CN105165480B - 一种用于温室的低温供暖设备以及系统 - Google Patents

一种用于温室的低温供暖设备以及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及温室加温技术领域，公开了一种用于温室的低温供暖设备以及系统。其中，所述设备包括：壳体，所述壳体上设置有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别位于所述壳体相邻的两个侧面上；轴流风机，安装于所述壳体的进风口的内侧；加热部件，安装于所述壳体内，用于加热进入所述壳体的冷空气；以及散热管道，与所述壳体的出风口连接，用于将所述加热部件加热后的冷空气均匀地排放到温室中。本发明通过轴流风机提供动力促进温室内的冷空气进入壳体，并对进入壳体的冷空气进行加热，提高了温室整体加温的均匀性，并根据作物生长发育需求实现局部精准加温，而且加热部件的温度相对较低，提升了热能利用效率，降低了温室加温能耗及成本。

Description

一种用于温室的低温供暖设备以及系统
技术领域
本发明涉及温室加温技术领域，具体地，涉及一种用于温室的低温供暖设备以及系统。
背景技术
能耗问题是制约设施园艺产业发展的主要因素之一。北方大型连栋温室必须配套加温供暖系统才能够进行冬季反季节生产，根据纬度的不同冬季加温耗能约占运行总成本的30％～70％。节能日光温室的最低气温可低至0～8℃，夜间相对湿度在80％以上，也需要配套应急加温供暖系统才能够应对冬季极端低温和积温不足等问题。
目前温室冬季加温供暖系统主要使用热水加温、热风加温以及电加温。这些加温方式多采用大功率单一热源进行集中供热，并进行分区控制。这样通常会造成温室内局部温度过高，室内温度分布不均匀，有时甚至会灼伤植物。此外，热源温度太高使热量更加容易散失，降低了热能利用效率。与此同时，还增大了温室加温能耗及成本。另外，热水锅炉、热风炉等热源设备一般体积较大，容易占用种植空间并对作物造成遮阴。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于温室的低温供暖设备以及系统。其中，所述设备通过轴流风机提供动力促进温室内的冷空气进入壳体，并对进入壳体的冷空气进行加热，提高了温室整体加温的均匀性，并根据作物生长发育需求实现局部精准加温，而且加热部件的温度相对较低，提升了热能利用效率，降低温室加温能耗及成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于温室的低温供暖设备。所述设备包括：壳体，所述壳体上设置有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别位于所述壳体相邻的两个侧面上；轴流风机，安装于所述壳体的进风口的内侧，用于使得温室内的冷空气进入所述壳体；加热部件，安装于所述壳体内，用于加热进入所述壳体的冷空气；以及散热管道，与所述壳体的出风口连接，用于将所述加热部件加热后的冷空气均匀地排放到温室中。
优选地，所述壳体由硬质塑料或金属材料制成。
优选地，所述设备还包括：防尘罩，安装于所述壳体的进风口的外侧，用于防止温室内的灰尘随着冷空气进入所述壳体。
优选地，所述设备还包括：设置有中空区域的隔板，所述隔板设置于所述壳体内，用于通过中空区域固定所述加热部件，并隔开所述加热部件与所述轴流风机。
优选地，所述设备还包括：散热器，安装于所述隔板的中空区域，用于散发所述加热部件所产生的热量。
优选地，所述散热器为铝合金的波纹片。
优选地，所述加热部件为PTC热敏电阻。
优选地，所述散热管道设置有通孔，以使得加热后的冷空气从所述通孔排出的方向与冷空气进入所述壳体的方向相同。
优选地，所述设备上设置有支撑底座或悬挂机构。
相应地，本发明还提供一种用于温室的低温供暖系统。所述系统包括：至少一个用于温室的低温供暖设备；以及控制装置，与所述至少一个低温供暖设备连接，用于根据温室内的温度启停所述至少一个低温供暖设备。
通过上述技术方案，轴流风机提供动力促进温室内的冷空气进入壳体，加热部件对进入壳体的冷空气进行加热以及散热管道将加热后的冷空气排放到温室中，提高了温室整体加温的均匀性，并根据作物生长发育需求实现局部精准加温，而且加热部件的温度相对较低，提升了热能利用效率，降低温室加温能耗及成本。
附图说明
图1是本发明提供的用于温室的低温供暖设备的内部结构示意图；
图2是本发明提供的用于温室的低温供暖设备的外部结构示意图；
图3是使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室试验区与未使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室对照区的第一气温对比图；以及
图4是使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室试验区与未使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室对照区的第二气温对比图。
附图标记说明
1 壳体 2 加热部件 3 轴流风机
4 进风口 5 出风口 6 隔板
7 盖板 8 防尘罩 9 航空接头
10 散热管道 11 支撑底座
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
目前温室冬季加温供暖系统主要使用热水加温、热风加温以及电加温。这些加温方式多采用大功率单一热源进行集中供热，并进行分区控制。这样通常会造成温室内局部温度过高，室内温度分布不均匀，有时甚至会灼伤植物。另外，热水锅炉、热风炉等热源设备一般体积较大，容易占用种植空间并对作物造成遮阴。因此，本发明特提供一种用于温室的低温供暖设备。
图1是本发明提供的用于温室的低温供暖设备的内部结构示意图。图2是本发明提供的用于温室的低温供暖设备的外部结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供的用于温室的低温供暖设备包括：壳体1，所述壳体1上设置有进风口4和出风口5，所述进风口4和所述出风口5分别位于所述壳体1相邻的两个侧面上；轴流风机3，安装于所述壳体的进风口4的内侧，用于使得温室内的冷空气进入所述壳体；加热部件2，安装于所述壳体1内，用于加热进入所述壳体的冷空气；以及散热管道10，与所述壳体的出风口5连接，用于将所述加热部件加热后的冷空气均匀地排放到温室中。
优选地，所述壳体1由硬质塑料或金属材料制成。在具体的实施方式中，壳体1可有ABS树脂制成。藉此，壳体具备优良的抗冲击性、耐热性和阻燃性，而且壳体的体积小、质量轻。
可选地，所述设备还包括：防尘罩8，安装于所述壳体的进风口4的外侧，用于防止温室内的灰尘随着冷空气进入所述壳体。藉此，可保证壳体内的清洁，而且还提高了轴流风机和加热部件的使用寿命。
可以理解的是，所述设备还包括：设置有中空区域的隔板6，所述隔板设置于所述壳体1内，用于通过中空区域固定所述加热部件，并隔开所述加热部件与所述轴流风机。在具体的实施方式中，隔板设置于所述壳体内部的中间位置。藉此，便于加热进入壳体的冷空气。
可选择地，所述设备还包括：散热器，安装于所述隔板的中空区域，用于散发所述加热部件所产生的热量。藉此，能够提高热能利用效率。
在具体的实施方式中，所述散热器为铝合金的波纹片。藉此，通过增加散热面积提高热能的利用效率。
应说明的是，所述加热部件2为PTC(Positive Temperature Coefficient，正的温度系数)热敏电阻。采用PTC热敏电阻作为加热部件，也即是热源，只要使用机械方法使冷空气通过便可简便地获得热量，即使空气不流过，也不会发生过热现象。与此同时，PTC热敏电阻的发热量会随流入空气的温度和风速的变化实现功率自调，以平衡散热量。藉此，PTC热敏电阻具有恒温、低温供暖的特性，比其它发热元件更加安全、省电。优选地，在具体的实施方式中，考虑到温室加温的需要和PTC热敏电阻的特性，所述PTC热敏电阻的居里点温度为90℃，最高发热温度不超过100℃。其中，PTC热敏电阻的特性所指的是PTC热敏电阻是一种典型的具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里点温度)时，电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，会在几度或几十度狭窄的温度范围内发生突变，电阻率迅速增大103～109数量级。藉此，热源温度相对较低，热量散失小，提高了热能利用效率。
在具体的实施方式中，所述散热管道10为PVC(Polyvinylchlorid，聚氯乙烯)管。所述PVC管具有良好的耐热性、韧性以及延展性，适用于排放加热后的冷空气。优选地，所述PVC管设置有通孔，以使得加热后的冷空气从所述通孔排出的方向与冷空气进入所述壳体的方向相同，以保证进风方向与出风方向相同，从而使得布置本发明提供的低温供暖设备的温室内的整体空气的流动呈现一定的规律，以促进作物的生长发育。至于开孔的尺寸和间距可以根据流体动力学原理计算确定，以保证PVC管均匀地排放加热后的冷空气。
在一种可能的实施方式中，所述设备上设置有支撑底座11或悬挂机构。当所述设备设置有支撑底座11时，所述设备布置于作物植株行间地面，主要针对作物植株基部空气和根层土壤进行加温。当所述设备设置有悬挂机构时，所述设备配套相应的升降机构，所述设备悬挂于作物植株行间并根据作物生长发育需求对植株代谢最旺盛的部位进行精准加温。
相应地，本发明还提供一种用于温室的低温供暖系统。所述系统包括：至少一个用于温室的低温供暖设备；以及控制装置，与所述至少一个低温供暖设备连接，用于根据温室内的温度启停所述至少一个低温供暖设备。藉此，提高了温室整体加温的均匀性。
在具体的实施方式中，两个以上的低温供暖设备通过PVC管连接成低温供暖组，布置于温室内部植株的行间。温室内的冷空气在所述轴流风机的驱动下，经过所述防尘罩进入所述壳体，再经过所述PTC热敏电阻进行加热升温，最后通过PVC管的通孔重新排放到温室中，从而形成循环。所述控制装置采用室内气温单因子控制，根据作物生长发育需求设置上下限温度。当温室内的温度高于上限温度时，控制装置关停低温供暖组，而当温室内的温度低于下限温度时，控制装置启动低温供暖组。其中，所述低温供暖组中的低温供暖设备的数量由植株的行长度决定，根据实际需求在温室中合理布局。优选地，间隔两行植株设置一个低温供暖组。
本实施例在北京市小汤山国家精准农业研究示范基地7#日光温室内进行，温室东西走向，长29.8m，跨度7m，北墙高2.7m，脊高3.7m，温室内种植西红柿(硬粉8号)。温室西半部为试验区，所述试验区安装了本发明提供的用于温室的低温供暖系统。温室东半部为对照区，所述对照区未安装本发明提供的用于温室的低温供暖系统。试验区与对照区之间设置有双层塑料膜以隔断试验区与对照区，并且温室入口处设置两行植株作为保护行。
在本实施例中，本发明提供的用于温室的低温供暖设备设置有支撑底座，主要针对作物植株基部空气和根层土壤进行加温。3个低温供暖设备通过PVC管末端两两连接成1个低温供暖组，布置于温室内部番茄植株行间。其中，连接两个低温供暖设备的出风口的PVC管的长度分别为1m，低温供暖组末端的PVC管设置有堵头。
在本实施例中，PTC热敏电阻长7.2cm，宽1.5cm，厚0.25cm，额定电压220V，居里点温度为90℃，最高发热温度约100℃，具有恒温、低温、自动控温的特殊功能。PTC热敏电阻以铝合金的波纹片为散热器，散热器宽4.3cm，长8.0cm，厚1.6cm。PTC热敏电阻与铝合金的波纹片之间通过粘接或者钎焊连接。轴流风机3型号为Suntronix公司生产的SJ80025HA2，额定电压220～240V，频率50/60HZ，额定电流0.06A。壳体1为2mm厚钢板弯折加工制成，具备优良的抗冲击性、耐热性和阻燃性。壳体1长13.0cm，宽12.0cm，高13.8cm。壳体1包括1个进风口4，口径。进风口4外侧安装尺寸为9.5cm×9.5cm的防尘罩8，进风口4内侧安装轴流风机3。壳体1包括2个出风口5，2个出风口分别焊接外螺纹管，用于连接PVC管。壳体1内部的中间位置设置有隔板6，用于固定PTC热敏电阻，并将PTC热敏电阻与轴流风机3隔开。隔板6的中空区域与散热器位置对应。盖板7设有SP13-2芯防水航空接头9，航空接头9位于所述壳体1外部的一端连接供电管线，位于所述壳体1内部的另一端连接轴流风机3及PTC热敏电阻。壳体1设有底座11支撑，高20cm。散热管道10为管，管上开的出气孔，孔距10cm，气孔朝向与壳体进风口4朝向相反，以获得相同的进风、出风方向，使布置该低温供暖组的温室整体空气流动具有规律性特征，促进番茄生长发育。
低温供暖组布置于番茄植株行间走道地面，散热管道10的通孔距离地面高约25cm，每隔两行植株设置一个低温供暖组。在约95m2的温室面积内共布置15个低温供暖设备、5个低温供暖组。温室内番茄植株基部冷空气在轴流风机3的驱动下，经过防尘罩8进入壳体1，再经过PTC热敏电阻并与之进行热量交换，换热升温后的冷空气通过PVC管重新排到温室中，形成循环。
其中，为低温供暖设备供电的线缆竖直垂吊连接航空接头9，以方便生产操作。轴流风机3和PTC热敏电阻并联连接至航空接头(9)，启停同步。控制装置选用臣源WK-SM2电脑智能温控器，额定电压220V，额定频率50HZ，过载电流10A。所述控制装置根据温室内气温变化控制整个低温供暖组的启停。当温室内气温降低至15℃时，所述控制装置通过控制线缆通电开启整个低温供暖组，而当温室内气温上升至20℃时，所述控制装置通过控制线缆断电关闭整个低温供暖组。
2015年1月27日至2015年3月19日，使用本发明提供的用于温室的低温供暖系统为日光温室95m2的面积供暖，供暖期内系统总耗电量为650.9kW·h，按农业用电0.554元/kW·h计算，总耗电费用为360.6元，平均耗电费用为6.9元/d。图3是使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室试验区与未使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室对照区的第一气温对比图。图4是使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室试验区与未使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室对照区的第二气温对比图。如图3和图4所示，本发明提供的用于温室的低温供暖设备的PVC管的通孔温度为26～48℃，可将日光温室夜间平均气温提升1.2℃，10cm深处土壤的平均温度提升0.9℃；30cm深处土壤的平均温度提升0.6℃(2015年2月8日-2015年2月9日)。与对照区相比，使用本发明提供的用于温室的低温供暖设备的温室试验区种植的番茄可提前12天采收。
综上所述，本发明提供的用于温室的低温供暖系统可提升番茄植株基部空气和根层土壤温度，实现温室局部精准加温和整体范围内的均匀加温，使番茄采收期提前，加温效果明显；同时，系统能耗及投资、运行成本较低，清洁无污染，节能效果显著。
本发明的有益效果：1)与传统的热水加温、热风加温及电加热相比，本发明提供的用于温室的低温供暖系统投资成本低，体积小，质量轻，不会产生热源过热现象，根据室内气温控制启停，使用安全、方便、清洁；本发明提供的用于温室的低温供暖系统能够提高温室加温的均匀性，避免作物高温灼伤；热源温度相对较低，可减少热量散失，提升热能利用效率，降低能耗及运行成本。2)本发明提供的低温供暖设备布置于植株行间，通过设置支撑底座或悬挂机构，置于植株行间地面或悬挂于行间，能够针对性的提升作物植株基部空气和根层土壤温度，或根据作物生长发育需求对植株代谢最旺盛的部位进行加温，实现温室局部精准加温。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述设备包括：
壳体，所述壳体上设置有进风口和出风口，所述进风口和所述出风口分别位于所述壳体相邻的两个侧面上；
轴流风机，安装于所述壳体的进风口的内侧，用于使得温室内的冷空气进入所述壳体；
加热部件，安装于所述壳体内，用于加热进入所述壳体的冷空气；以及
散热管道，与所述壳体的出风口连接，用于将所述加热部件加热后的冷空气均匀地排放到温室中；
所述设备还包括：设置有中空区域的隔板，所述隔板设置于所述壳体内，用于通过中空区域固定所述加热部件，并隔开所述加热部件与所述轴流风机。
2.根据权利要求1所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述壳体由硬质塑料或金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述设备还包括：
防尘罩，安装于所述壳体的进风口的外侧，用于防止温室内的灰尘随着冷空气进入所述壳体。
4.根据权利要求1所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述设备还包括：
散热器，安装于所述隔板的中空区域，用于散发所述加热部件所产生的热量。
5.根据权利要求4所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述散热器为铝合金的波纹片。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述加热部件为PTC热敏电阻。
7.根据权利要求1所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述散热管道设置有通孔，以使得加热后的冷空气从所述通孔排出的方向与冷空气进入所述壳体的方向相同。
8.根据权利要求1所述的用于温室的低温供暖设备，其特征在于，所述设备上设置有支撑底座或悬挂机构。
9.一种用于温室的低温供暖系统，其特征在于，所述系统包括：
至少一个根据权利要求1-8中任意一项权利要求所述的用于温室的低温供暖设备；以及
控制装置，与所述至少一个低温供暖设备连接，用于根据温室内的温度启停所述至少一个低温供暖设备。
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