎、干等的绿色部分，在自然光照条件下，得到充足阳光的只有叶片的正面，其它各部分就很少或没有接受阳光的机会，很少有光合作用。在本项目有部分阳光是由下而上照射的，还有大量散射光，这就可使所有绿色组织起光合作用，可提高植物的碳水化合物的积累，提高作物的产量和品质。

5、温湿度调控能力很强。主要由于南墙的特强的输光能力，有了它即使在我国最冷的城市齐齐哈尔(北纬47°20′)和哈尔滨(北纬45°45′)，在冬季单靠太阳能也足以使室温达到高温作物所需的温度。更高的温度在需要时也可以达到，只要增加光导板的高度(面积)。在一般大棚条件下，冬季的通风与保温是矛盾的，但在本项目由于太阳能极为富裕，为调湿和供气(二氧化碳)的通风也可按需进行，它不影响温度的设定。

6、这种温室可有多种用途，且效率很高。前面是将温室用于种植，这里先介绍由于温湿的可任意调控，给作物带来很多好处：延长了光合作用的时间(全天日照)；光照由自然光的由上至下，又增加了由下至上，使叶面的正反面、叶下很少受光的花托、叶托、茎、干等绿色部分都发挥了其本有的光合作用。由于阳光从各光导板以圆锥体状向室内散射，室内布满了散射光，又由于延长了早晚的光照时间，这早晚的直射光中散射光量很多。在散射光中红光和黄光很多，占50％-60％，其中的红光对蔬菜作物的光合作用是不可或缺的；由于可加强通风，因作物特性和作物不同生长阶段的特殊需要而控制室内的温湿度也成了可能，这可使作物生长旺盛，和避免某些微生物造成的病害；由于通风口和室顶普遍增加塑料网，可有效防止各种虫害；生物肥料的使用必须有较高温度，它在塑料大棚的温度条件下，很难起到好的肥效。本项目为使用生物肥料提供了理想的温湿度条件。上述诸多因素必定会引起温室种植业的革命性变化，大大提高温室的增产提质和增值效果，是绿色生产普及的必要条件。

它可实现动物的温室养殖，使养殖业高产和降低成本。

由于可将温度调到很高(60-70℃以上)，又可加强通风，还可将阳光引导直射到待干燥物表面，这将使太阳能干燥工艺进入高效时代，实现仅用太阳能就能对木材、药材、果蔬、菌肥等的快速高质量的干燥。

周围四墙的高度和圈定的面积可因需要增减，如准备种植果木就可将墙高增加到果树的高度，如拟用大型拖拉机则高度和院的面积要适应拖拉机的需要。要特别指出的是南墙的高度与它能接受的阳光量成正比，所以，墙的增高不会造成经济损失，还有收获——当用不了太多的阳光时，还可以光伏发电并网。

Claims (10)

1.太阳能多用可调控温室可单个建设，也可建成“四合院”式的，其特征在于：

a、以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光导板增强接受光的能力；

b、以冬至日出、日落的方位角和太阳高度为依据安排光导板的法线方位与倾角；

c、全天100％地利用太阳能；

d、可大幅度调控温湿度。

2.根据权利要求1所述特征，以光导板陈列作为整个南墙面的取光源。

3.根据权利要求1所述特征，光导板射出的阳光有向上、平射和向下的。

4.根据权利要求1所述特征，墙底和顶棚均设可开关的窗口。

5.根据权利要求1所述特征，墙底通风窗口和天棚设防虫网。

6.根据权利要求1所述特征，以风流吹(吸)泡沫塑料小球进(出)塑料大扁袋。

7.根据权利要求1所述特征，用东、南、西、北的四个单独温室围成阳光大院。

8.根据权利要求1所述特征，单独温室或温室群四合院可根据作物株高和耕作机械需要确定墙高和阳光大院范围。

9.根据权利要求1所述特征，阳光大院做耕作区和贮热区。

10.根据权利要求1所述特征，太阳能有多余的，光导板耦合光伏电池板发电，供照明。

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