CN102550340A - 一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，包括集热系统和供热系统，所述集热系统包括太阳能集热器以及通过第一循环管路连通于所述太阳能集热器的水箱，所述供热系统包括通过第二循环管路连通于所述水箱的盘管式散热器、通过第三循环管路连接于所述水箱的分水器、集水器以及连接于所述分水器和所述集水器之间的地埋管换热器，其中所述盘管式散热器作为供热系统的供热器件，既可以使用所述水箱的热能供暖，也可以使用在非供暖季节蓄存于温室内的地下土壤中的所述地埋管换热器的热能供暖。本发明的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，实现了太阳能热量的季节性蓄存，温室供暖受季节和日照量的影响减小，能持续有效地为温室供暖，同时提高了太阳能利用效率。

Description

一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置

技术领域

本发明涉及太阳能供暖领域，尤其涉及用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置。

背景技术

温室是人工建立的适合于农作物生长的小气候系统。该系统的特殊性在于围护结构传热系数高，漏热快，且与常规建筑物相比基本没有蓄热能力，因此会出现冬季室内外温差较小，无法满足温室农作物的12-15℃的最低温度要求的问题。目前，温室的供热系统主要有两种形式，即热风供热系统和热水供热系统。热风供热系统，常采用燃油热风炉，即将温室内回风加热后，通过塑料薄膜风管或直接送出至室内。热风供热系统优点在于无需换热直接送风，投资较省，但热风系统会破坏一些作物的叶面使其病变，对农作物生长有一定影响，而且利用常规能源直接加热温室内空气，不仅耗能巨大，还易造成温室内气温分布不均匀，空气温度过高而地温仍偏低，满足不了喜温作物对地温要求的情况。热水供热系统类似于建筑中的热水供暖系统，所不同的是温室热水系统常采用地埋管道作为散热面。由于热水供热系统控制方便，温室温度场均匀，应用较为广泛。但热水由常规化石能源制取时由于热负荷大，造成耗能巨大，维持温室温度的费用高昂，在大规模应用时CO₂等温室气体排放量大。

太阳能作为最重要的可再生能源之一，以其资源总量大，分布广泛，没有污染，取之不尽用之不竭等优点，越来越受到重视。利用太阳能来解决人们日常生活中的供暖或者温室供暖也越来越成为环保节能的趋势。太阳能的热水供暖系统可以解决上述问题，但是由于地球表面上太阳能量密度较低，且存在季节和昼夜交替变化等特点，使得太阳能热水供暖系统在夜间和无日照期间的能量采集成为问题，从而使得太阳能热水供暖系统不可避免地存在很大的不稳定性，使太阳能利用效率也变得很低。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种特别是在冬季夜间和无日照期间能持续有效地为温室供暖的太阳能蓄热供暖装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，包括集热系统和供热系统，其中，集热系统包括太阳能集热器、通过第一循环管路连通于太阳能集热器的水箱，供热系统包括通过第二循环管路连通于所述水箱的盘管式散热器、通过第三循环管路连通于所述水箱的分水器、集水器以及连接于分水器和集水器之间的地埋管换热器，其特征在于，使用所述盘管式散热器作为供热系统的供热器件，该盘管式散热器分别与所述水箱连通来形成所述第二循环管路以使用所述水箱中的热能供暖，并且该盘管式散热器还与所述分水器、所述集水器以及连接于所述分水器和所述集水器之间的所述地埋管换热器连通来形成第四循环管路以使用所述地埋管换热器的热能供暖。

进一步地，所述各个循环管路还分别连接有用于控制该循环管路的开通与闭合的水泵和阀门。

该装置通过控制各循环管路的开通与关闭，可以将太阳能过剩季节太阳能集热器收集的热量通过地埋管换热器存储于地下土壤中，在太阳能不足的季节或期间利用存储于地下土壤中的地埋管换热器的热量为温室供暖，并且可以根据实际情况和需要，自由选择利用水箱中的太阳能集热器收集的热能供暖或者利用地埋管换热器中的蓄热的热能供暖。

可选地，该装置中的太阳能集热器为板式太阳能集热器，便于更好地收集太阳能。

可选地，该装置中的太阳能集热器为真空管式太阳能集热器，便于更好地收集太阳能。

进一步地，该装置中的第一循环管路中的水泵为防冻循环泵，防止冬季放置于户外被冻结。

进一步地，该装置中的地埋管换热器的地埋管为U形地埋管，便于更好的储存热量。

进一步地，该装置中的地埋管换热器由耐受温度为80℃以上的管材制成，避免由于水温过高导致地埋管破裂。

进一步地，该装置中的所述地埋管换热器布置于待供暖的温室中央的地下，用于在非供暖季节将太阳能集热器收集的太阳能热量蓄存于温室内的地下土壤，在供暖季节取回地下土壤中蓄存在所述地埋管换热器中的热量向温室供暖。

进一步地，该装置中的盘管式散热器布置于待供暖的温室中所种植的农作物的苗床的下部，供热方式类似于地暖系统，热量由下至上传递，室温分布均匀，可满足农作物对地温的要求。

本发明的有益效果在于：该用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置既可以使用水箱中太阳能集热器收集的热能提供温室的供暖，也可以使用地埋管换热器中跨季节长期蓄热的热能提供温室的供暖，特别是可以根据实际情况和需要，自由选择上述的蓄热和供暖方式。使用该用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，将上述使用水箱中太阳能集热器收集的热能提供温室的供暖和使用地埋管换热器中跨季节长期蓄热的热能提供温室的供暖结合起来，克服了一般的太阳能供暖系统供暖的不稳定性，实现了持续有效地为温室供暖，同时提高了太阳能的利用效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置的结构示意图；

图2是本发明中盘管式散热器在待供暖温室的苗床下的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体说明本发明的实施例。

如图1所示，一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，包括集热系统和供热系统，其中，集热系统包括太阳能集热器2、通过第一循环管路11连通于太阳能集热器2的水箱3，供热系统包括通过第二循环管路12连通于所述水箱3的盘管式散热器4、通过第三循环管路13连通于所述水箱3的分水器5、集水器6以及连接于分水器5和集水器6之间的地埋管换热器7，其中所述第一循环管路11上还连接有水泵81和阀门91和92，所述第二循环管路12上还连接有水泵82和83和阀门93、94、97和98，所述第三循环管路13上还连接有水泵82和阀门93、94、95和96，该装置中，使用所述盘管式散热器4作为供热系统的供热器件，分别与所述水箱3连接来形成所述第二循环管路12以使用所述水箱3中太阳能集热器2收集的热能供暖，并且与所述分水器5、所述集水器6以及连接于所述分水器5和所述集水器6之间的所述地埋管换热器7连通来形成第四循环管路以使用所述地埋管换热器7中跨季节长期蓄热的热能供暖。

实施例1

本实施例中，在一个待供暖的温室中使用本发明的太阳能蓄热供暖装置来为温室提供供暖，该用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置如图1所示，包括太阳能集热器2、通过第一循环管路11连通于太阳能集热器2的水箱3，通过第二循环管路12连通于所述水箱3的盘管式散热器4、通过第三循环管路连通于所述水箱3的分水器5、集水器6和连接于分水器5和集水器6之间的地埋管换热器7，其中所述第一循环管路11上还连接有水泵81和阀门91和92，所述第二循环管路上还连接有水泵82和83和阀门93、94、97和98，所述第三循环管路上还连接有水泵82和阀门93、94、95和96，并且盘管式散热器4和分水器5、集水器6以及地埋管换热器7形成第四循环管路，该第四循环管路还包括阀门95、96、97和98以及水泵83。其中，太阳能集热器2可以为板式太阳能集热器，也可以为真空管式太阳能集热器，本实施例中的太阳能集热器2是板式太阳能集热器，第一循环管路中的水泵81为防冻循环泵，地埋管换热器7的地埋管为U形地埋管。

将该太阳能蓄热温室供暖装置中的地埋管换热器7布置于温室的中央一个矩形区域的地下土壤一定深处，使该矩形区域和温室的围护结构之间保持一定距离并形成一个回字形，则该矩形区域及其四周的土壤可作为地埋管换热器7所蓄热量的围护结构，使收集的热量有效的储存于温室内。该地埋管换热器7由耐受温度为80℃以上的管材制成。同时，如图2所示，将作为供暖器件的盘管式散热器4布置于温室中所种植农作物的苗床14的下部，以使提供的热量在温室中从下往上传递，使室温达到要求温度，并保持室温均匀，满足农作物对室温的要求。

本实施例中用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置的工作方式如下：

在春、夏、秋季，温室不需供暖，工作方式主要为跨季节长期蓄热模式。首先，当太阳能集热器2的温度高于一定值时，通过图1所示的包括太阳能集热器2和水箱3以及阀门91和92和水泵81的第一循环管路11中阀门的开启和水泵的运行，以及循环管路中水的循环流动，利用太阳能集热器2收集的热量将水箱3中的水加热，即将太阳能集热器2的收集的热量存储到水箱3中。在水箱3中水温达到一定温度后，如太阳能集热器2的温度仍高于水箱3中水温，可继续蓄热，并开启包括分水器5，集水器6和地埋换热管7的第三循环管路13中的阀门93、94、95、96以及水泵82，通过该第三循环管路13中水泵82的运行和循环管路中水的流动，将水箱3中的热量通过地埋管换热器7储存到地下的土壤中，完成跨季节长期蓄热，即将水箱3中存储的热量通过地埋管换热器7存储到地下土壤中。具体可根据实际情况和要求设定各个循环管路开通的温度条件，本实施例中的具体实施动作如下：当太阳能集热器2的温度高于水箱3的温度到达第一预定阀值时，阀门91、92和水泵81开启，第一循环管路11开通，而当太阳能集热器2的温度高于水箱3的温度低于第二预定阀值时，阀门91、92关闭，水泵81停止，第一循环管路11关闭。当水箱3的温度高于地埋管换热器7的温度到达第三预定阀值时，阀门93、94、95、96和水泵82开启，第三循环管路13开通，而当水箱3的温度高于地埋管换热器7的温度小于第四预定阀值时，阀门93、94、95、96关闭，水泵82停止，第三循环管路13关闭。其中，第一预定阀值到第四预定阀值分别是本实施例中根据具体情况设定的控制各个循环管路的开通或者关闭的温度阀值。

在冬季，工作方式主要为短期蓄热模式、供暖模式以及防冻循环模式。其中，短期蓄热模式如上所述，将太阳能集热器2所收集的热量储存于水箱3中。供暖模式主要有利用地下土壤自行散热，利用短期蓄热即利用水箱3的热量供暖，利用跨季节长期蓄热即利用储存于地下土壤中的地埋管换热器7的热量供暖以及利用辅助热源供暖四种方式。利用地下土壤自行散热是利用作为地埋管换热器7所蓄热量的围护结构的土壤中的热量散发来为温室供暖。利用短期蓄热即利用水箱3的热量供暖，是通过图1所示的包括水箱3、盘管式散热器4和阀门93、94、97、98以及水泵82和83的第二循环管路12的开通，利用水箱3的热量通过盘管式散热器4为温室提供供暖。利用跨季节长期蓄热即利用储存于地下土壤中的地埋管换热器7的热量供暖是通过图1所示的包括盘管式散热器4、分水器5、集水器6、地埋管换热器7和阀门95、96、97、98和水泵83的第四循环管路的开通，利用地埋管换热器7的热量通过盘管式散热器4为温室供暖。利用辅助热源供暖是使用辅助燃油风炉为温室供暖。而防冻循环模式是指在冬季为了防止由于天气寒冷而导致放置于室外的第一循环管路11温度过低而冻结，通过开通包括太阳能集热器2、水箱3和阀门91、92和水泵81的第一循环管路11而使水箱3的热水循环流动于第一循环管路11中防止管路冻结。本实施例中，温室冬季的供暖首先考虑利用地下土壤散发的热量供暖，在其达不到供暖要求的情况下，利用短期蓄热即水箱3的热量供暖，如果利用短期蓄热即水箱3的热量供暖仍达不到要求的情况下，利用跨季节长期蓄热即利用储存于地下土壤中的地埋管换热器7的热量为温室供暖，如果上述几种供暖方式都不能满足温室供暖的需求，启动辅助热源供暖模式。其中各个供暖方式的启动温度条件可以根据实际情况自行设定，本实施例中的具体实施动作如下：当太阳能集热器2的温度高于水箱3的温度到达第五预定阀值时，阀门91、92和水泵81开启，第一循环管路11开通，当太阳能集热器2的温度高于水箱3的温度小于第六预定阀值时，阀门91、92关闭，水泵81停止，第一循环管路11关闭。当温室温度小于第七预定阀值并且水箱3的温度高于温室温度到达第八预定阀值时，阀门95、96关闭，水泵82停止，关闭第三循环管路13，阀门93、94、97、98开启，水泵83运行，第二循环管路12开通。当温室温度小于第七预定阀值并且水箱3的温度相比较于温室温度不高于第九预定阀值并且地埋管换热器7的温度高于温室温度到达第十预定阀值时，阀门93、94关闭，水泵82停止，同时阀门95、96、97、98开启，水泵83运行，第四循环管路开通。当温室温度低于第七预定阀值并且水箱3的温度相比较于温室温度不高于第十一预定阀值并且地埋管换热器7的温度相比较于温室温度不高于第十二预定阀值时，使用辅助燃油风炉为温室供暖。当第一循环管路11温度低于设定温度第十三预定阀值时，水泵81开启，第一循环管路11开通，当第一循环管路11温度高于设定温度第十四预定阀值时，水泵81停止，第一循环管路11关闭。其中，第五预定阀值到第十四预定阀值分别是本实施例中根据具体情况设定的各种动作模式的启动或者关闭的温度阀值。

综上所述，本实施例中通过使用本发明的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，实现了利用水箱短期蓄热和利用地埋管换热器跨季节长期蓄热相结合为温室供暖。由于作为主要供暖器件的盘管式散热器布置于温室中所种植农作物的苗床的下部，使得热量由下至上，室温均匀分布。同时由于使用水箱短期蓄热和地埋管换热器跨季节长期蓄热相结合为温室供暖使得太阳能供暖受季节性影响明显减小，能持续有效地为温室供暖，从而提高了温室内的供暖效果，并提高了太阳能的利用率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，包括集热系统和供热系统，其中，所述集热系统包括太阳能集热器以及通过第一循环管路连通于所述太阳能集热器的水箱，所述供热系统包括通过第二循环管路连通于所述水箱的盘管式散热器、通过第三循环管路连接于所述水箱的分水器、集水器以及连接于所述分水器和所述集水器之间的地埋管换热器，其特征在于，所述盘管式散热器作为供热系统的供热器件，与所述水箱连通来形成所述第二循环管路，以使用所述水箱的热能供暖，并且还与所述分水器、所述集水器以及连接于所述分水器、所述集水器之间的所述地埋管换热器连通来形成第四循环管路，以使用所述地埋管换热器的热能供暖。

2.如权力要求1所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述各个循环管路上还分别连接有用于控制所述循环管路的开通与闭合的水泵和阀门。

3.如权利要求2所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述太阳能集热器为板式太阳能集热器。

4.如权利要求2所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述太阳能集热器为真空管式太阳能集热器。

5.如权利要求2或3或4所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中连接于所述第一循环管路中的所述水泵为防冻循环泵。

6.如权利要求5所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述地埋管换热器的地埋管为U形地埋管。

7.如权利要求6所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述地埋管换热器由耐受温度为80℃以上的管材制成。

8.如权利要求7所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述地埋管换热器布置于待供暖的温室中央的地下，用于在非供暖季节将太阳能集热器收集的太阳能热量蓄存于温室内的地下土壤，在供暖季节取回地下土壤中蓄存的热量向温室供暖。

9.如权利要求8所述的用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置，其中所述盘管式散热器布置于所述待供暖的温室中所种植的农作物的苗床的下部。

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