CN102715039B

CN102715039B - 光电一体化日光温室后墙及生产方法

Info

Publication number: CN102715039B
Application number: CN2012102324063A
Authority: CN
Inventors: 倪明镜; 马承鸿; 田宝利
Original assignee: INNER MONGOLIA DAYOUGUANG ENERGY CO Ltd
Current assignee: INNER MONGOLIA DAYOUGUANG ENERGY CO Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: CN102715039A

Abstract

本发明为一种光电一体化日光温室后墙及生产方法，涉及太阳能的转化利用和墙体保温技术。主要包括墙体和固定在墙体上的太阳能电池板，墙体通过各墙体单元联接，主要由外至内由第一层空心砌块墙（4）、第二层聚苯板保温层（5）、第三层空心砌块墙（6）、第四层粘土层（7）、第五层带有凸凹表面的墙（10）组成，其中，在第四层的粘土层内设置铸铁电阻加热器（9）通过电路与太阳能电池板连接。本发明的优点是：保温后墙中的粘土层有足够大的蓄热能力，当温室温度上升到规定值时，温度控制器发出信号使转换控制器断开铸铁电阻加热器的供电，转向并网发电，在天气炎热的季节温室不需要加温时，光伏发电可以通过转换控制箱向电网送电。

Description

光电一体化日光温室后墙及生产方法

技术领域

本发明涉及太阳能的转化利用和墙体保温技术，特别是一种光电一体化并具有保温蓄热性能的日光温室后墙的生产方法。

背景技术

近年来，日光温室得到了广泛的应用，特别是北方地区冬季气温很低，不能进行露地蔬菜及花卉的种植，因此要发展蔬菜及花卉生产对日光温室的应用有着极大的需求。日光温室是利用太阳辐射能来提高温室内温度，以满足作物生长对温度的要求。但是在北方的冬季，仅依靠太阳辐射，不能满足温室的环境温度要求。我们知道，温室的后墙、东西山墙和土壤都是温室吸收、储存太阳能并使温室升温的载体，通常后墙具有吸热、蓄热、保温和散热于一体的墙体，对温室内环境温度起到较大的作用。通常，温室采集太阳能的透光面积是一定的，常规的技术方案都是加强后墙的吸热、蓄热、保温和散热能力，例如：在2011年12月14日，中国专利文献公开了“一种有储热功能的日光温室”（公告号： CN202068783U）的实用新型专利技术，该技术是依据北京地区的地理特点采用了保温板、储热板、前防冻隔板、异型固膜管、立式固膜管、活动顶棚六项新材料、新技术组合成一种具有保温、储热功能的日光温室。该项技术的优点是后墙采用了储热板，有一定的储热功能；缺点是由于改变了日光温室的弓形设计，造成采光面积不够，同时内保温也遮挡了阳光的采集，因此温室光靠有限的采光面积吸收的阳光辐射热量不足，保温、储热的量也不足。在2007年10.月17日中国专利文献还公布了“一种日光温室用复合式保温墙体”（专利公告号：CN200961303），该技术是由内、外墙体构成，其间夹置保温隔热层，所述的内、外墙体用加气混凝土砌块垒成。所述的内墙体厚于外墙体，中间保温隔热板为聚苯保温隔热板。利用它可制作一种造价低、保温性能好的日光温室。该项技术有较大的进步，缺点是靠温室的采光面积吸收的热量即使是全部储存也是不够的。上述技术由于没有足够的热源，因此在北方严寒的季节，不能保证作物的正常生长所需的温度，但如果将太阳能电加热装置直接安装在现有墙体内或表面，由于不能蓄能，显然是不合理的，另外，太阳能光伏发电的电压是不稳定的，对普通电加热体是不能适用的。另，粘土是一种含水铝硅酸盐产物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的，粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜，耐火度高等工艺性能。发明人意外发现，夯实的粘土具有良好的蓄热性能，并别在一定温度梯度下可缓慢释热。

发明内容

本发明目的根据上述现有技术的不足之处，提出一种光电一体化并具有保温蓄热性能的日光温室后墙单体的结构及生产方法。

本发明目的由以下技术方案实现：

本发明主要包括墙体和固定在墙体上的太阳能电池板，墙体通过各墙体单元联接，墙体单元主要由外至内由第一层空心砌块墙4、第二层聚苯板保温层5、第三层空心砌块墙6、第四层粘土层7、第五层带有凸凹表面的墙10组成，其中，在第四层的粘土层内设置铸铁电阻加热器9，铸铁电阻加热器9通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器和转换开关，使得太阳能电池板的供电加热时间和向电网送电时间得以控制，在第三层空心砌块墙6和第五层带有凸凹表面的墙10的中间各有两根长方体混凝土框架柱；所述的第四层粘土层7含水率为10-15%、K₂O﹢N₂O≤2.5%、体积膨胀率≤3%，使其经夯实后的密度为2000-2700kg/m³，并将铸铁电阻加热器9包裹在内；所述的铸铁电阻加热器9通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器和转换开关，将每三个太阳能电池板串联为一组，之后将各组并联，再与转换开关连接，转换开关与铸铁电阻加热器9连接，使得作用在铸铁电阻加热器9电压最高电压为90V；所说的第一层空心砌块墙4和第三层空心砌块墙6的高度由10-12皮空心砌块构成，每皮高度为20cm，包括19 cm的砌块高度和1 cm的水泥砂浆高度，墙体单元的长度为11-12m；在第三层空心砌块墙6和第五层带有凸凹表面的墙10的中间各有两根长方体混凝土框架柱8，其截面为0.4×0.4㎡。所述的光电一体化日光温室后墙的生产方法为：

（a）先砌筑第一皮，第一皮将五层结构同时砌筑，其中第一层空心砌块墙4与第三层空心砌块墙6的间距为20-22 cm，在此空间填放聚苯板形成第二层聚苯板保温层5，第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的墙10的间距为70-80 cm，在此空间填放粘土，形成第四层粘土层7，粘土经均匀铺洒后被夯实；在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的墙10的中间各浇筑两根混凝土框架柱，两根框架柱8的间距为4-5米，框架柱的外表面和第三层空心砌块墙6的外表面对齐，每根框架柱8内设置有槽钢，之后在第一层空心砌块墙4和第三层空心砌块墙6之间放置一片弓字型的拉结筋12，再在其上铺上水泥砂浆，第一皮即砌筑完毕；

（b）在第一皮的基础上安装铸铁电阻加热器，其两端用连接件固定于混凝土框架柱上，铸铁电阻加热器的下端距第一皮上表面不低于0.1米，使得最终将铸铁电阻加热器填埋在粘土中；

（c）按照步骤（a）的方法依次砌筑到最后一皮，之后，在上面浇筑一块钢筋混凝土盖板11，把第一层空心砌块墙4和第五层带有凸凹表面的墙10浇筑在一起；

（d）之后，将电池板支架腿固定在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的墙10中的框架柱8内预先浇筑的槽钢上，将太阳能电池板以35°-38°的倾角安装在电池板支架上。

本发明的优点是：当粘土被夯实的粘土密度 2000-2700kg/立方米，其导热系数为1.16 W/m﹒k，蓄热系数为12.99W/m﹒k，保温后墙中的粘土层有足够大的蓄热能力，可以同时储存直接吸收太阳光的辐射热量和通过太阳能电池板进行光伏发电，电能转化为热能储存在粘土层中，晚上再通过带有凸凹表面的砖墙对温室进行散热使温室升温，大大的增加了温室对太阳能的利用效率，当温室温度上升到规定值时，温度控制器发出信号使转换控制器断开铸铁电阻加热器的供电，转向并网发电，在天气炎热的季节温室不需要加温时，光伏发电可以通过转换控制箱向电网送电。

附图说明

附图1为本发明结构示意图；

附图2为附图1横截面示意图；

附图3为附图1中铸铁电阻加热器6的结构示意图；

附图4为本发明电路图。

具体实施方案

以下结合附图对本发明特征及其它相关特征作进一步详述：

附图1、2、3、4中的标号1－14，分别表示1－太阳能电池板、2－电池板支架、3－槽钢支架腿、4－第一层空心砌块墙、5－第二层聚苯板保温层、6－第三层空心砌块墙、7－第四层粘土层、8－框架柱、9－铸铁电阻加热器、10－第五层带有凸凹表面的墙、11－盖板、12－拉结筋、13－转换开关、14－温控器。

实施例1：

如附图1、2、3、4示意，本发明主要包括墙体和固定在墙体上的太阳能电池板，墙体通过各墙体单元联接，墙体单元长12米，在电池板支架2上并排放置3排太阳能电池板，每排10块电池板，共计30块电池板，每块太阳能电池板的发电功率为235W，光伏发电升温系统单元的发电功率为7.05KW，墙体单元主要由外至内由第一层空心砌块墙4、第二层聚苯板保温层5、第三层空心砌块墙6、第四层粘土层7、第五层带有凸凹表面的墙10组成，其中，在第四层的粘土层内设置铸铁电阻加热器9，铸铁电阻加热器9通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器14和转换开关13，使得太阳能电池板的加热时间及向电网送电得以控制，在第三层空心砌块墙6和第五层带有凸凹表面的砖墙10的中间各有两根长方体混凝土框架柱；所述的第四层粘土层7含水率为10-15%、K₂O﹢N₂O≤2.5%、体积膨胀率≤3%，使其经夯实后的密度为2000-2700kg/m³，并将铸铁电阻加热器9包裹在内；所述的铸铁电阻加热器9通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器14和转换开关13，将每三个太阳能电池板串联为一组，之后将各组并联，再与转换开关连接，转换开关与铸铁电阻加热器9连接，使得作用在铸铁电阻加热器9电压最高电压为90V；所说的第一层空心砌块墙4和第三层空心砌块墙6的高度由12皮空心砌块构成，每皮高度为20cm，包括19 cm的砌块高度和1 cm的水泥砂浆高度，在第三层空心砌块墙6和第五层带有凸凹表面的砖墙10的中间各有两根长方体混凝土框架柱8，其截面为0.4×0.4㎡。

生产步骤为：

（a）先砌筑第一皮，第一皮将五层结构同时砌筑，其中第一层空心砌块墙4与第三层空心砌块墙6的间距为20 cm，在此空间填放聚苯板形成第二层聚苯板保温层5，第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的墙10的间距为80cm，在此空间填放粘土，形成第四层粘土层7，粘土经均匀铺洒后被夯实；在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的墙10的中间各浇筑两根混凝土框架柱，两根框架柱8的间距为4米，框架柱的外表面和第三层空心砌块墙6的外表面对齐，每根框架柱8内设置有槽钢，之后在第一层空心砌块墙4和第三层空心砌块墙6之间放置一片弓字型的拉结筋12，再在其上铺上水泥砂浆，第一皮即砌筑完毕；

（b）在第一皮的基础上安装铸铁电阻加热器，铸铁电阻加热器由4块铸铁电阻加热板组成，每块铸铁电阻加热板的截面为0.005×0.15平方米、长度为3米，两端用0.005米厚、0.08米宽的钢板固定，4块铸铁电阻加热板上下排列，上下间距为0.3米，铸铁电阻加热器的下端距第一皮上表面不低于0.1米，使得最终将铸铁电阻加热器填埋在粘土中；将四块铸铁电阻加热板的两端用连接件固定于混凝土框架柱上，四块铸铁电阻加热板串联后并联到转换开关13上，转换开关13与温控器14连接；

（c）按照步骤（a）的方法依次砌筑到最后一皮，之后，在上面浇筑一块钢筋混凝土盖板11，把第一层空心砌块墙4和第五层带有凸凹表面的砖墙10浇筑在一起；

（d）之后，将电池板支架腿固定在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10中的框架柱8内预先浇筑的槽钢上，将太阳能电池板以35°的倾角安装在电池板支架上。

经计算和实测，保温后墙体的传热阻为5.925㎡·K/W，传热系数为 0.169 W/㎡·K，在平均风速2.7m/s、室内计算温度8℃、室外计算温度－19℃的情况下，该单元墙体构成温室的采暖热负荷为7.045KW, 而该日光温室太阳能电池板的发电功率为7.05KW,因此，该单元墙体构成的温室可以保证在严寒地区的寒冷季节安全过冬。

实施例2：

与实施例1的不同点是：

墙体单元长11米；

生产步骤为：

（a）先砌筑第一皮时，其中第一层空心砌块墙4与第三层空心砌块墙6的间距为22cm，第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10的间距为70cm；在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10的中间各浇筑两根混凝土框架柱，两根框架柱8的间距为5米；

（b）在第一皮的基础上安装铸铁电阻加热器，铸铁电阻加热器由四块铸铁电阻加热板组成，每块铸铁电阻加热板的截面为0.005×0.20平方米、长度为4米，其两端用连接件固定于混凝土框架柱上，铸铁电阻加热器的下端距第一皮上表面的距离为0.2米，使得最终将铸铁电阻加热器填埋在粘土中；

（d）之后，将电池板支架腿固定在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10中的框架柱8内预先浇筑的槽钢上，将太阳能电池板以38°的倾角安装在电池板支架上。

经实测，保温后墙体的传热阻为6.314㎡·K/W，传热系数为 0.158 W/㎡·K，在平均风速2.7m/s、室内计算温度8℃、室外计算温度－19℃的情况下，该单元墙体构成温室的采暖热负荷为6.95KW, 而该栋日光温室太阳能电池板的发电功率为7.05KW,因此，该单元墙体构成的温室可以保证在严寒地区的寒冷季节安全过冬。

实施例3：

与实施例1的不同点是：

墙体单元长11.5米；

生产步骤为：

（a）先砌筑第一皮时，其中第一层空心砌块墙4与第三层空心砌块墙6的间距为21 cm，第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10的间距为75cm；

（b）在第一皮的基础上安装铸铁电阻加热器，其两端用连接件固定于混凝土框架柱上，铸铁电阻加热器的下端距第一皮上表面的距离为0.3米，使得最终将铸铁电阻加热器填埋在粘土中；

（d）之后，将电池板支架腿固定在第三层空心砌块墙6与第五层带有凸凹表面的砖墙10中的框架柱8内预先浇筑的槽钢上，将太阳能电池板以36°的倾角安装在电池板支架上。

经实测，保温后墙体的传热阻为6.119㎡·K/W，传热系数为 0.162 W/㎡·K，在平均风速2.7m/s、室内计算温度8℃、室外计算温度－19℃的情况下，该单元墙体构成温室的采暖热负荷为7.03KW, 而该栋日光温室太阳能电池板的发电功率为7.05KW,因此，该单元墙体构成的温室可以保证在严寒地区的寒冷季节安全过冬。

虽然以上已经参照附图按照本发明目的的构思和实施例作了详尽说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，比如改变太阳能电池板的铺设排数和每排的数量、铸铁电阻加热器的排列组合的变化等，而这些改进和变换仍然应当属于本发明的保护范围。

Claims

1.光电一体化日光温室后墙，主要包括墙体和固定在墙体上的太阳能电池板，墙体通过各墙体单元联接，其特征是，墙体单元主要由外至内由第一层空心砌块墙（4）、第二层聚苯板保温层（5）、第三层空心砌块墙（6）、第四层粘土层（7）、第五层为带有凸凹表面的墙（10）组成，其中，在第四层的粘土层内设置铸铁电阻加热器（9），铸铁电阻加热器（9）通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器（14）和转换开关（13），使得太阳能电池板的供电加热时间和向电网送电时间得以控制，在第三层空心砌块墙（6）和第五层带有凸凹表面的墙（10）的中间各有两根长方体混凝土框架柱，所述的第四层粘土层（7）含水率为10-15%、K₂O﹢N₂O≤2.5%、体积膨胀率≤3%，使其经夯实后的密度为2000-2700kg/m³，并将铸铁电阻加热器（9）包裹在内，所述的铸铁电阻加热器（9）通过电路与太阳能电池板连接，在电路上设置温控器（14）和转换开关（13），是将每三个太阳能电池板串联为一组，之后将各组并联，再与转换开关连接，并与铸铁电阻加热器（9）连接，使得作用在铸铁电阻加热器（9）的电压最高值为90V。

2.根据权利要求1所述的光电一体化日光温室后墙，其特征在于，所述的第三层空心砌块墙（6）和第五层带有凸凹表面的墙（10）的中间各有两根长方体混凝土框架柱（8），其截面为0.4×0.4㎡。

3.根据权利要求1所述的光电一体化日光温室后墙，其特征在于，所述的第一层空心砌块墙（4）和第三层空心砌块墙的高度由10-12皮空心砌块构成，每皮高度为20cm，包括19 cm的砌块高度和1 cm的水泥砂浆高度，墙体单元的长度为11-12m。

4. 根据权利要求1所述的光电一体化日光温室后墙的生产方法，其特征在于，其生产步骤为：

（a）先砌筑第一皮，第一皮将五层结构同时砌筑，其中第一层空心砌块墙（4）与第三层空心砌块墙（6）的间距为20-22 cm，在此空间填放聚苯板形成第二层聚苯板保温层（5），第三层空心砌块墙（6）与第五层带有凸凹表面的墙（10）的间距为70-80 cm，在此空间填放粘土，形成第四层粘土层（7），粘土经均匀铺洒后被夯实；在第三层空心砌块墙（6）与第五层为带有凸凹表面的墙（10）的中间各浇筑两根混凝土框架柱（8），两根框架柱的间距为4-5米，框架柱的外表面和第三层空心砌块墙（6）的外表面对齐，每根框架柱内设置有槽钢，之后在第一层空心砌块墙（4）和第三层空心砌块墙（6）之间放置一片弓字型的拉结筋（12），再在其上铺上水泥砂浆，第一皮即砌筑完毕；

（b）在第一皮的基础上安装铸铁电阻加热器，其两端用连接件固定于混凝土框架柱（8）上，铸铁电阻加热器的下端距第一皮上表面不低于0.1米，使得最终将铸铁电阻加热器填埋在粘土中；

（c）按照步骤上述（a）的方法依次砌筑到最后一皮，之后，在上面浇筑一块钢筋混凝土盖板（11），把第一层空心砌块墙（4）和第五层带有凸凹表面的墙（10）浇筑在一起；

（d）之后，将电池板支架固定在第三层空心砌块墙（6）与第五层带有凸凹表面的墙（10）中的框架柱（8）内预先浇筑的槽钢上，将太阳能电池板以35°-38°的倾角安装在电池板支架上。