CN106718304B - 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统 - Google Patents

一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106718304B
CN106718304B CN201610991915.2A CN201610991915A CN106718304B CN 106718304 B CN106718304 B CN 106718304B CN 201610991915 A CN201610991915 A CN 201610991915A CN 106718304 B CN106718304 B CN 106718304B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
bionical
transpiration
pipe
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610991915.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106718304A (zh
Inventor
姜培学
黄干
祝银海
胥蕊娜
陆韬杰
廖致远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201610991915.2A priority Critical patent/CN106718304B/zh
Publication of CN106718304A publication Critical patent/CN106718304A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106718304B publication Critical patent/CN106718304B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/14—Greenhouses
    • A01G9/1438—Covering materials therefor; Materials for protective coverings used for soil and plants, e.g. films, canopies, tunnels or cloches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/14—Greenhouses
    • A01G9/1438—Covering materials therefor; Materials for protective coverings used for soil and plants, e.g. films, canopies, tunnels or cloches
    • A01G2009/1446—Covering materials therefor; Materials for protective coverings used for soil and plants, e.g. films, canopies, tunnels or cloches with perforations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G2009/248—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like with distillation of water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Greenhouses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，该系统包括主要由多孔介质材料层和防水层构成的屋顶，用于储存仿生蒸腾作用水源的储水箱和呈仿生树枝的分形结构且内部采用多孔结构的输水管；其中，多孔介质材料层具有仿生树叶的微孔隙，输水管一端与储水箱相连接，输水管另一端的发散末梢与多孔介质材料层相连接。本发明借鉴树木蒸腾作用的降温原理，利用仿生树木结构抽吸水分到屋顶进行蒸腾作用散热冷却对房屋进行降温，整个降温过程无需消耗任何能源，有效减少室温调节能耗；而且本发明当外界环境温度较低时，蒸腾作用较弱，当外界环境温度较高时，蒸腾作用较强，具有自适应特性。

Description

一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统
技术领域
本发明涉及一种绿色环保的室温调节系统，尤其涉及一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统。
背景技术
能源是国家发展的重要支柱之一，各行各业的发展都离不开能源消耗，随着经济的发展，能源消耗日益增长。目前世界上的能源主要以化石能源为主，其会排放二氧化碳等污染物导致环境污染，而且化石能源具有不可再生性，会随着使用日益枯竭。在环境温度较高的夏季，房屋的主要温度调节方式是采用空调降温。随着空调的普及，空调耗电成为了居民用电中的主要组成部分。如何减少空调能耗，对于能源节约具有重要意义。目前关于降低空调能耗的研究主要集中于制冷剂性能、换热器效率、压缩机效率和变频调节等方面。
在夏季时，森林中的温度低于城市中的温度，基本处于人类舒适温度范围，这主要是由于树木的蒸腾作用，大量的水在树叶蒸发，水由于具有较大的相变潜热，蒸腾作用吸收大量的热量，使得森林中的温度得到显著降低。蒸腾作用完全不需要借助任何外力，大自然中的树木通过根系从土壤吸收水分，依靠成千上万的叶片所提供的毛细力以及根部的根压将土壤中的水通过木质部运输到树木顶端的树叶。其中，树干中的木质部是多孔结构，内部充满了输水的导管细胞，这种多孔结构的木质部有利于减小水的重力，同时可以减少断流的危险。分形结构的树枝有利于将水分均匀输运到各个树叶。树木的蒸腾作用主要发生在树叶，通过观察树叶的内部结构发现，叶片内部的叶肉细胞聚集形成多孔介质，叶肉细胞之间的微细通道有利于提供强大的毛细作用力。目前世界上最高的树木高达100米以上，水分输运的动力主要由蒸腾作用和根压提供，其中蒸腾作用为主要因素。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，仿生大自然中树木的蒸腾作用，实现无污染无能耗的室温调节功能。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，该系统包括：主要由多孔介质材料层和防水层构成的屋顶，用于储存仿生蒸腾作用水源的储水箱，和呈仿生树枝的分形结构且内部采用多孔结构的输水管；其中，所述多孔介质材料层具有仿生树叶的微孔隙，所述输水管一端与所述储水箱相连接，所述输水管另一端的发散末梢与所述多孔介质材料层相连接。
所述多孔介质材料层由多片仿生树叶的多孔介质材料板拼接而成，各所述多孔介质材料板分别与所述输水管的所述发散末梢相连接。
所述多孔介质材料板采用细小的微细玻璃球颗粒高温烧结而成，玻璃球之间存在大量的微米量级的微细通道。
所述屋顶采用倾斜的外形，并在所述屋顶的下部设置汇水槽，所述汇水槽通过雨水收集管与所述储水箱相连接。
所述储水箱埋入地下。
所述输水管上还设置有第一调节阀，用于打开或关闭所述输水管；所述储水箱与外接的补水管相连接，并设置有第二调节阀；当打开所述第二调节阀时，能通过所述补水管向所述储水箱中补充自来水、处理后的轻度生活污染废水或地下水。
所述输水管内部填充玻璃纤维材料，在所述输水管内形成具有微细通道的多孔介质结构。
所述输水管紧贴房屋墙壁布置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，借鉴树木蒸腾作用的降温原理，利用仿生树木结构抽吸水分到屋顶进行蒸腾作用散热冷却对房屋进行降温，整个降温过程无需消耗任何能源，有效减少室温调节能耗。2、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，利用收集的自然界雨水或轻度污染的生活废水作为冷却流体，减少了水的浪费。3、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，采用烧结玻璃球多孔材料作为仿生树叶，制造成本较低，具备一定的结构强度，同时可以提供较大的毛细力将液态水抽吸到屋顶进行仿生蒸腾作用，无需消耗额外的能源。4、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，采用仿生树枝分形结构的输水管，有效减小输水阻力，将储水箱中的水均匀输运到屋顶每一部分。5、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，输水管内部填充纤维材料，提供毛细力的同时减小输水管中的流体重力。6、本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，当外界环境温度较低时，蒸腾作用较弱，当外界环境温度较高时，蒸腾作用较强，具有自适应特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其包括屋顶1、储水箱2和输水管3。其中，屋顶1包括上部的多孔介质材料层11和底部的不可渗透的防水层12，多孔介质材料层11具有仿生树叶的微孔隙，为仿生蒸腾作用提供毛细抽吸力，防水层12防止雨水等渗漏进房屋内；储水箱2用于储存仿生蒸腾作用的水源；输水管3内部采用多孔结构，一端与储水箱2相连接，另一端与屋顶1的多孔介质材料层11相连接；输水管3上还设置有第一调节阀4，用于打开或者关闭输水管3。当第一调节阀4打开时，通过将储水箱2内的水分输送到屋顶1进行蒸腾作用，达到降温的目的。
上述实施例中，屋顶1的多孔介质材料层11由多片仿生树叶的多孔介质材料板13拼接而成，输水管3采用仿生树枝的分形结构，流动阻力小，各多孔介质材料板13分别与输水管3的末梢相连接，使得水分均匀输送；而且相比于光伏太阳能电池板，多孔介质材料板13制造成本低。
上述实施例中，多孔介质材料板13采用细小的微细玻璃球颗粒高温烧结而成，玻璃球之间存在大量的微米量级的微细通道，由于玻璃具有亲水特性，可提供较大的毛细抽吸力，而且制作过程无污染，成本较低。
上述实施例中，屋顶1采用倾斜的外形，并在屋顶1的下部设置汇水槽5，汇水槽5通过雨水收集管6与储水箱2相连接。通过倾斜的屋顶1收集雨水，雨水顺着屋顶1流入汇水槽5，通过雨水收集管6进入到储水箱2中作为仿生蒸腾作用的水源。
上述实施例中，储水箱2埋入地下，雨水不仅可以通过屋顶1汇集，也可以通过房屋附近的地面汇集，以增加储水箱2中的储水量。
上述实施例中，储水箱2还与一外接的补水管7相连接，并设置有第二调节阀8；当持续高温且无降雨时，可以打开第二调节阀8，通过补水管7向储水箱2中补充自来水，或经过处理后的轻度生活污染废水，或补充地下水。
上述实施例中，输水管3内部填充玻璃纤维材料，从而在输水管3内形成具有微细通道的多孔介质结构，这种结构仿生树木的木质部，可产生毛细力，有利于减少一定高度时水的重力，并且可防止产生气泡而引起断流，还具备过滤的作用。
上述实施例中，输水管3紧贴房屋墙壁布置，不影响室内空间，降温效果更好。
树木蒸腾作用对于房屋的温度调节具有重要的借鉴意义。本发明的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，采用仿生树叶的具有微孔隙的亲水多孔材料制作屋顶，为仿生蒸腾作用提供毛细抽吸力；利用内部填充有纤维的分形结构输水管为屋顶的多孔材料供水；利用雨水收集系统将雨水收集到储水箱中作为水源，也可利用生活轻度污染水初步处理后作为水源；仿生大自然中树木蒸腾作用，实现无污染无能耗的室温调节功能。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，该系统包括：
主要由多孔介质材料层和防水层构成的屋顶，
用于储存仿生蒸腾作用水源的储水箱，和
呈仿生树枝的分形结构且内部采用多孔结构的输水管；
其中，所述多孔介质材料层具有仿生树叶的微孔隙，所述输水管一端与所述储水箱相连接，所述输水管另一端的发散末梢与所述多孔介质材料层相连接；
所述多孔介质材料层由多片仿生树叶的多孔介质材料板拼接而成，各所述多孔介质材料板分别与所述输水管的所述发散末梢相连接。
2.如权利要求1所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述多孔介质材料板采用细小的微细玻璃球颗粒高温烧结而成，玻璃球之间存在大量的微米量级的微细通道。
3.如权利要求1或2所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述屋顶采用倾斜的外形，并在所述屋顶的下部设置汇水槽，所述汇水槽通过雨水收集管与所述储水箱相连接。
4.如权利要求3所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述储水箱埋入地下。
5.如权利要求1或2或4所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述输水管上还设置有第一调节阀，用于打开或关闭所述输水管；所述储水箱与外接的补水管相连接，并设置有第二调节阀；当打开所述第二调节阀时，能通过所述补水管向所述储水箱中补充自来水、处理后的轻度生活污染废水或地下水。
6.如权利要求3所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述输水管上还设置有第一调节阀，用于打开或关闭所述输水管；所述储水箱与外接的补水管相连接，并设置有第二调节阀；当打开所述第二调节阀时，能通过所述补水管向所述储水箱中补充自来水、处理后的轻度生活污染废水或地下水。
7.如权利要求1或2或4或6所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述输水管内部填充玻璃纤维材料，在所述输水管内形成具有微细通道的多孔介质结构。
8.如权利要求3所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述输水管内部填充玻璃纤维材料，在所述输水管内形成具有微细通道的多孔介质结构。
9.如权利要求1或2或4或6或8所述的一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统，其特征在于，所述输水管紧贴房屋墙壁布置。
CN201610991915.2A 2016-11-10 2016-11-10 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统 Active CN106718304B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610991915.2A CN106718304B (zh) 2016-11-10 2016-11-10 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610991915.2A CN106718304B (zh) 2016-11-10 2016-11-10 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106718304A CN106718304A (zh) 2017-05-31
CN106718304B true CN106718304B (zh) 2018-06-22

Family

ID=58973063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610991915.2A Active CN106718304B (zh) 2016-11-10 2016-11-10 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106718304B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107996368B (zh) * 2017-12-22 2021-06-15 南京航空航天大学 一种水汽远距离输送及供给系统
CN109863907A (zh) * 2019-03-18 2019-06-11 重庆大学 一种基于毛细蒸腾作用的多功能仿生速生树
NL2023966B1 (en) * 2019-10-04 2021-06-01 Univ Delft Tech Apparatus for cooling
CN111937717B (zh) * 2020-08-17 2022-08-30 徐州花千树农业发展有限公司 一种针对高温天气叶片蒸腾作用的农作物补水保护装置
CN112898628B (zh) * 2021-02-04 2021-12-07 天津工业大学 一种仿叶多孔膜复合PPy/PVA海绵及其制备方法和应用
CN114719557A (zh) * 2022-03-29 2022-07-08 大连理工大学 一种基于植物蒸腾作用的消防侦察机器人自主降温系统
CN117848127A (zh) * 2023-06-01 2024-04-09 山东大学 一种环路热管

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120024339A (ko) * 2010-09-06 2012-03-14 김명한 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템
CN101975138B (zh) * 2010-09-21 2013-12-04 魏泽宇 蒸腾作用板及其应用
CN102683465B (zh) * 2012-06-11 2014-08-20 上海电力学院 被动式光伏组件冷却装置
CN203424069U (zh) * 2013-05-17 2014-02-12 济南安信农业科技有限公司 温室大棚增降温系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106718304A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106718304B (zh) 一种仿生树木蒸腾作用的室温调节系统
WO2016155600A1 (zh) 一种应用全天候太阳能供热的空调系统改造方法及设备
CN204014640U (zh) 实现寒冷地区温室大棚茄果类蔬菜生产的节能供暖系统
CN104563208A (zh) 一种利用自然能源的大气凝结水收集装置
CN109286339A (zh) 一种应用于小型岛礁的太阳能温差发电与空气取水一体化装置
CN103321451A (zh) 一种绿色环保房屋
CN207706800U (zh) 一种复合式架空自然通风生态种植屋面隔热装置
CN209569848U (zh) 一种室内空气调节及热水供给复合系统
CN103807104A (zh) 一种海岛供电取水装置
CN204460431U (zh) 一种太阳能相变蓄热采暖系统
CN207512831U (zh) 适用于高温低湿环境的光伏电解质膜一体化空气制水装置
CN108293484A (zh) 一种复合式架空自然通风生态种植屋面隔热装置
CN103776165A (zh) 风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机
CN204693564U (zh) 一种具有太阳能、低谷电加热蓄能的热水供热装置
CN204757451U (zh) 一种太阳能辅助式热泵机组
CN207363308U (zh) 一种具有新风控温装置的环保房屋
CN205897608U (zh) 一种太阳能与地热能综合应用供能系统
CN104595966A (zh) 一种太阳能相变蓄热采暖系统
CN210624778U (zh) 一种蓄能发电直接蒸发冷却空调机组
CN203298412U (zh) 一种太阳能节能空调系统
CN203758134U (zh) 太阳能光电制冷与吸附式制冷的蓄冷冰箱系统
CN206724379U (zh) 一种家用水循环降温系统
CN203661736U (zh) 空调水灌溉系统
CN203771682U (zh) 风光互补发电系统供电的空气源热泵热水机
CN203257168U (zh) 一种绿色环保房屋

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant