CN103430795B - 设施农业热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设施农业热泵系统,包括:设置于大棚或日光温室内的一个压缩机和一个换向阀;以及并行设置且受控于自动控制单元的太阳能水源热泵单元、气环热泵单元和水环热泵单元。本发明的设施农业热泵系统,通过热泵技术,综合利用太阳能、大棚或日光温室内的空气源以及大棚或日光温室外部周围的水源,为大棚或日光温室内的作物提供了保温供暖条件,为作物创造了适宜的生长环境,抗御了大棚或日光温室的低温灾害,为作物寒冷季节正常生长、丰收奠定了基础;也用于作物高温季节降温除湿的需要。

Description

设施农业热泵系统
技术领域
[0001] 本发明涉及设施农业技术领域,尤其涉及一种设施农业热泵系统。
背景技术
[0002] 现代农业标志之一是设施农业。设施农业又以大棚或日光温室及其水利与能源设施的配套为代表。大棚和日光温室是高效日光效应的设施农业,秋冬春三个季节,尤其以春节市场供应为突出的大量的跨季节、跨地区、出口外销的新鲜瓜果蔬菜、畜禽蛋鱼、花丼等农业产品基本来自于大棚和日光温室。
[0003] 我国内蒙古高原、青藏高原、黄土高原、南疆戈壁等广袤的农村,有大量闲置的或可开辟利用耕种的土地,也有众多闲置劳动力。在这些地区,经济作物、蔬菜等农作物逐渐依赖大棚或日光温室得以改善和培植。但单纯的大棚或日光温室建筑体不是设施农业。这些地区的大棚或日光温室仅是解决了干旱、大风条件下的种养殖,冬季由于严寒的影响绝大多数大棚或日光温室闲置。
[0004] 所谓设施农业就是通过大棚、日光温室、水电、设备设施的建设,人工创造适宜的农业环境,实现现代农业生产。秋冬春三个季节既是大棚和日光温室设施农业产品经济效益最高、性价比最高的时期,又是面临低温灾害影响最严重的时期,尤其我国北方、西北、西部、西南地区都存在需要从根本上解决抗御低温灾害的问题。在这些地区,低温灾害年年有,轻则导致连年大面积的根本性的减产,重则绝产。并且,由于生长环境低温不利,很多地区的农户不得已采取促生剂等方式实施补偿低温造成的不利影响,进而影响了产品的品质和产品的销售,甚至危及人们的身体健康。
[0005] 解决抗御低温灾害的办法实施过许多,如:加厚大棚和日光温室结构性保温措施,每亩大棚或日光温室的保温建造费用高达5〜8万元;烧煤或电暖保暖导致生产成本增高,甚至赔本。因而,使得众多农户或望而却步,或经营失败,或放弃从事农业。
[0006] 我国农业面临的问题就是可耕性土地少、优质农产品供量少、精细果蔬品种少、有机绿色产品少、适宜现代农业经营环境差的局面。人们对农产品需求的关键时期是冬季旺需与春季青黄不接,不仅导致价格不稳定,严重的是品质不保障。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种设施农业热泵系统,以抗御大棚和日光温室低温灾害,为作物创造适宜的生长环境。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:设施农业热泵系统,包括:设置于大棚或日光温室内的一个压缩机和一个换向阀;以及
[0009] 太阳能水源热泵单元,所述太阳能水源热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内的太阳能蒸发冷凝器;地下蓄热水池,所述地下蓄热水池内设有蓄热水池蒸发冷凝器;所述太阳能蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述蓄热水池蒸发冷凝器经冷媒管路串接形成所述太阳能水源热泵单元的闭环回路;
[0010] 气环热泵单元,所述气环热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内底部的气环蒸发冷凝器及设置于所述大棚或日光温室内上部的气环冷凝蒸发器,所述气环蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述气环冷凝蒸发器经冷媒管路串接形成所述气环热泵单元的闭环回路;
[0011 ] 水环热泵单元,所述水环热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内的水环蒸发冷凝器及水环冷凝蒸发器,所述水环蒸发冷凝器与所述大棚或日光温室外部周围的水源连接;所述水环蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述水环冷凝蒸发器经冷媒管路串接形成所述水环热泵单元的闭环回路;
[0012] 所述太阳能水源热泵单元、所述气环热泵单元及所述水环热泵单元并行设置且受控于自动控制单元。
[0013] 优选,所述太阳能蒸发冷凝器为碳纤维幕式太阳能蒸发冷凝器。
[0014] 优选,所述太阳能水源热泵单元还包括设置于大棚或日光温室内的散热风机。
[0015] 优选,所述气环蒸发冷凝器吸收位于所述大棚或日光温室内底部0.5米以下的低温空气中的低位热量;所述气环冷凝蒸发器将高位热量释放在所述大棚或日光温室内1.5米以上的空间。
[0016] 优选,所述气环热泵单元还包括设置于所述大棚或日光温室内底部的用于强制冷媒蒸发的蒸发风机,以及设置于所述大棚或日光温室内上部用于将冷凝冷媒释放的热量向周围散发的冷凝风机。
[0017] 优选,所述大棚或日光温室内还设置有用于果蔬或/和药材冬季降湿防冻的地窖;以及用于果蔬或/和药材夏季低温保鲜的储藏棚,由所述气环热泵单元对所述果蔬或/和药材进行降湿防冻或者低温保鲜处理。
[0018] 优选,所述大棚或日光温室内还设置有干燥房,由所述气环热泵单元为所述干燥房提供热风对需要干燥之物进行热风干燥处理。
[0019] 优选,所述压缩机由电驱动或燃气轮机驱动。
[0020] 优选,所述压缩机由燃气轮机驱动,所述燃气轮机的排气回收入所述气环热泵单
J L.ο
[0021] 优选,所述自动控制单元包括PLC单片机。
[0022] 由于采用了上述技术方案,本发明的设施农业热泵系统包括并行设置的太阳能水源热泵单元、气环热泵单元和水环热泵单元。其中,太阳能水源热泵单元是寒冬季节农业热泵系统在大棚和日光温室高效换热与保温供暖的主要系统,白天,利用大棚和日光温室的透光、保温、密闭的特点,太阳能蒸发冷凝器以蒸发器的模式吸收太阳能的热量,蓄热水池蒸发冷凝器切换为冷凝器模式,闭环回路中的冷媒在太阳能蒸发冷凝器吸收热量蒸发,通过压缩机做功,在蓄热水池蒸发冷凝器内冷凝,将热量释放并储存于地下蓄热水池的水中;夜间低温时,蓄热水池蒸发冷凝器切换为蒸发器模式,太阳能蒸发冷凝器切换为冷凝器模式,闭环回路中的冷媒在蓄热水池蒸发冷凝器吸收蓄存于水中的热量蒸发为气态冷媒,通过压缩机做功,在太阳能蒸发冷凝器冷凝为液态冷媒,将热量释放于大棚和日光温室的空间内,从而提高了大棚和日光温室内部的夜间温度,满足作物夜间保温供暖的需要。
[0023] 连续阴天缺少日光照度的时期,或在太阳能辐照量比较低的地区,难以通过运行太阳能水源热泵单元来满足大棚或日光温室内的作物保温供暖的需要。此间,自动控制单元启动气环热泵单元,利用大棚或日光温室的室内空间温度梯度大、气流自然流变小、土壤(或墙体)放热等特点,通过气环热泵单元,其闭环回路中的冷媒在气环蒸发冷凝器吸收大棚或日光温室内底部空气的低位热量而蒸发为气态冷媒,通过压缩机做功,在大棚或日光温室内的上部气态冷媒在气环冷凝蒸发器冷凝为液态冷媒,同时将热量释放在大棚或日光温室内的上部空间,加热了大棚或日光温室内的上部空气,构成了以底部空气源潜热与上部空气放热之间的闭环加热,保持室温不会继续和大幅度下降,以满足作物保温供暖的需要。
[0024] 当持续连阴天,不能运行太阳能水源热泵单元;且冬季气温很低不利于空气源蒸发吸热,不能运行气环热泵单元时,此间,自动控制单元启动水环热泵单元,充分利用大棚或日光温室外部周围的水源,其闭环回路中的冷媒在水环蒸发冷凝器吸收水源的低位热源而蒸发为气态冷媒,通过压缩机做功,在大棚或日光温室内的水环冷凝蒸发器冷凝为液态冷媒而释放热量,以满足作物保温供暖的需要。
[0025] 当进一步在大棚或日光温室内建造用于冬季存贮果蔬、药材等的地窖,通过运行气环热泵单元对果蔬、药材可以起到降湿防冻的作用;建造用于对果蔬、药材等夏季低温保鲜的储藏棚,通过运行气环热泵单元对果蔬、药材可以起到低温保鲜作用;建造干燥房,通过运行气环热泵单元,可以为干燥房的上部提供热风,对蘑菇、药材等进行干燥处理。
[0026] 综上,本发明的设施农业热泵系统,通过热泵技术,综合利用大棚或日光温室本体、太阳能、大棚或日光温室内的空气源以及大棚或日光温室外部的水源,为大棚或日光温室内的作物提供了保温供暖条件,为作物创造了适宜的生长环境,抗御了大棚或日光温室的低温灾害,为作物寒冷季节正常生长、丰收奠定了基础。
附图说明
[0027] 图1是本发明实施例的设施农业热泵系统原理框图;
[0028] 图2是本发明实施例的设施农业热泵系统布置示意图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步非限制性的说明。
[0030] 如图1和图2共同所示(图1中箭头所示为回路中冷媒流向),本发明的设施农业热泵系统包括:设置在大棚或日光温室内的一个压缩机和一个四通换向阀;以及通过冷媒缓冲分配器并行设置且受控于自动控制单元的太阳能水源热泵单元、气环热泵单元和水环热泵单元。
[0031] 太阳能水源热泵单元包括:设置在大棚或日光温室内的太阳能蒸发冷凝器;地下蓄热水池,在地下蓄热水池内设有蓄热水池蒸发冷凝器;该太阳能蒸发冷凝器、上述的压缩机、换向阀、该蓄热水池蒸发冷凝器以及常规的节流阀、电磁阀、循环泵等经冷媒管路串接形成太阳能水源热泵单元的闭环回路(图中未具体示意出各管路元件),该闭环回路内充有冷媒。
[0032] 其中,太阳能蒸发冷凝器优选为碳纤维幕式太阳能蒸发冷凝器。碳纤维集热幕是碳纤维织物,织物的强度高,集热幕用钉子壁挂悬垂安装于大棚或日光温室内,夏季可以圈起来收存。冷媒管道穿设在集热幕的中间蒸发式吸热由集热幕收集的太阳能,再通过压缩机和蓄热水池蒸发冷凝器换取热量,据根实际观测,当冷凝水温达到30°C时,每平米集热面积日集太阳热能45兆焦,超过常规的太阳能集热器集热量约5倍,集热效果好,而其造价仅是常规太阳能的1/2。在碳纤维幕式太阳能蒸发冷凝器的附近还配有散热风机。
[0033] 其中,地下蓄热水池按所需热量来选择建造容量,采取人工挖坑,三七灰土筑壁,用碳纤维防水布制作用于储水的水囊,用空心板制作池顶,池顶约I米厚,覆土后即可在其上耕种作物。蓄热水池是高原缺水地区蓄水的重要设施,夏季蓄水,冬季使用,因此,蓄热水池功能性很强。根据观测,气温_33°C的夜间,蓄热水池的水温15°C时,每亩大棚的热泵输入功率7瓦,日光温室热泵的输入功率4瓦,就可以保持大棚室温至少10°C,日光温室室温至少12°C。
[0034] 太阳能水源热泵单元是寒冬季节农业热泵系统在大棚和日光温室高效换热与保温供暖的主要系统。大棚或日光温室本体通过太阳辐射得到热能的现象称为被动式利用太阳能;通过太阳能集热器等装置加热水或空气使用或蓄存太阳热能的称为主动式利用太阳能。白天,利用大棚和日光温室的透光、保温、密闭的特点,太阳能蒸发冷凝器以蒸发器的模式吸收太阳能的热量,蓄热水池蒸发冷凝器切换为冷凝器模式,闭环回路中的冷媒在太阳能蒸发冷凝器吸收热量蒸发,通过压缩机做功,在蓄热水池蒸发冷凝器内冷凝,将热量释放并储存于地下蓄热水池的水中;夜间低温时,蓄热水池蒸发冷凝器切换为蒸发器模式,太阳能蒸发冷凝器切换为冷凝器模式,闭环回路中的冷媒在蓄热水池蒸发冷凝器吸收蓄存于水中的热量蒸发为气态冷媒,通过压缩机做功,在太阳能蒸发冷凝器冷凝为液态冷媒而释放热量,在散热风机作用下,强制将热量释放并散布于大棚和日光温室的空间内,从而提高了大棚和日光温室内部的夜间温度,满足作物夜间保温供暖的需要。
[0035] 气环热泵单元包括:设置在大棚或日光温室内底部的气环蒸发冷凝器,及设置在大棚或日光温室内上部的气环冷凝蒸发器;该气环蒸发冷凝器、上述的压缩机、换向阀、该气环冷凝蒸发器以及常规的节流阀、电磁阀、循环泵等经冷媒管路串接形成气环热泵单元的闭环回路(图中未具体示意出各管路元件),该闭环回路内充有冷媒。
[0036] 其中,气环蒸发冷凝器吸收位于大棚或日光温室内底部最好0.5米以下的低温空气中的低位热量,在大棚或日光温室内的底部还配有用于强制冷媒蒸发的蒸发风机;气环冷凝蒸发器将高位热量释放在大棚或日光温室内最好1.5米以上的空间,在大棚或日光温室内的上部还配有用于将冷凝冷媒释放的热量向周围散发的冷凝风机。
[0037] 冬季大棚与日光温室的最低室温要求不低于8°C。连续阴天缺少日光照度的时期,或在太阳能辐照量比较低的地区,难以通过运行太阳能水源热泵单元来满足大棚或日光温室内的作物保温供暖的需要。此间,自动控制单元启动气环热泵单元,利用大棚或日光温室的室内空间温度梯度大、气流自然流变小、土壤(或墙体)放热等特点,通过运行气环热泵单元,使用大棚或日光温室内部的空气给自己造热。具体操作:当室温下降到12°C时,启动气环热泵单元,首先,大棚或日光温室内底部的蒸发风机以低速强制蒸发的方式换热,闭环回路内的冷媒吸收室内0.5米以下底部低温空气中的低位热量而蒸发,蒸发过程还凝聚了底部空气的湿气,降低了底部空气的比重,使得底部湿气凝重的空间产生流动,蒸发的冷媒经压缩机做功携带高位热量,通过气环冷凝蒸发器将高位热量释放在大棚或日光温室内上部,再经高处的冷凝风机将高位热量释放在1.5米以上空间,形成空气加热,至此构成了以底部空气源潜热与上部空气放热之间的闭环加热,保持室温不会继续和大幅度下降,以满足作物保温供暖的需要。
[0038] 气环热泵单元在西红柿、黄瓜、辣椒等大龄、高秸杆时期保暖的效果尤其好,因为这时期作物根部与底部具备抗8°C以上低温的能力,已经没有怕低温的花蕾或嫩果,循环底部空气有利于降低湿度和二氧化碳浓度,加热上部空气则尤其有利于作物授粉和熟果。
[0039] 其中,还可以在大棚或日光温室内设置用于果蔬或/和药材冬季降湿防冻的地窖;以及用于果蔬或/和药材夏季低温保鲜的储藏棚;由气环热泵单元对果蔬或/和药材进行降湿防冻或者低温保鲜处理。例如:在甘肃省甘南藏族自治州卓尼县将大棚或温室安装的冬季保暖用的气环热泵,夏秋季就地在大棚或温室内用薄膜建造简易的储藏棚用于果蔬、药材等的低温保鲜。
[0040] 未使用本发明的设施农业热泵系统之前,夏天菜农要将收获的果蔬先运到冷风库降温后才能装车发运,低温运输保障了果蔬长途到广州、上海等地不再会发热或霉烂,但每公斤果蔬要增加0.5〜0.7元的处理费用。使用本发明的设施农业热泵系统的气环热泵单元,在大棚或日光温室内的田边地头,将用保温棉被封装好果蔬的运输车,用气环蒸发冷凝器的抽风管配合蒸发风机对运输车进行抽风从而对果蔬进行降温,30吨位满载的运输车,在环境温度为33°C而果蔬降到5°C用时仅25分钟,菜农与车主均节省了费用和时间,产生了良好的经济效益。
[0041] 其中,还可以在大棚或日光温室内建造干燥房,由气环热泵单元为该干燥房提供热风对需要干燥之物例如蘑菇、药材等进行热风干燥处理。气环蒸发冷凝器的风管在底部吸气并除湿,冷媒吸热蒸发经压缩机做功后,高温高压的热量在干燥房的上部在冷凝风机作用下送为热风,当风量达到10000立方米/小时、出风温度40°C左右时,其时间、干度效果均达到了热炕烘干的效果。但采用气环热泵单元烘干方式避免了热炕烘干方式所存在的温度高、不通风而使色泽变深、品质不均匀或部分过度干燥等的问题;气环热泵单元比燃煤或烧木柴的热炕有着显著的节能、环保效果,且保证了干燥之物的品质。
[0042] 水环热泵单元包括:设置在大棚或日光温室内的水环蒸发冷凝器以及水环冷凝蒸发器;其中,该水环蒸发冷凝器与大棚或日光温室外部周围的水源连接;该水环蒸发冷凝器、上述的压缩机、换向阀,该水环冷凝蒸发器以及常规的节流阀、电磁阀、循环泵等经冷媒管路串接形成水环热泵单元的闭环回路(图中未具体示意出各管路元件),该闭环回路内充有冷媒。
[0043] 其中,大棚或日光温室外部周围的水源主要包括河水源、井水源、苦咸水源等低位热源。我国西部许多地区,如甘肃省的河西走廊、新疆自治区的南疆地区、内蒙古自治区的西蒙地区,地面水资源相当匮乏,而地下却有丰富的苦咸水,可以通过水环热泵单元而充分利用。
[0044] 当持续连阴天,不能运行太阳能水源热泵单元;且冬季气温很低不利于空气源蒸发吸热,不能运行气环热泵单元时,此间,自动控制单元启动水环热泵单元,充分利用大棚或日光温室外部周围的水源来为大棚或日光温室内部制热,满足作物保温供暖的需要。冷媒经水环蒸发冷凝器吸收大棚或日光温室外部周围水源的低位热量而蒸发,再经压缩机做功,在水环冷凝蒸发器释放热量,该水环冷凝蒸发器为水冷换热式冷凝器,水冷换热冷凝器设有多个出水驳接管口,可将热量蓄存在地下蓄热水池中,或经地下管道直接提升土壤的温度,或经床架管道提升蘑菇培育床的温度,或经二次换热器加热无土栽培床的温度,或经套管加热水培营养液循环管道的温度,极好的解决了大型大棚或日光温室农业园艺供热问题,并完全取代了燃料锅炉供热。我国西部许多地区,如甘肃省的河西走廊、新疆自治区的南疆地区、内蒙古自治区的西蒙地区,地面水资源相当匮乏,而地下却有丰富的苦咸水,而且,这些地区冬季气温很低不利于空气源蒸发吸热的使用,再就是培植蘑菇、水培蔬菜、无土栽培、有机栽培等种植方式不能仅仅使用空间加热,因此,水环热泵单元突显出其多用途、多功效。同时,这些地区有广博的土地,通过修建专用的覆膜式蓄水池大棚,充分利用此水环热泵单元来加热蓄水池内的水,池内水既可以蓄热,又可以浇灌作物。
[0045] 在甘肃省天水市甘泉农场一座4032 !Tl2芹菜苗培育大棚,50万株价值25万元。芹菜苗期如果温度低于8°C则会出现抽薹而导致芹菜不能食用。原本有太阳能热泵系统,但2012年12月份遭遇历史未有过的连续16天连阴天,最低气温_18°C,太阳能水源热泵单元与气环热泵单元都不能运行,通过运行水环热泵单元,利用2〜4°C水温的河水经水环热泵系统取热,维持了大棚室温和地温10°C以上,确保了作物正常生长、收获,避免了给菜农造成经济损失。
[0046] 在甘肃省皋兰实验基地,通过运行水环热泵单元,采用苦咸水取热,维持了十七座日光温室培植引进的无限生长西红柿水培育苗、有机培定植和土培定植的正常运营。
[0047] 其中,本发明的设施农业热泵系统所用压缩机可为常规的电驱动方式。但在没有电的偏远、高原、高寒地区,可以使用灌装煤气、压缩天然气等作为燃气轮机的燃料,用燃气轮机直接通过滑差离合器连接驱动压缩机,燃气轮机的排气再由气环热泵单元回收,实验已经取得成功。还可以使用经过处理的沼气作为燃气轮机的燃料来驱动压缩机。根据热力学第二定律,燃料燃烧转换为电能,其能源利用效率仅为30 %,热泵COP平均值为3,则电动热泵的能源利用率为0.9。燃料直接变为动力的能源利用率为90%,燃料排气热泵再回收效率平均为55%,所以,燃气轮机热泵的能源效率,比电动热泵高约50%。同时,在农村很多大棚或日光温室距离电源较远,输电容量较低,使用电动热泵将会出现很多麻烦的配套问题和资金问题,而使用燃气轮机热泵则可轻易解决使用和收存等问题。实际操作证明:一台改造的3.5马力汽油机,驱动一台3匹活塞式压缩机,装备一座600平米的日光温室,一罐15公斤的液化石油气可以运行47天。
[0048] 其中,本发明的设施农业热泵系统的自动控制单元主要包括PLC单片机,基本实现了无人职守,可以实现以下智能化管理:
[0049]( 一 )按温度设置控制碳纤维幕式太阳能蒸发冷凝器自动换热、散热;
[0050] ( 二)低温自动启动供热、中温自动待命、高温自动启动制冷;
[0051](三)水压联动启动热泵、热泵联动启动水泵;
[0052](四)回气温度过低或排气温度过高保护,自动调节回复正常;
[0053](五)设有大气温度检测、温室空间温度检测、压缩机回气温度和压力检测、压缩机排气温度和压力检测、地下蓄热水池水温检测、排风温度检测、供水温度检测、排水温度检测、土壤地温检测等全方位数据观测,热泵机组工况状态与操作的直观效果良好;
[0054](六)控制显示采用LED数码显示屏,人机对话采用按钮,设有人工强制开机或关机,增加了操作者管理的灵活性。
[0055] 本发明的设施农业热泵系统中的太阳能水源热泵单元、气环热泵单元及水环热泵单元并行设置且均受控于上述的自动控制单元,不同的热泵单元之间可以根据实际状况自动切换,为大棚或日光温室内的作物提供了保温供暖条件,为作物创造了适宜的生长环境。
[0056] 本发明的设施农业热泵系统不局限于低温时为大棚或日光温室内的作物提供保温供暖条件。在夏季高温季节,当大棚或日光温室内温度过高不利于作物正常生长时,也可以运行本发明的设施农业热泵系统,通过切换蒸发器与冷凝器之间的蒸发/冷凝模式,使热泵系统处在制冷状态,将大棚或日光温室内的热量散发至室外,对室内进行降温,避免作物被烘烤灼伤,为作物提供适宜的生长环境。热泵制冷属于本领域的公知技术,在此不再详细赘述。
[0057] 本发明的设施农业热泵系统,自2008年起,在新疆、内蒙、宁夏、甘肃、青海、西藏、陕西、四川等高海拔、高旱、高寒地区进行高原夏菜冬季生产性实验与推广性应用,取得了良好的效果。设施农业热泵系统配套成本每平方米40〜60元,相当于大棚或日光温室保温建设费用的50%,相当于燃煤热水锅炉与金属暖气片供暖系统配套建设费用的50%。每平方米每天用电0.2度左右,相当于0.2公斤煤的价格,相当于相同工况下燃煤成本的50%。因此,投入及运行成本较低,经济效益客观。
[0058] 设施农业热泵系统以满足设施农业大棚或日光温室保暖、干燥、保鲜、除湿、降温等综合需要为目标,集被动式与主动式利用太阳能、复合利用空气源与水源热泵功效、大棚与日光温室内调温保暖除湿与农产品冷藏保鲜、以及电力驱动与燃气轮机驱动等多功能于一体的多功效新能源组合的系统。经过五年实验与观测:热泵输入每千瓦时电能可以转换太阳能光热的转换能效比达到1:7〜10 ;每平方米面积大棚或温室配置的热泵输入功率3〜6瓦;热泵加热每吨水每提升1°C水温的电耗0.36度;同比草莓温室的试验,上市时间提早17天,果重提高43%,果肉含糖率的成熟度提高76%。在3060米海拔的高原种植的山东潍坊潍县萝卜,按原产地土壤与水中氮、磷、钾、钙、锰、锌、铁、铜等营养成分和微量元素,尤其温度、湿度、水质(盐度)还原调控,萝卜的外形尺寸与原产地相同,由于使用祁连山的雪水浇灌其口感优于原产地。
[0059] 设施农业热泵系统的发明从根本上满足了大棚和日光温室设施配套的需要,可归纳为:
[0060]( 一 )从根本上抗御了秋冬春低温灾害,作物保暖的最大温差可达到42°C ;
[0061] ( 二 )作物成熟上市时间提前15天以上,品质有明显的改善;
[0062](三)秋茬作物推后15天,春茬作物由3月上旬提前到正月十五即可;
[0063](四)人工环境改善了室温、湿度、底部气体成分,促进作物生长;
[0064](五)日光温室有机栽培扩大了冬季蔬菜品种,无限生长西红柿等作物得以在西北高原高寒地区冬季生产,满足供给,免除内地运进成本,市场价格降低60% ;
[0065](六)每亩大棚或日光温室保暖建设的投入减少约占总投资50% ;
[0066](七)农业热泵系统综合性的满足了农业生产过程的供热保暖、制冷保鲜等需要;
[0067](八)农业生产依靠温度、湿度、阳光三要素,农业热泵系统推动了设施农业的发展,使在戈壁、沙滩、高山等无土地区通过人工环境生产蔬菜等农产品成为可能。
[0068] 综上,本发明的设施农业热泵系统,通过热泵技术,综合利用太阳能、大棚或日光温室内的空气源以及大棚或日光温室外部周围的水源,为大棚或日光温室内的作物提供了保温供暖条件,为作物创造了适宜的生长环境,抗御了大棚或日光温室的低温灾害,为作物寒冷季节正常生长、丰收奠定了基础。
[0069] 以上所述仅是本发明较佳实施方式的举例,其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准,任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换,也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.设施农业热泵系统,其特征在于,包括:设置于大棚或日光温室内的一个压缩机和一个换向阀;以及 太阳能水源热泵单元,所述太阳能水源热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内的太阳能蒸发冷凝器;地下蓄热水池,所述地下蓄热水池内设有蓄热水池蒸发冷凝器;所述太阳能蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述蓄热水池蒸发冷凝器经冷媒管路串接形成所述太阳能水源热泵单元的闭环回路; 气环热泵单元,所述气环热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内底部的气环蒸发冷凝器及设置于所述大棚或日光温室内上部的气环冷凝蒸发器,所述气环蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述气环冷凝蒸发器经冷媒管路串接形成所述气环热泵单元的闭环回路; 水环热泵单元,所述水环热泵单元包括设置于所述大棚或日光温室内的水环蒸发冷凝器及水环冷凝蒸发器,所述水环蒸发冷凝器与所述大棚或日光温室外部周围的水源连接;所述水环蒸发冷凝器、所述压缩机、所述换向阀以及所述水环冷凝蒸发器经冷媒管路串接形成所述水环热泵单元的闭环回路; 所述太阳能水源热泵单元、所述气环热泵单元及所述水环热泵单元并行设置且受控于自动控制单元。
2.如权利要求1所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述太阳能蒸发冷凝器为碳纤维幕式太阳能蒸发冷凝器。
3.如权利要求2所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述太阳能水源热泵单元还包括设置于大棚或日光温室内的散热风机。
4.如权利要求1所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述气环蒸发冷凝器吸收位于所述大棚或日光温室内底部0.5米以下的低温空气中的低位热量;所述气环冷凝蒸发器将高位热量释放在所述大棚或日光温室内1.5米以上的空间。
5.如权利要求4所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述气环热泵单元还包括设置于所述大棚或日光温室内底部的用于强制冷媒蒸发的蒸发风机,以及设置于所述大棚或日光温室内上部用于将冷凝冷媒释放的热量向周围散发的冷凝风机。
6.如权利要求5所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述大棚或日光温室内还设置有用于果蔬或/和药材冬季降湿防冻的地窖;以及用于果蔬或/和药材夏季低温保鲜的储藏棚,由所述气环热泵单元对所述果蔬或/和药材进行降湿防冻或者低温保鲜处理。
7.如权利要求6所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述大棚或日光温室内还设置有干燥房,由所述气环热泵单元为所述干燥房提供热风对需要干燥之物进行热风干燥处理。
8.如权利要求1所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述压缩机由电驱动或燃气轮机驱动。
9.如权利要求8所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述压缩机由燃气轮机驱动,所述燃气轮机的排气回收入所述气环热泵单元。
10.如权利要求1至9任一项所述的设施农业热泵系统,其特征在于:所述自动控制单元包括PLC单片机。
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