CN104025947B - 一种自循环温室大棚 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业温室大棚技术领域，公开了一种自循环温室大棚，主要包括前屋面，后屋面，保温前墙，保温后墙，两侧墙，地下保温层，雨水池，冷水池，蓄热水池，各热循环附件及输电储能系统。前屋面由光伏光热组件和玻璃钢板材构成，后屋面包括可滑动三角支架和覆盖在其上方的保温被。雨水池后设有冷水池，冷水池通过水泵与光伏光热组件相连，由光伏光热组件出水管导出的热水储存于蓄热水池。雨水作为光伏光热组件的冷却工质并充当温室热循环的传热工质。蓄热水池、保温前墙、地下保温层通过各连接件构成温室热循环系统。该自循环温室大棚结合光伏光热技术、可有效提高土地利用率、热电自供给且可并网发电、能源综合利用效率高且结构稳定。
Description
技术领域
本发明属于农业温室大棚技术领域，尤其是利用太阳能热电自供给的温室大棚，具体是一种新型自循环温室大棚。
背景技术
我国传统农业温室大棚的能源利用方式：一是电网电能，二是传统加热方式（包括烟道加温、热风炉加温、蒸汽加温、电热器加温等）。这两种方式均有不利影响，归根到底是利用不可再生的化石能源，不但会加重农民的经济负担，甚至会产生环境污染。随着农业现代化进程的推进，绿色、环保、节能的农业生产模式越来越受到推崇，将太阳能技术应用于温室大棚的控制系统不仅解决了温室大棚部分能源问题，同时又契合节能环保的现代农业生产理念。尤其针对中国北方天气干旱、日照时间充足的特点，将太阳能技术引入农业温室大棚系统设计中，将会为我国这个农业大国节省大量的资源。
中国实用新型公开说明书CN202958318U公开了一种光伏温室大棚，是由坡型平面结构的前屋面、带有天窗的后屋面、混凝土空心砌块砖砌成的后墙、带有窗户的两侧山墙、带有窗户的前坎组成的中间无立柱的连体结构，前屋面上铺有晶硅电池组件和玻璃钢。中国实用新型公开说明书CN202127670U公开了一种太阳能温室大棚，包括后立墙、后横架、大棚架及支柱，后立墙或/和后横架内侧设有相变蓄能热管组成的相变储能热管系统，横架的上边设有由真空集热管与联箱组成的介质控温循环系统，相变储能热管系统与介质控温循环系统通过管道连接。以上利用太阳能的温室大棚仅是简单与太阳能光伏发电或光热组件结合，单一产生电能或者热能，能源综合利用效率较低。此外，多数温室大棚只能进行大棚内的室温调节而无法进行土壤的温度调节，特别是在冬季无法达到作物根系正常吸水，吸肥的最低温度。还有一些大棚采用在地下设置吸热管来形成水循环获取热量，这种方法获得的热量少，对大棚中温度的供应不足，难以维持一定的恒温。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种结合光伏光热一体化技术、有效提高土地利用率、热电自供给且可并网发电、能源综合利用效率高且结构稳定的新型自循环温室大棚。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种新型自循环温室大棚，包括前屋面，后屋面，保温前墙，保温后墙，两侧墙，地下保温层，雨水池，冷水池，蓄热水池，各热循环附件及输电储能系统；
所述前屋面由光伏光热组件和带有天窗的玻璃钢板材沿坡面交错间隔排列构成，所述前屋面沿坡面下方设置有集水槽，集水槽可回收雨水并将其存放于雨水池内；
所述雨水池的进口通过垂直引水管与集水槽相连，且所述雨水池内设有多个过滤层，雨水池底部设有出水口，经过过滤的雨水通过所述出水口与冷水池相连，冷水池通过水泵与所述光伏光热组件相连，利用经过过滤的雨水回收作为光伏光热组件的冷却工质并充当温室热循环的传热工质，有效地降低了水的消耗，节约了水资源，达到自循环的目的；
所述蓄热水池通过保温水管与光伏光热组件的出水管相连，由光伏光热组件出水管导出的热水作为温室热循环的放热源储存于蓄热水池内；
所述后屋面包括可滑动三角支架和覆盖于可滑动三角支架上方的保温被，所述可滑动三角支架底边两端分别与保温后墙和前屋面相连，一方面三角支架能达到稳固温室大棚的效果，另一方面通过滑动三角支架改变大棚大高度和跨度，增强了温室大棚的适应能力的同时可根据不同季节的光照入射角度调整前屋面上光伏光热组件的角度，使其更充分有效吸收太阳光，提高电效率；
所述保温前墙内设置有冷却蛇形盘管，所述冷却蛇形盘管的进水管依次通过调节阀和水泵与蓄热水池相连，所述冷却蛇形盘管的出水管分别通过调节阀和调节阀与蓄热水池和地下保温层相连，所述地下保温层包括地下水循环管道和分水器，所述地下水循环管道的进水口分别通过调节阀和调节阀、水泵与所述保温前墙内冷却蛇形盘管的出水管和冷水池相连，所述地下水循环管道的出水口分别与泄水阀和蓄热水池相连，所述蓄热水池、保温前墙、地下保温层通过各连接循环管及水泵和阀门构成温室热循环系统，通过调节阀的开关来控制各循环通路达到使温室大棚保持恒温的效果；
所述输电储能系统包括内部设有防雷装置的并网逆变器，升压变压器和高压电网。
进一步，所述光伏光热组件是由上到下分别为玻璃盖板，光伏电池，水通道和绝热层集成的一体化组件，所述光伏电池可为传统晶硅电池或新型薄膜电池，所述水通道内通过由冷水池导入的冷却水，冷却水吸取光伏电池的热量供给于大棚内部蓄热池，同时达到冷却光伏电池提高发电效率的效果；
进一步，所述可滑动三角支架的底边末端沿与水平地面成45°夹角方向固定在保温后墙上，三角支架左边顶角端设置滑槽，所述三角支架右边顶角端弯曲设置在滑槽内且设置固定销插孔，所述可滑动三角支架的底边与三角支架左边底脚末端以及右边底脚末端铰连接。
进一步，所述保温后墙采用设置有预留通风口的多层保温墙体，所述保温后墙包括中心板层，中心板层的上下两层为保温层，保温层的上下两层为阻燃层；所述的中心板层用木塑板压制而成；所述的保温层由两块泡沫塑料板材组成，通过粘合材料层粘合而成；所述的保温后墙的后下方设有防寒沟。
进一步，所述两侧墙由内至外依次由中空玻璃、PC板以及保温帘组合而成。
进一步，所述输电储能系统可为棚内水泵，照明系统，风机，控制系统和除湿系统供电。
进一步，所述地下水循环管道的进水管连接在分水器上，分水器设有多个控制地暖水流量的阀门，分别控制每条散热水管，通过调节散热水管的流量来调节散热量，以适应不同农作物的需要。
进一步，所述水泵以及所有调节阀、泄水阀的运行和控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行，管路附带有防冻装置，当严寒季节或温度较低的夜晚将会自动启动防冻伴热带。
本发明的有益效果可通过上述方案得出：1)本发明提供的新型自循环温室大棚将光伏光热系统与温室大棚结合，利用清洁可再生的太阳能供给棚内电能和热能，更可输出多余的电能并网使用，能源综合利用率高。2）将太阳能利用技术与新型蓄热技术、工质高效换热技术结合，达到明显的温室加热保温效果。3）由于光伏光热组件可有效与建筑体相结合，既提高了土地的利用率，又兼备外形美观的特点。4）将经过过滤的雨水回收作为光伏光热组件的冷却工质并充当温室热循环的传热工质，有效地降低了水的消耗，节约了水资源，整个系统在能源、资源的利用上均达到了自循环。5）在结构设计上，后屋面的三角支架一方面能达到稳固温室大棚的效果，另一方面通过滑动三角支架改变大棚大高度和跨度，增强了温室大棚的适应能力的同时可根据不同季节的光照入射角度调整前屋面上光伏光热组件的角度，使其更充分有效吸收太阳光，提高电效率；前屋面设置的天窗和保温后墙留有的通风口，实现了棚内温度和湿度的调节。6）棚内田垄内所设置的地下水循环管道可对土壤进行温度调节，特别是在冬季可使作物根系正常吸水，吸肥的最低温度，并且通过调节散热水管的流量来调节散热量，以适应不同农作物的需要。由此可见，本发明与现有技术相比具有实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
附图说明
图1为根据本发明实施例的新型自循环温室大棚的示意图；
图2为根据本发明实施例的新型自循环温室大棚的热电输出自循环流程框图；
图3为根据本发明实施例的新型自循环温室大棚的保温前墙结构示意图；
图4为根据本发明实施例的新型自循环温室大棚的地下保温层结构示意图；
图中附图标记表示为：1-前屋面；101-光伏光热组件；102-天窗；103-玻璃钢板材；104-集水槽；2-后屋面；201-可滑动三角支架；202-保温被；3-保温前墙；301-定位孔；4-保温后墙；401-通风口；5-地下保温层；6-防寒沟；7-雨水池；8-冷水池；9-蓄热水池；10-水泵；11-冷却蛇形盘管；111-进水管；112-弯头；113-水管连接件；114-出水管；12-地下水循环管道；13-分水器；141、142、143、144、145-调节阀；15-照明系统；16-风机；17-并网逆变器；18-升压变压器；19-高压电网；20-控制系统；21-除湿系统；22-泄水阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是幅图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提出的新型自循环温室大棚，如图1所示，包括前屋面1，后屋面2，保温前墙3，保温后墙4，两侧墙，地下保温层5，雨水池7，冷水池8，蓄热水池9，各热循环附件及输电储能系统。
具体地，前屋面1由光伏光热组件101和带有天窗的玻璃钢板材103沿坡面交错间隔排列构成，前屋面1沿坡面下方设置有集水槽104；集水槽104可回收雨水并将其存放于雨水池7内。
雨水池7的进口通过垂直引水管与集水槽104相连，且所述雨水池7内设有多个过滤层，雨水池7底部设有出水口，经过过滤的雨水通过所述出水口与冷水池8相连，冷水池8通过第一水泵1011与所述光伏光热组件101相连。利用经过过滤的回收雨水作为光伏光热组件101的冷却工质并充当温室热循环的传热工质，有效地降低了水的消耗，节约了水资源，达到自循环的目的。
蓄热水池9通过保温水管与光伏光热组件101的出水管相连，由光伏光热组件101出水管导出的热水作为温室热循环的放热源储存于蓄热水池9内。
后屋面2包括可滑动三角支架201和覆盖于可滑动三角支架201上方的保温被202，所述可滑动三角支架201底边两端分别与保温后墙4和前屋面1相连，一方面三角支架能达到稳固温室大棚的效果，另一方面通过滑动三角支架在改变大棚大高度和跨度，增强了温室大棚的适应能力的同时可根据不同季节的光照入射角度调整前屋面上光伏光热组件的角度，使其更充分有效吸收太阳光，提高电效率。
保温前墙3内设置有冷却蛇形盘管11，冷却蛇形盘管11的进水管111依次通过第二调节阀142和第二水泵1022与蓄热水池9相连，冷却蛇形盘管11的出水管112分别通过第一调节阀141和第三调节阀143与蓄热水池9和地下保温层5相连。
地下保温层5设置在温室大棚内种植有农作物的田垄内，地下保温层5包括地下水循环管道12和分水器13，地下水循环管道12的进水口分别通过第三调节阀143和第四调节阀144、第一水泵1011与保温前墙3内冷却蛇形盘管11的出水管112和冷水池8相连，地下水循环管道12的出水口分别与泄水阀22和蓄热水池9相连。蓄热水池9、保温前墙3、地下保温层5通过各连接循环管及水泵和阀门构成温室热循环系统，通过调节阀的开关来控制各循环通路达到使温室大棚保持恒温的效果。温室内包括有三条热循环回路：1）打开第一调节阀141和142，关闭其他调节阀，蓄热水池9通过第二水泵1022和保温前墙3构成第一循环回路，蓄热水池9的热能通过第一循环回路释放给保温前墙3，经过换热后保温前墙3内冷却蛇形盘管11出口的冷水再次回到蓄热水池9。2）打开第三调节阀143和145，关闭其他调节阀，蓄热水池9通过第二水泵1022和地下保温层5构成第二循环回路，蓄热水池9的热能通过第二循环回路释放给地下保温层5，经过换热后地下保温层5内地下水循环管道12出口的冷水再次回到蓄热水池9。3）打开第二调节阀142和143，关闭其他调节阀，蓄热水池9通过第二水泵1022和保温前墙3、地下保温层5构成第三循环回路，蓄热水池9的热能通过第三循环回路依次释放给保温前墙3、地下保温层5，经过换热后地下保温层5内地下水循环管道12出口的冷水再次回到蓄热水池9。因此，可根据不同季节和天气情况，以及不同作物的需求，选择启动不同循环回路以调节温室内室温和土壤的温度。此外，由于通过分水器13只能有限地调整地下水循环分管道的流量从而控制其水温，当水温无法降至合适温度时，则需打开第四调节阀144，冷水池8可通过第一水泵1011将冷水输送至地下水循环管道12，冷水在通过分水器13前可提前与从蓄热水池9或保温前墙3输送至地下水循环管道12的热水混合，通过调整冷热水流量控制混合水至最合适水温，以防止地下保温层5温度过高烫坏农作物根部。
输电储能系统包括内部设有防雷装置的并网逆变器20，升压变压器21和高压电网22。并网逆变器20同时兼有控制器和系统保护的功能。因为并网太阳能发电系统中蓄电池几乎不用，所以系统没有选用蓄电池。当阳光充足时，温室大棚内各用电单元的电能由光伏光热系统供给，系统是按照所有执行机构同时工作时的最大功率设计的，在同一时刻不是所有机构都同时工作，此时多余的电能由并网逆变器20送给输电网；当光照不充足时，并网逆变器20自动转换，系统将从电网中使用电能，此时转为电网供电状态。
在本实施例中，光伏光热组件101是由上到下分别为玻璃盖板，光伏电池，水通道和绝热层集成的一体化组件，所述光伏电池可为传统晶硅电池或新型薄膜电池，所述水通道内通过由冷水池8导入的冷却水，冷却水吸取光伏电池的热量供给于大棚内部蓄热水池9，同时达到冷却光伏电池提高发电效率的效果。
在本实施例中，可滑动三角支架201的底边末端沿与水平地面成45°夹角方向固定在保温后墙上，三角支架201左边顶角端设置滑槽，可滑动三角支架201右边顶角端弯曲设置在滑槽内且设置固定销插孔，可滑动三角支架201的底边与三角支架左边底脚末端以及右边底脚末端铰连接。
在本实施例中，内部设置有若干冷却蛇形盘管11的保温前墙3由内墙、外墙和设置于内墙和外墙之间的保温层叠加复合而成，内墙和保温层之间设置冷却蛇形盘管11。冷却蛇形盘管11的进水管111和出水管114分别露出内墙外表面，若干个冷却蛇形盘管11通过水管连接件113相互串联。保温前墙3的两侧分别设有两个定位孔301，用于相邻的保温前墙3之间通过定位销进行连接。
在本实施例中，保温后墙4采用设置有预留通风口401的多层保温墙体，保温后墙4包括中心板层，中心板层的上下两层为保温层，保温层的上下两层为阻燃层；中心板层用木塑板压制而成；保温层由两块泡沫塑料板材组成，通过粘合材料层粘合而成；保温后墙4的后下方设有防寒沟6。
在本实施例中，两侧墙由内至外依次由中空玻璃、PC板以及保温帘组合而成。
在本实施例中，随时供给温室大棚内部各用电单元的输电储能系统可为棚内水泵10，照明系统15，风机16，控制系统20和除湿系统21供电。
在本实施例中，如图4所示，地下水循环管道12的进水管连接在分水器13上，分水器13设有多个控制地暖水流量的阀门，分别控制每条散热水管，通过调节散热水管的流量来调节散热量，以适应不同农作物的需要。
在本实施例中，水泵10以及所有第一调节阀141～145、泄水阀22的运行和控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行，管路附带有防冻装置，当严寒季节或温度较低的夜晚将会自动启动防冻伴热带。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和宗旨的前提下，还可以做出若干替换、变型、改进和润饰，这些替换、变型、改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自循环温室大棚，包括前屋面（1），后屋面（2），保温前墙（3），保温后墙（4），两侧墙，地下保温层（5），雨水池（7），冷水池（8），蓄热水池（9），各热循环附件及输电储能系统，其特征在于：
所述前屋面（1）由光伏光热组件（101）和带有天窗的玻璃钢板材（103）沿坡面交错间隔排列构成，所述前屋面（1）沿坡面下方设置有集水槽（104）；
所述雨水池（7）的进口通过垂直引水管与集水槽（104）相连，且所述雨水池（7）内设有多个过滤层，雨水池底部设有出水口，经过过滤的雨水通过所述出水口与冷水池（8）相连，冷水池（8）通过第一水泵（1011）与所述光伏光热组件（101）相连；
所述蓄热水池（9）通过保温水管与光伏光热组件(101)的出水管相连；
所述后屋面(2)包括可滑动三角支架(201)和覆盖于可滑动三角支架(201)上方的保温被(202)，所述可滑动三角支架(201)底边两端分别与保温后墙(4)和前屋面(1)相连；
所述保温前墙(3)内设置有冷却蛇形盘管(11)，所述冷却蛇形盘管(11)的进水管(111)依次通过第二调节阀（142）和第二水泵(1022)与蓄热水池(9)相连，所述冷却蛇形盘管(11)的出水管(112)通过第一调节阀（141）与蓄热水池(9)相连，所述冷却蛇形盘管(11)的出水管(112)通过第三调节阀（143）与地下保温层（5）相连；
所述地下保温层(5)包括地下水循环管道(12)和分水器(13)，所述地下水循环管道(12)的进水口通过第三调节阀（143）与所述保温前墙（3）内冷却蛇形盘管（11）的出水管（112）相连，所述地下水循环管道(12)的进水口通过第四调节阀（144）、第一水泵（1011）和冷水池（8）相连，所述地下水循环管道（12）的出水口分别与泄水阀（24）和蓄热水池（9）相连；
所述输电储能系统包括内部设有防雷装置的并网逆变器（20），升压变压器（21）和高压电网（22）。
2.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述光伏光热组件（101）是由上到下分别为玻璃盖板，光伏电池，水通道和绝热层集成的一体化组件；所述光伏电池为传统晶硅电池或薄膜电池。
3.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述可滑动三角支架（201）的底边末端沿与水平地面成45°夹角方向固定在保温后墙（4）上，可滑动三角支架（201）左边顶角端设置滑槽，所述可滑动三角支架（201）右边顶角端弯曲设置在滑槽内且设置固定销插孔，所述可滑动三角支架（201）的底边与三角支架左边底脚末端以及右边底脚末端铰连接。
4.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述保温后墙（4）采用设置有预留通风口（401）的多层保温墙体，所述保温后墙（4）包括中心板层，中心板层的上下两层为保温层，保温层的上下两层为阻燃层；所述的中心板层用木塑板压制而成；所述的保温层由两块泡沫塑料板材组成，通过粘合材料层粘合而成；所述的保温后墙（4）的后下方设有防寒沟（6）。
5.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述两侧墙由内至外依次由中空玻璃、PC板以及保温帘组合而成。
6.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述输电储能系统可为棚内水泵（10），照明系统（15），风机（16），控制系统（19）和除湿系统（23）供电。
7.根据权利要求1所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述地下水循环管道（12）的进水管连接在分水器（13）上，分水器（13）设有多个控制地暖水流量的阀门，分别控制每条散热水管。
8.根据权利要求1、6和7之一所述的自循环温室大棚，其特征在于：所述水泵以及所有调节阀、泄水阀的运行和控制系统为全自动控制系统，能够根据各类监测信号反馈自动调整系统运行，管路附带有防冻装置，当严寒季节或温度较低的夜晚将会自动启动防冻伴热带。
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