CN101755638A - 农业温室太阳能集储热系统 - Google Patents

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刘强强
张大战
左然
丁刚
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Abstract

本发明公开了一种将农业温室北墙与太阳能集热、相变储热结合为一体的主动式太阳能温室集储热系统，它将太阳能吸热板和装有相变储热材料的储热单元集成在农业温室内的北墙，白天，阳光照射在吸热板上，将太阳辐射能转化为热能，吸热板升温后将热量传递给储热单元。储热单元内部的相变材料受热融化，储存热量。夜间，储热单元通过辐射向温室缓慢散热，当温度过低时启动风机，带动空气流动，使热量快速从储热单元中取出，供温室夜间采暖。从而实现了农业温室白天储热、夜间供暖的目的。本发明结构简单，占用面积小，热效率高，在消耗极少量常规能源(风机电能)的条件下，可以充分利用太阳能以及温室自身的保温隔热性能，有效提高农业温室夜间温度，进而提高农作物产量。

Description

农业温室太阳能集储热系统
一、技术领域
本发明涉及太阳能热利用和农业温室技术，特指一种将太阳能集热和相变储热技术结合，应用于农业温室的太阳能温室集储热系统。
二、背景技术
人类对太阳能的利用由来已久，各种选择性吸收涂层和保温隔热材料的发明，使得人们能够高效地利用太阳能，用于提供家用热水和建筑采暖。但是在农业温室领域，利用太阳能的水平仍较低，基本局限于被动地接收太阳辐射。如果能够主动地吸收太阳能和白天温室内的热量，并将热量加以储存，用于夜间温室供暖，将会大大提高太阳能温室的生产效率和利用水平。
近年来，我国设施园艺工程迅速发展，各种农业温室规模不断扩大，农业温室的面积已占世界首位。然而，传统的日光温室和塑料大棚的应用存在着重大的不足。例如，在我国大部分地区的冬季，白天日光温室内的温度很高，经常超过植物生长所需温度，多出的热量往往被浪费掉；而夜间的低温经常冻坏或者阻碍植物生长。为了满足夜间植物生长的要求，必须采用传统能源如热风炉等为温室供暖。这种方法不但增加了生产成本，而且污染环境。目前已有若干种主动式供暖和储热的太阳能温室解决方案，但仍存在许多技术和成本问题。
专利“太阳能蓄热式温室”(申请号：200820103491.2)提出在温室内布置太阳能热水器和保温水箱，利用水箱白天储存加热的热水，夜间向温室供暖。但水的显热储热能力不够大，需要大量体积蓄水，成本过高，而且水的循环存在泄漏问题。
专利“主动式太阳能温室集热储热系统”(申请号：200810236220.9)提出一种结合太阳能空气集热和土壤蓄热的主动式太阳能农业温室，该方法太阳能集热器需布置在温室外两侧，需占用较大的面积。
专利“储热型日光温室”(申请号：200820211843.6)提出在温室屋顶安装太阳能空气集热器，在种床土壤层下部设置内装砾石的储热池，利用热空气在集热器与储热池之间传递热量。但温室屋顶需要透光，安装太阳能集热器面积有限，而且热空气所走路径过长，热损耗较大。
三、发明内容
本发明提供一种将农业温室北墙与太阳能集热、相变储热结合为一体的主动式太阳能温室集储热系统，它只利用温室北墙，结构简单，占用面积小，热效率高。在只消耗极少量常规能源(风机电能)的条件下，可以充分利用太阳能以及利用温室自身的保温隔热性能，有效提高农业温室夜间温度，进而提高农作物产量。本发明是这样实现的：将太阳能集热板和装有相变储热材料的储热单元集成在农业温室内的北墙，储热单元紧贴在太阳能集热板的后方。白天阳光照射在太阳能集热板上，将太阳辐射能转化为热能，太阳能集热板升温后将热量直接传递给储热单元。储热单元内部封有相变材料，相变材料受热融化，储存热量。夜间储热单元通过辐射向温室缓慢散热，当温度过低时启动风机，带动空气流动，使热量快速从储热单元中取出，供温室夜间采暖。
系统的结构如图1和图2所示。其中保温隔热材料铺于农业温室北墙内侧，装有相变材料的储热单元叉排式布置于保温隔热材料表面，紧贴储热单元装有镀有选择性吸收涂层的太阳能集热板。透明保温板和保温隔热材料将储热单元和集热板密封起来，在透明保温板和太阳能集热板之间形成一个空气腔体。出口处连接风机，温度传感器和风机相连。
本发明工作时，设定好白天和夜间温室内所需的温度，温度传感器将根据温室温度控制风机的启停。白天，当温室内的温度高于设定温度时，风机启动，将温室内的空气抽入气腔预热，再进入储热区域，在储热区域，空气继续受太阳能集热板加热，同时与储热单元充分对流换热，将热量传递给储热单元储存。夜晚，当温室内的温度低于设定温度时，风机启动，利用空气的流动换热，将白天储存在储热单元的热量送入温室内。从而实现白天调节温室温度、夜晚为温室供暖的目的。
四、附图说明
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
图1是系统结构示意图。
图2是储热单元布置示意图。
图中所标部位分别为：1、墙体；2、保温隔热材料；3、储热单元；4、太阳能集热板；5、透明保温板；6、气腔；7、空气进口；8、空气出口；9、温度传感器；10、风机。
五、具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步说明。
白天太阳能集热板4吸收太阳辐射能，并将其转化成热能。由于透明保温板5和保温隔热材料2的保温作用，太阳能集热板4的两侧形成高温区。设定好白天和夜晚温室内所需的温度后，温度传感器9将根据温室温度控制风机10的启停。白天，当温室温度高于设定温度时，温度传感器9启动风机10，将温室内的空气从空气进口7抽入气腔6预热，再进入储热区域，在储热区域，空气继续受太阳能集热板4加热，同时与储热单元3充分对流换热，将热量传递给储热单元3储存。夜晚，当温室温度低于设定温度时，温度传感器9启动风机10，将温室内的空气从空气进口7抽入储热区，进入储热区的空气在流动过程中与储存了大量热量的储热单元3对流换热，并吸热升温，最后从空气出口7流入温室。如此循环，全天调节温室内空气的温度。

Claims (4)

1.一种农业温室太阳能集储热系统，该系统置于温室北墙内侧，与墙体结合为一体。保温隔热材料(2)在最内侧，紧贴墙体(1)，透明保温板(5)在最外侧，朝向温室内部。从保温隔热材料(2)到透明保温板(5)，从里到外，依次排布有保温隔热材料(2)、储热单元(3)、太阳能集热板(4)、透明保温板(5)。储热单元(3)两个端面分别与太阳能集热板(4)和保温隔热材料(2)紧密接触，储热单元(3)之间有空气间隙，供空气流动换热。在太阳能集热板(4)与透明保温板(5)之间有气腔(6)，温室内的空气从进口(7)流入气腔(6)，受太阳能集热板(4)预热后流入储热区。太阳能集热板(4)镀有选择性吸收涂层，储热单元(3)内部填充相变储热材料。
2.根据权力要求1所述的农业温室太阳能集储热系统，其中保温隔热材料(2)与透明保温板(5)将储热单元(3)和太阳能集热板(4)密封起来，在透明保温板(5)和太阳能集热板(4)之间形成气腔(6)。空气出口(8)处有温度传感器(9)和风机(10)。
3.根据权力要求1所述的农业温室太阳能集储热系统，其中储热单元(3)为圆柱体，圆柱体的一个端面与太阳能集热板(4)紧密接触，另一个端面与保温隔热材料(2)紧密接触，各个圆柱体呈叉排式布置，相邻圆柱体之间有间隙，供空气流动换热。
4.根据权力要求1所述的农业温室太阳能集储热系统。白天，当温室内空气的温度高于设定温度时，风机(10)启动，将温室内的空气抽入气腔(6)预热，再进入储热区域，在储热区域，空气继续受太阳能集热板(4)加热，同时与储热单元(3)充分对流换热，将热量传递给储热单元(3)储存。夜晚，当温室内空气的温度低于设定温度时，风机(10)启动，将白天储存在储热单元(3)内的热量通过空气流动送入温室内。
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PB01 Publication
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