CN107072155B - 热递送系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于农业应用的热递送系统，该系统包括：具有交替的绝热段和传热段的管道，所述管道被构造成具有延伸穿过交替的绝热段和传热段的流体流动路径；以及流体推进装置，其构造成推动热容纳流体在所述流体流动路径内的流动。

Description

热递送系统和方法
技术领域
本公开涉及一种热递送方法和用于实施该方法的系统。
背景
目前，5％的覆盖全球的农业市场使用某种气候优化方法，主要是空气加热。其它百分之九十五不是如此，主要是由于大量的初始投资，每月高的能源利用帐单和大的环境占地面积。由于几个组合因素，传统的气候控制方法是次优的：需要两个完全独立的、基于空气的加热和冷却系统，高能源成本，严重的环境影响和缓慢的投资回收率。
根区加热是在农业(例如，温室)中直接为生长介质提供热而不是加热空气的有效技术。这种技术可为种植者提供以下益处：更快的生产、改善的质量的作物和节能以及低的环境占地面积。根区加热影响植物的生理、生长、生产力和质量的所有参数。此外，可以实现显著的能量节省。例如，如果根区温度保持在最佳，则温室中的空气温度可以降低5℃至10℃，从而降低农民的能量消耗和支出。这是可能的，因为对于实现良好的植物生长来说，根区温度比叶片温度更关键。
用于根区加热的一种可能的系统是直接的地源热交换器，其传递来自地源交换器的热以加热或冷却消耗者。
一般描述
根据本公开主题的第一方面，公开了一种用于农业应用的热递送系统，该系统被构造成具有管道，该管道具有交替的绝热段和传热段。
热递送系统构造成使流体流过管道，以用于使随流体容纳的热穿过管道的传热段的侧壁递送到其周围。管道被构造成具有延伸穿过交替的绝热段和传热段的流体流动路径。
热递送系统构造成与多个热消耗者结合使用，以便将热递送至该多个热消耗者。根据一个示例，每个传热段构造成邻近一个或多个热消耗者(例如，温室中的植物)布置。根据另一个示例，每个热消耗者构造成邻近一个或多个传热段布置。
传热段根据预定的布置沿着管道布置，使得每个传热段的位置对应于相应的热消耗者的位置，传热段邻近相应的热消耗者布置。
根据具体示例，热消耗者可以是一个或多个植物的根。根据其它具体示例，热消耗者可以是以下中的一个或多个：在水池中生长的鱼，畜牧业的地板的部分等。
在下文中在说明书和权利要求中，短语绝热段和传热段是指管道的段，使得传热段以与绝热段的侧壁相比时具有更高传热系数的侧壁为特征。段可以具有纵向形状。
术语农业是指耕种土壤、生产农作物和饲养牲畜并在不同程度上制备和销售所得产品的科学、技术或实践。术语农业还指水产养殖和畜牧业。
术语热指的是从较热主体自发传递到较冷主体的能量，并且可以具有正值或负值。正值构造成升高较冷主体的温度(即，加热)，并且负值构造成降低较热主体的温度(即，冷却)。
术语流体是指液体(例如，水)或气体。流体的特征可以在于高的热容量。
术语管道指的是一个或多个管、导管或被构造成促进流体在其中流动的任何其它封闭流体管线。
术语侧壁是指形成管道的一个或多个层，并且在管道的内表面与管道的外表面之间分开，管道的内表面界定流体流经的流动路径。
术语土壤是指由用于种植植物的碎裂岩石和/或生长介质组成的地球表面部分，并且与术语地面是可互换的。
根据本公开主题的第二方面，提供了一种用于农业应用的热递送方法，该方法包括以下步骤：
a.提供热递送系统，该热递送系统被构造成具有管道，该管道具有交替的绝热段和传热段；
b.推进热容纳流体在管道内流动，从而将随该热容纳流体容纳的热穿过管道的传热段的侧壁递送到其周围。
该方法可以包括将传热段邻近一个或多个热消耗者布置以便向热消耗者提供热的另外的步骤。可选地，该方法可包括将热消耗者邻近其相应的传热段布置的步骤。
根据本公开主题的第三方面，公开了一种制造用于农业应用的热递送系统的方法，该热递送系统构造成将热递送到多个热消耗者，该方法至少包括以下步骤：提供管道，该管道具有沿着管道的交替的绝热段和传热段，该管道被构造成具有延伸穿过该交替的绝热段和传热段的流体流动路径。
参考第三方面，该方法可以包括在绝热段的侧壁的内表面和外表面中的一者或两者上形成一个或多个侧向突出部的步骤，以及至少在绝热段之上施加套管从而在侧向突出部和套管之间形成一个或多个绝热腔的另外的步骤。
交替的绝热段和传热段的布置允许优化向热消耗者的热递送。通过热源充到流动穿过管道的流体的热穿过传热段递送到热消耗者，而向未被热消耗者占据的区域的热的递送在绝热段处减少。向热消耗者的热递送的这种优化允许减少来自热源的热输入，从而节省能量。
递送给热消耗者的热可以是正值，即流体将能量递送给热消耗者，和负值，即热消耗者将能量递送给流体。因此，热递送系统可以用于冷却或加热热消耗者，以便保持其大体稳定的温度。
热递送系统可以应用在用于种植植物的农业场地中，并且构造成将热递送给热消耗者，即植物的根。农业场地可以被覆盖(例如，温室)或不被覆盖。热递送系统可以影响根区(即，是根周围的生长介质或土壤)的温度，并且促进控制容纳根的土壤的温度。热递送系统可以用于冷却或加热容纳根的土壤，以便保持其大体上恒定的温度。在一年的白天夜晚和各季节中，容纳根的土壤的恒定和更稳定的温度或至少温和的温度变化可以改善植物的生长。
热递送系统还可应用于水产养殖中，以用于在包括水的水池中养殖鱼。热递送系统可用于将热递送给水，并且从而影响水的温度。热递送系统可以用于冷却或加热水池内的水，以便维持其大体上恒定的温度。恒定和更稳定的水温或者至少温和的水温变化可以改善鱼在所述水中的生长。
下面的特征、设计和构造中的任何一个或多个可以独立地或以其各种组合被结合在根据本公开主题的热递送系统和方法中。
至少绝热段的侧壁可以被构造成具有从侧壁的内表面和外表面中的一个突出的一个或多个侧向突出部。该一个或多个侧向突出部构造成当在其之上施加套管时，在侧向突出部和套管之间形成一个或多个绝热腔。
套管可以是绝热护套，其例如通过胶合、热焊接、热收缩等被施加或固定在绝热段的侧壁的内表面和/或外表面中的一个上，以便从而增加绝缘。
套管可以是覆盖管道的侧壁的内表面的内套管和/或覆盖管道的侧壁的外表面的外套管。
套管可以分段并且专门覆盖绝热段。根据与该方面相关的具体示例，覆盖相应的绝热段的套管的段的端部可以以绝热的方式附接到管道，从而防止从套管段的端部的热损失。
一个或多个绝热腔可以容纳绝热材料。根据具体示例，绝缘材料是空气，并且根据其它示例，绝热材料是泡沫材料。
一个或多个侧向突出部可以是环形突出部形式的绝缘材料。
一个或多个侧向突出部可以是螺旋形的，至少沿着绝热段延伸。
一个或多个侧向突出部可以是大体上直线的。根据具体示例，侧向突出部可以沿着绝热段延伸。
管道的侧壁可以被构造成具有不同的壁厚度，使得在绝热段处的壁厚度大于在传热段处的壁厚度。
绝热段和传热段可以是构造成以交替的顺序装配在一起以形成管道的单独的段。
当制造时或者在现场应用该系统时，绝热段和传热段可以拆卸和/或装配在一起。
根据与该方面相关的一个示例，绝热段和传热段可以由以不同的传热系数为特征的不同的材料制成。
管道可以埋置在农业土壤中或铺设在土壤的顶部。
热消耗者可以是植物的根。
绝热段和传热段可以是一致的或变化的长度。
可识别的标记可以至少与传热段相关联。这种标记可以是可见标记，例如在管道的外表面上标志，或者可以提供可检测标记，例如嵌入在管道中的RF发射器等。
热递送系统还可以包括流体喷射系统，流体喷射系统包括至少一个喷射管，该至少一个喷射管被构造成具有多个喷射器，该多个喷射器构造成在管的周围喷射流体(例如水)。喷射器可以是滴灌喷射器或喷雾喷射器。
喷射器可以邻近传热段布置。
喷射出的流体可以用于为消耗者灌溉、施肥以及杀虫。
管道和喷射管可以构成同一个管道，在该同一个管道中所述喷射器布置在传热段处，以用于将热容纳流体喷射到管道的周围，特别是喷射到热消耗者的周围。
喷射器可以是选择性激活的喷射器。根据具体示例，选择性激活的喷射器的激活可以取决于喷射管内的压力，即，通过控制喷射管的入口水压可以打开和关闭选择性激活的喷射器，以提供流体的不同的预定需要的量和/或空间分布。选择性激活的喷射器可以根据流体的其它变量例如温度和流速或根据时间间隔来激活。
可以远程控制喷射器的激活，例如，通过编程控制器、定时器或人类操作者。
管道可以邻近延伸到在土壤内或土壤上或在任何农业介质处的热消耗者，以便将热递送给布置在其中的热消耗者。
热消耗者可以是布置在农业表面上的植物的部分，例如，其果实、茎或花。
管道可以由例如以下材料中的任一种制成：塑料、陶瓷、玻璃纤维、诸如聚乙烯和聚丙烯的聚合物、有机和无机材料、生物可降解材料、金属材料，例如：铝、铜、钢、铁等等。
热递送系统可以构造成控制植物的部分，例如容纳其根、茎、果实或花的其土壤的温度以及任选的湿度。
热递送系统可以包括流体推进装置，该流体推进装置构造成推动热容纳流体在管道内流动。根据一个示例，流体推进装置可以是泵。泵可以是热泵、水泵、重力池或诸如河流的天然流体源。
该系统可以包括构造成将热递送至流体的热源。
热源可以是常规源(例如由电、化石燃料、气体、煤、燃烧木屑等操作)，替代源(地热热源、太阳能、风、生物质、水力发电等)或能够将热递送至流体的任何类型的热源。
热源可以是任何机械热源，例如热泵、水锅炉、冷却器、电热源、气体操作的热源等。
热源可以是天然热源，例如地源热交换器、太阳能、水下储层(例如，含水层或井)、表面储层，比如湖或河流、大气及类似物。
绝热段和传热段中的一些或全部可以等距布置。
绝热段可以沿着管道是可移动的，以便改变其沿着管道的位置。
对于每一个段，绝热段和传热段可以以不同的几何形状(例如直径和长度)为特征。
热递送系统可以是闭环系统，即，流体可以重复地再充入热并将热递送给热消耗者，同时在回路内连续流动。闭环构造可以与诸如含水层的天然热源结合使用，以用于使用含水层的天然流体而不影响含水层的液面。
热递送系统可以是开环系统，即流体可以在从其递送热期间或在从其热递送之后从管道排放。根据具体示例，开环系统可以包括喷射器。
热递送系统可以与温室结合使用，并且将热递送到温室的部分，以便控制它们的温度。
管道可以通过挤压形成。
至少绝热段可以形成有从侧壁的内表面和外表面中的一个突出的一个或多个侧向突出部。
管道可以通过双侧挤压模具形成，间歇地挤压管道的仅一侧，并且该管道在另一侧上具有一个或多个层。
一个或多个层可以与管道一起挤压，以便在一个或多个层和该一个或多个侧向突出部之间形成绝热腔。
一个或多个层可以独立地挤压，并且可以添加到管道，以便覆盖至少绝热段。
可以将一个或多个层添加到管道，以便在一个或多个层和该一个或多个侧向突出部之间形成绝热腔。
该一个或多个层可以通过螺纹添加到管道。
该一个或多个层可以通过热焊接或热收缩添加到管道。
该一个或多个层可以是单个套管，该单个套管被构造成沿着其长度覆盖管道，并且覆盖绝热段和传热段两者。
该一个或多个层可以至少在绝热段处以使得在管道和该一个或多个层之间容纳绝缘材料的方式添加到管道。
绝缘护套可以至少在绝热段处固定到管道，以便从而增加绝缘。固定可以通过胶合、热焊接、热收缩等实现。
绝热段和传热段可以单独形成，并且以交替的顺序装配在一起，以形成连续的管道。
管道可以通过注射成型技术形成。
根据本公开主题的另一方面，提供了一种地源热递送系统，包括：
至少一个第一管道，其构造成埋置在土壤中，该第一管道促进热容纳流体在其中的流动，并且将热从土壤穿过第一管道的侧壁递送到热容纳流体；
至少一个第二管道，其与第一管道流体连通，以促进所述热容纳流体流过其中，并且将所述热容纳流体的热穿过第二管道的侧壁传递给至少一个热消耗者；
流体泵，其与所述第一管道和所述第二管道流体连通，所述流体泵构造成推进所述热容纳流体；和
流体喷射系统，其包括至少一个喷射管，该至少一个喷射管构造成埋置在所述土壤内并且至少部分地沿着所述第一管道延伸，所述喷射管被构造成具有多个喷射器，该多个喷射器构造成在围绕所述第一管道的土壤处喷射流体。
在操作中，从喷射器喷射的流体使第一管道周围的土壤润湿，以便增加土壤的导热性并且改善从土壤到第一管道且特别是到在其中流动的热容纳流体的热传递。已知的是，土壤的导热性取决于土壤的类型和土壤的湿度。尽管土壤的类型不可控制，但土壤的湿度可以通过以受控方式使土壤润湿来改变，如通过本公开主题的系统执行的。这允许提高土壤的导热性并改善从土壤到热容纳流体的热传递。
例如，当第一管道被埋在超过2米的深度时，已知的是，第一管道周围的土壤的温度一直比第二管道周围的土壤的温度在冬天更暖且在夏天更冷。通过使第一管道周围的土壤润湿，如由流体喷射系统执行的，该土壤的更多热可以传递到热容纳流体。
从第二管道接收热的热消耗者可以是农业消耗者，例如植物的根，并且其还可以是非农业消耗者，例如商业或家庭建筑物或将使用热以用于冷却和/或加热目的的任何其它结构。
地源热递送系统还可包括与第一管道和第二管道流体连通的流体源，以用于向第一管道和第二管道供应所述热容纳流体。
喷射器可以是滴灌喷射器或喷雾喷射器。
地源热递送系统还可以包括构造成将热递送到热容纳流体的热源。热源可以是常规源(例如通过电、化石燃料、气体、煤、燃烧木屑等操作)，替代源(地热热源、太阳能、风、生物质、水力发电等)或能够将热递送至流体的任何类型的热源。热源可以是任何机械热源，例如热泵、水锅炉、冷却器、电热源、气体操作的热源等。
第二管道可以具有交替的绝热段和传热段。交替的绝热段和传热段的布置可以允许优化向热消耗者的热递送。通过热源充入到流经第二管道的流体的热穿过传热段被递送到热消耗者，而在绝热段处向未被热消耗者占据的区域的热递送降低。这种对向热消耗者的热递送的优化允许减少来自热源的热输入，从而节省能量。
第二管道的侧壁可以被构造成具有不同的壁厚度，使得在绝热段处的壁厚度大于在传热段处的壁厚度。
第一管道、第二管道和流体泵可以构成闭环系统的元件。
流体喷射系统可以是开环系统。
喷射器可以是选择性激活的喷射器，其激活取决于喷射管内的压力。
第一管道可以在系统中布置在第二管道下方。
根据本公开主题的另一方面，提供了一种用于热递送的方法，包括以下步骤：
a.提供地源热递送系统，包括：至少一个第一管道，其构造成促进热容纳流体的流动；至少一个第二管道，其与第一管道流体连通，以促进所述热容纳流体穿过其流动；与所述第一管道和所述第二管道流体连通的流体泵；以及流体喷射系统，包括至少一个喷射管，所述至少一个喷射管至少部分地沿着所述第一管道延伸并且被构造成具有多个喷射器；
b.通过所述流体泵在所述第二管道和所述第一管道之间推进所述热容纳流体；
c.使热从土壤穿过所述第一管道的侧壁传递到热容纳流体；
d.使热从热容纳流体穿过第二管道的侧壁传递到至少一个热消耗者；和
e.通过所述喷射器在第一管道的周围喷射流体，并且从而使土壤润湿并增加土壤的导热性。
附图说明
为了更好地理解本文公开的主题并且举例说明可以如何在实践中实施它，现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述实施方案，在附图中：
图1A是根据本公开主题的第一示例的热递送系统的示意图；
图1B是根据本公开主题的第二示例的开环热递送系统的示意图；
图1C是根据本公开主题的第三示例的闭环热递送系统的示意图；
图1D是根据本公开主题的第四示例的在温室内应用的热递送系统的示意图；
图1E是根据本公开主题的第五示例的闭环热递送系统的示意图；
图1F是根据本公开主题的另一示例的热递送系统的示意图；
图2A是根据本公开主题的第一示例的管的一部分的侧视图；
图2B是被套管覆盖的图2A的管的端视图；
图2C是沿图2B中的线I-I截取的截面图；
图2D是图2C中的部分A的放大图；
图2E是类似于图2A中所示的管的端视图，然而，固体绝缘材料附接到该管；
图2F是沿图2E中的线II-II截取的截面图；
图2G是根据本公开主题的又一个示例的管的前视图，该管具有向内突出的侧向突出部；
图2H是沿图2G中的线VIII-VIII截取的截面图；
图3A是根据本公开主题的另一示例的管的端视图；
图3B是沿图3A中的线III-III截取的截面图；
图4A是根据本公开主题的又一示例的管的端视图；
图4B是沿图4A中的线IV-IV截取的截面图；
图5A是根据本公开主题的另一示例的管的端视图；
图5B是沿图5A中的线V-V截取的截面图；
图6A是根据本公开主题的另一示例的管的一部分的侧视图；
图6B是被套管覆盖的图6A的管的正视图；
图6C是沿图6B中的线VI-VI截取的截面图；
图6D是根据本公开主题的管的另一示例的侧视图；
图7A是根据本公开主题的另一示例的管的一部分的侧视图；
图7B是被套管覆盖的图7A的管的端视图；
图7C是沿图7B中的线VII-VII截取的截面图；
图7D是根据本公开主题的管的另一示例的侧视图；
图8A是根据本公开主题的一个示例的地源热递送系统的示意图；
图8B是根据本公开主题的第二示例的地源热递送系统的示意图；以及
图8C是根据本公开主题的第三示例的地源热递送系统的示意图。
具体实施方式
首先注意图1A，其示出了一般标记为1的根据本公开的热递送系统的第一示例。热递送系统1应用在用于种植植物P的农业场地中，并且构造成将热递送给热消耗者，根据本示例热消耗者是在农业土壤8中生长的植物P的根R。热递送系统1构造成影响根区温度(即，根R周围的温度)，并且有利于控制容纳根R的土壤8的温度。
例如在以显着温度差(例如，白天期间温暖的气候和夜间寒冷的气候)为特征的区域中，影响和控制植物P的根R的温度是重要的。热递送系统1可以用于冷却或加热容纳根R的土壤8(或任何基质或生长介质或流体)，以便保持其大体上恒定的温度。在一天中，容纳根R的土壤的恒定的和更稳定的温度或至少温和的温度改变改善植物P的生长。
热递送系统1包括管10形式的管道，其埋置在接近根R的深度约15[cm]的土壤8中。管10被构造成促进流体2流过其中，以用于将容纳在流体2内的热递送到容纳根R的土壤8中。根据其它示例，管的深度可以在大约5[cm]到大约30[cm]之间。
流体2通过热源30充入热，并且通过推进装置即泵40被推动在管10内流动。具有随其容纳的热的被推动的流体流过管10，并且将热沿着其在管10中的流动递送到根R，然而递送到管10的选定部分处，如下文将解释的。箭头16指从流体2递送到其周围的热。
管10被构造成具有交替的绝热段12和传热段14。如下面将详细描述的，绝热段12构造成用于将流体2与管10的周围环境之间的热交换降低至最小，而传热段14构造成用于将热交换增加到最大。这种布置有利于从热交换器30递送到流体2的热的最佳使用，因为它一方面将热递送集中到热消耗者，即集中到容纳根R的土壤，并且防止或限制从流体递送到未被热消耗者占据的区域的热递送。
为了将热递送到根R，并且为了防止到没有根R的区域的热递送，管10以使得每个传热段14邻近相应的植物P的根R布置的方式构造。此外，绝热段12邻近未容纳根R的区域布置，从而减少向这些区域的热递送。通过将管10设计成符合给定的农业场地来获得这样的构造。在所示出的示例中，植物P彼此间隔距离L1。考虑管10被指定到的场地的特性来设计管10，并且传热段14沿着管10布置以便符合这些特性，即，以便将热递送到以距离L1间隔开的植物的根。传热段14沿着管10以其间相等的间距布置，以便符合等间隔的植物P，如在图1A中所示。然而，传热段14可以彼此不相等间隔开，以便符合不相等间隔开的植物P，如图1D所见。
根据其中热递送系统已经放置在场所中的示例，植物P可以种植在该场所中以符合给定的热递送系统，即植物P可以布置成使得它们的根R在传热段14的给定位置附近。
现在参考图1B至图1D，其示出了根据本公开主题的传热系统的其它示例，其构造成与植物P、根R和土壤8一起使用。
图1B示出了开环热递送系统100。由箭头102表示的流体从管111的第一端部进入管110，并且充入来自地源热交换器130形式的热源的热。流体102被泵140推动以沿管110流动。管110被构造成具有交替的绝热段112和传热段114。通过绝热和传热，绝热段112和传热段114的功能类似于的绝热段12和传热段14的功能。管110包括形成在传热段114处的滴灌喷射器118，滴灌喷射器118用于从管110排出流体102，并且从而灌溉容纳根R的土壤8。在这种情况下，流体102可以包括诸如化肥和农药的材料。可选地，代替传热段114或除了传热段114之外，喷射器118可布置在绝热段112处。
现在参考图1C，示出了总体上标记为200的闭环热递送系统，其中需要对根R及其周围区域进行冷却。热容纳流体(未示出)由泵240推动，并且在由管210形成的闭环中持续地流动。热容纳流体重复地被再充入热并且经由传热段214从根R的周围递送热。
可看出，根据图1C中所示的示例，热(由箭头216表示)从根R的周围(即根R的根区范围)排出到管210的下部部分内的热容纳流体，并且然后在管210的定位在地平面之上的上部部分处释放。热容纳流体的热经由管210的上部部分排放到大气中。该示例示出了需要冷却根R的情况。
可以在图1D中找到根据本公开主题的用于冷却热消耗者的热递送系统的另一示例。热递送系统300是闭环系统，如参考热递送系统200所描述的，并且在构造成种植植物P的温室G内实施。管310邻近植物P布置，以便通过传热段314将热递送到植物P。类似于热递送系统200，热递送系统300也构造成冷却植物P，即向植物P递送负值的热。箭头316代表从植物P穿过传热段314的侧壁递送的热，并且该热从管逸出到冷却元件302(例如，地源热交换器、冷却器)。可以看出，绝热段312不允许管310内的流体与其周围之间的热交换。
如图1D中可进一步看到的，传热段314彼此不相等地间隔开，并且植物P相应地间隔开。
现参考图1E，示出了具有天然热源即井430的闭环热递送系统400。布置在井430内的热容纳天然流体402通过泵440在管道410内被推进，同时将热递送到植物P的根R。流体402在管道410内连续流动，并且在井430中重复地被充入热，且经由传热段414将热递送到热消耗者(传递到根R的热由箭头416表示)。当与诸如井430的天然热源结合使用时，闭环构造允许使用井430的热，而不影响天然热源内的天然流体402的液面。
现在参考图1F，其中示出了热递送系统1'。热递送系统1'类似于图1A的热递送系统1，但是构造成在水产养殖领域使用。热递送系统1'构造成将热16'递送给热消耗者，根据本示例，热消耗者是布置在水池P'中的在水W中游泳的鱼F。热递送系统1'构造成促进控制水的温度，并且从而控制鱼F的温度。水池P'布置在土地中并具有向大气开放的上部部分。
影响和控制鱼F的温度对于鱼F的适当生长是重要的，特别是在白天期间的温暖气候和夜间的寒冷气候中。热递送系统1'可以用于冷却和加热水W，以便保持其大体上恒定的温度。在一天中，容纳根R的土壤的恒定的和更稳定的温度或至少温和的温度改变改善植物P的生长。
热递送系统1'包括管10'形式的管道，其埋入土壤8'中并在水池P'内延伸。管10'被构造成促进流体2'穿过其流动，以用于将容纳在流体2'内的热16'递送给水W和鱼F。
流体2'通过热源30'充入热，并且通过推进装置即泵40'被推动以在管10'内流动。具有随其容纳的热的被推动的流体流过管10'，并且在管10'中沿着其流动将热递送给水W，然而在管10'的选定部分处将热递送给水W，如下文将解释的。
管10'被构造成具有交替的绝热段12'和传热段14'。如下面将详细描述的，绝热段12'构造成将流体2'和管10'的周围之间的热交换降低到最小，而传热段14'构造成将热交换增加到最大值。这类布置有利于最佳地使用从热交换器30'递送到流体2'的热，因为它一方面将热递送集中到热消耗者，即集中到水W和鱼F，并且防止或限制从流体到未被热消耗者占据的区域的热递送。
为了将热16'递送到水W和鱼F，并且为了防止热递送到水池P'外部的区域，管10'以使得每个传热段14'布置成接近其相应的水池P'并且相应地确定尺寸的方式构造。另外，绝热段12'邻近未容纳水池P'的区域布置，从而减少到这些区域的热递送。通过将管10'设计成符合水池P'的给定位置来获得这种构造。
现在参考图2A至图2D，示出了根据本公开主题的示例的管510。
如图2A至2D中所见，管510被构造成具有绝热段512和传热段514。绝热段512的侧壁被构造成具有多个环形侧向突出部522，突出部522从侧壁的外表面突出并且在传热段514处构造成不具有侧向突出部。
侧向突出部522构造成当套管526施加在管510上时，形成多个绝热腔524，如图2C和图2D中所见。绝热腔524形成在侧向突出部522和套管526之间。套管526在传热段514处紧密地包封侧壁的外表面，并且优选在其间留有最小间隙。
绝热腔524容纳空气，并且从而在绝热段512处为管提供具有相对高的传热系数(当与传热段514的传热系数相比时)。
根据另一个示例，如图2E和2F中所见，绝热腔624填充有固体绝缘材料，例如在所示示例中的聚氨酯泡沫628。根据该示例，套管526可以围绕聚氨酯泡沫628添加，但不是必须的。聚氨酯泡沫的特征在于具有相对高的传热系数，并且由此在绝热段612处为管提供绝缘。
根据关于管710的另一示例，提供了管710，如图2G和图2H中所见。管710是与管710相关的特定构造，根据该特定构造，侧向突出部722向内突出，而不是如管710的侧向突出部722一样向外突出。类似于管710的绝热腔724，绝热腔724提供给绝热段712的侧壁相对低的传热系数(当与传热段714的侧壁的传热系数相比时)。
现在参见图3A和图3B，示出了根据本公开主题的管的又一示例。管810被构造成具有不同的壁厚，使得在绝热段852处的称为T1的壁厚大于传热段854处的称为T2的壁厚。由于管810的不同的壁厚，传热段854处的热递送系数大于绝热段852的热递送系数。
根据本主题的管的又一个示例在图4A和图4B中示出。管910设置有绝热护套966，其粘附在绝热段962处的侧壁的外表面上，从而增大传热系数。根据本示例，绝缘护套966由聚氨酯泡沫制成。
在传热段处的侧壁的外表面没有被护套966覆盖，并且因此传热段964处的传热系数大于绝热段962的传热系数。
根据图5A和图5B中所示的示例，管1010被构造成具有以交替顺序组装在一起以形成连续的管的单独的绝热段1072和传热段1074。绝热段1072设置有壁厚T3，其大于传热段1074的壁厚T4。此外，传热段1074设置有具有比绝热段1072的材料更大的传热系数的材料。
根据本示例的段通过多个销1075装配在一起。
如图6A至图6D中所示，管1110被构造成具有大体上线性的纵向突出部1183，其沿着绝热段1182延伸，并且大体上平行于管的纵向轴线(图6A-6C)。该示例的更广泛的解释是具有线性突出部1283，该线性突出部1283具有相对于管1210的纵向轴线的角度α(图6D)。
类似于管510的突出部522，突出部1183构造成当套管1186施加在管1110上时，形成多个绝热腔1185，如图6C中所见。绝热腔1185形成在突出部1183和套管1186之间。套管1186在传热段1184处紧密地包封侧壁的外表面，并且优选地在其间留有最小间隙。
绝热腔1185容纳空气，并且从而在绝热段1182处提供具有相对高的传热系数的管(当与传热段1184的传热系数相比时)。
现参见图7A至图7C，示出了根据本主题的管的又一示例。管1310构造成具有围绕绝热段1392延伸的螺旋形侧向突出部1393。突出部1393构造成当套管1396施加在管1310上时，形成多个绝热腔1395，如图7C中所见。绝热腔1395形成在突出部1393和套管1396之间。套管1396在传热段1394处紧密地包封侧壁的外表面，且优选地在其间留有最小间隙。
根据图7D的具体示例，螺旋突出部1493沿着管1410的整个长度延伸，即沿着绝热段1492和传热段1494延伸，并且绝热段1492被构造成具有套管段1496，形成绝热腔1495。传热段1494没有用套管覆盖，并且因此其特征在于具有比绝热段1492的传热系数大的传热系数。传热段1494还受益于在其侧壁处的增大的外表面，由此当与扁平管相比时，具有更大的热交换表面。
根据本公开主题的另一方面，并且根据图1A至图1D和图2A至图2D，提供了一种用于农业应用的热递送方法，该方法包括以下步骤：
a.提供热递送系统1，其被构造成具有管10，该管10具有交替的绝热段12和传热段14；
b.推进热容纳流体2在管10内流动，从而将随其容纳的热通过管10的传热段14的侧壁递送到其周围处的土壤8；
c.使传热段14邻近相应植物P的根R布置，以便向其提供热。
可选地，该方法可以包括使植物P邻近一个或多个传热段14布置的步骤，如参照图1D所描述的。
根据本公开主题的又一方面，并且根据图1A至图1D和图2A至图2D，公开了一种制造用于农业应用的热递送系统1的方法，该热递送系统1构造成将热递送到植物P的多个根R。该方法包括以下步骤：以使得每个传热段14构造成邻近一个或多个植物P的根R布置以便向其递送热的方式提供管10，管10具有沿着管10的交替的绝热段12和传热段14。
该方法还包括在绝热段12的侧壁的外表面上形成一个或多个侧向突出部22的步骤以及至少在绝热段12上施加套管26，从而在侧向突出部22和套管26之间形成多个绝热腔的步骤。
参照图4A和图4B，该方法包括至少在绝热段962处将绝缘护套966固定至管910从而增加绝缘的步骤。护套可以通过胶合、热焊接、热收缩和用于将护套固定到管的其它已知方法固定到管。
参照图5A和图5B，绝热段1072和传热段1074单独形成，并以交替的顺序装配在一起，以形成连续的管1010。
现在参考图8A，示出了根据本公开的一般表示为1501的地源热递送系统的第一示例。地源热递送系统1501是应用在用于种植植物P的农业场地中的闭环系统，并且构造成将热递送给热消耗者，根据本示例，热消耗者是在农业土壤1508中生长的植物P的根R。地源热递送系统1501构造成影响根区温度(即，根R周围的温度)，并且促进控制容纳根R的土壤1508的温度。
影响和控制植物P的根R的温度是重要的，例如在以显着温度差(例如，白天期间温暖的气候和夜间寒冷的气候)为特征的区域中。地源热递送系统1501可以用于冷却或加热容纳根R的土壤1508(或任何基质或生长介质或流体)，以便保持其大体上恒定的温度。容纳根R的土壤的恒定的和更稳定的温度或至少温和的温度的改变改善植物的生长。
地源热递送系统1501构造成接收来自布置在地面深层(地下大于1.5米)的土壤1509的热1516，并将热传递到布置在地面浅层的土壤1508(地下约0.5米)。土壤1509的温度比土壤1508的温度更稳定，因为其更深并且可以较少地受到地面上方的温度的影响。土壤1509的温度通常在约18℃至约22℃之间。
地源热递送系统1501包括埋置在土壤1509内的第一底部管1520，其有利于其中的热容纳流体1502从流体源即含水层1512流动并且将热1516从土壤1509穿过底部管1520的侧壁传递到其。地源热递送系统1501还包括与底部管1520流体连通的第二顶部管1510，以促进热容纳流体1502流过其中并将热容纳流体1502的热1517穿过顶部管1510的侧壁传递到根R。地源热递送系统1501还包括与底部管1520和所述顶部管1510流体连通并且构造成推进热容纳流体1502的流体泵1540。
应当指出，根据其它示例，底部管1520可以埋置在深得多的位置(例如，地下3米)处，以便被具有更稳定的温度值的土壤包围。
地源热递送系统1501还包括流体喷射系统1550，其是开环系统。流体喷射系统1550包括埋置在土壤1509内并沿着底部管1520延伸的喷射管1555。喷射管1555与流体泵1590流体连通。喷射管1555被构造成具有多个喷射器1560，该多个喷射器构造成在底部管1520周围的土壤1509处喷射流体1563。喷射器1560是选择性地激活的喷射器，其激活取决于喷射管1555内的压力。在操作中，从喷射器1560喷射的流体1563使底部管1520周围的土壤1509湿润，以便增加土壤1509的热传导性并且改善从土壤1509到底部管1510并且特别是到在其中流动的热容纳流体1502的热传递。在本领域中已知的是，土壤的导热性取决于土壤的类型和其湿度。尽管土壤的类型不可控制，但土壤的湿度可以通过以受控的方式使土壤润湿来改变。这允许提高土壤1509的导热性并改善从土壤1509到热容纳流体1502的热传递。
热递送系统1501还包括顶部管1510，顶部管1510埋置在土壤1508中，接近根R。顶部管1510构造成促进流体1502流过其中，以用于将容纳在流体1502内的热递送到容纳根R的土壤1508。
流体1502通过泵1540被推动以在顶部管1510和底部管1520之间流动。箭头1516是指从热容纳流体1502递送到顶部管1510的周围且特别是递送到根R的热。
现在参考图8B，示出了地源热递送系统1601的另一示例。地源热递送系统1601类似于图8A的地源热递送系统1501，然而，具有两个另外的特征。第一另外的特征是热源1607，其与顶部管1610流体连通。热源1607被构造成将热递送到在顶部管1610和底部管1620之间流动的热容纳流体1602。第二另外的特征在于顶部管1610具有交替的绝热段1612和传热段1614。
在图8B中示出了绝热段1612和传热段1614，仅用作示意的目的。并且应当指出它们可以具有图1A-1E、2A-2H、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6A-6D和7A-7D的绝热段和传热段的特征中的任何一个。
现参考图8C，示出了根据本公开的地源热递送系统的第三示例，其一般表示为1701。地源热递送系统1701是应用于加热常规家庭1703的闭环系统。地源热递送系统1701构造成控制家庭1703内的空气1708的温度。
影响和控制空气1708的温度可能是重要的，例如，在白天期间的温暖气候期间和夜间的寒冷气候期间。地源热递送系统1701可以用于冷却或加热空气1708以便维持其大体上恒定的温度。
地源热递送系统1701构造成从布置在地面的深层(地下超过1.5米)的土壤1709接收热1716，并将热递送到布置在家庭1703内的空气1708。土壤1709的温度比空气1708的温度更稳定，因为它更深并且对地面上的温度的影响可以较小。土壤1709的温度通常在约18℃至约22℃之间。
地源热递送系统1701包括埋置在土壤1709内的第一底部管1720，第一底部管1720有利于其中的热容纳流体1702从流体源即井1712流动并且将来自土壤1709的热1716穿过底部管1720的侧壁传递到热容纳流体1702。地源热递送系统1701还包括与底部管1720流体连通的第二顶部管1710，其促进热容纳流体1702流过其中并将热容纳流体1702的热1717传递到空气1708。地源热递送系统1701还包括与底部管1720和所述顶部管1710流体连通并且构造成推进热容纳流体1702的流体泵1740。
应当指出，根据其它示例，底部管1720可以埋置在深得多的位置(例如，地下3米)处，以便由具有更稳定的温度值的土壤包围。
地源热递送系统1701还包括流体喷射系统1750，其是开环系统。流体喷射系统1750包括埋置在土壤1709内并沿着底部管1720延伸的喷射管1755。喷射管1755与流体泵1790流体连通。喷射管1755被构造成具有多个喷射器1760，该多个喷射器构造成用于在底部管1720周围的土壤1709处喷射流体1763。喷射器1760是选择性地激活的喷射器，其激活取决于喷射管1755内的压力。在操作中，从喷射器1760喷射的流体1763使底部管1720周围的土壤1709湿润，以便增加土壤1709的导热性并且改善从土壤1709到底部管1710且特别是到在其中流动的热容纳流体1702的热传递。在本领域中已知的是，土壤的导热性取决于土壤的类型和其湿度。尽管土壤的类型不可控制，但土壤的湿度可以通过以受控的方式使土壤润湿来改变。这允许提高土壤1709的导热性并改善从土壤1709到热容纳流体1702的热传递。

Claims (14)

1.一种用于农业应用的热递送系统，所述系统包括：
一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)，每个所述单体式管道具有交替的绝热段(12；12'；112；512；712；852；962；1072；1182；1392；1492；1612)和传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)，所述一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620中的每个被构造成具有延伸穿过其所述交替的绝热段(12；12'；112；512；712；852；962；1072；1182；1392；1492；1612)和传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)的相应的流体流动路径；和
至少一个流体推进装置(40；40')，其构造成推动热容纳流体在至少一个所述流体流动路径内流动；
其中，所述绝热段构造成用于将流体与管道的周围环境之间的热交换降低至最小，而所述传热段构造成用于将所述热交换增加到最大。
2.根据权利要求1所述的热递送系统，其中所述传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1612)根据预定布置沿着相应的管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)布置，使得每个传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)的位置对应于相应的热消耗者(R)的位置，所述传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)邻近所述热消耗者布置。
3.根据权利要求1或2所述的热递送系统，其中所述绝热段(512；712；1072；1182；1392；1492)的侧壁被构造成具有从所述侧壁的内表面或外表面突出的一个或多个侧向突出部(522；722；1183；1283；1393；1493)。
4.根据权利要求1或2所述的热递送系统，其中所述绝热段(1072)和所述传热段(1074)由以不同的传热系数为特征的不同材料制成。
5.根据权利要求3所述的热递送系统，其中所述绝热段(1072)和所述传热段(1074)由以不同的传热系数为特征的不同材料制成。
6.根据权利要求1、2或5所述的热递送系统，还包括流体喷射系统(1550)，所述流体喷射系统包括被构造成具有多个喷射器(1560)的至少一个喷射管(1555)，所述喷射器构造成在所述一个或多个单体式管道(1610，1620)的周围喷射流体。
7.根据权利要求3所述的热递送系统，还包括流体喷射系统(1550)，所述流体喷射系统包括被构造成具有多个喷射器(1560)的至少一个喷射管(1555)，所述喷射器构造成在所述一个或多个单体式管道(1610，1620)的周围喷射流体。
8.根据权利要求4所述的热递送系统，还包括流体喷射系统(1550)，所述流体喷射系统包括被构造成具有多个喷射器(1560)的至少一个喷射管(1555)，所述喷射器构造成在所述一个或多个单体式管道(1610，1620)的周围喷射流体。
9.根据权利要求6所述的热递送系统，其中所述一个或多个单体式管道(1610，1620)中的至少一个和所述喷射管(1555)构成单个管道，在所述单个管道中所述喷射器(1560)布置在所述传热段(1614)处，以用于将所述热容纳流体喷射到所述单个管道的周围。
10.根据权利要求7或8所述的热递送系统，其中所述一个或多个单体式管道(1610，1620)中的至少一个和所述喷射管(1555)构成单个管道，在所述单个管道中所述喷射器(1560)布置在所述传热段(1614)处，以用于将所述热容纳流体喷射到所述单个管道的周围。
11.一种用于农业应用的热递送的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供热递送系统，所述热递送系统被构造成具有一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)，每个所述单体式管道具有交替的绝热段(12；12'；112；512；712；852；962；1072；1182；1392；1492；1612)和传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)；和
b.推进热容纳流体在所述一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)中的至少一个内流动，从而将随所述热容纳流体容纳的热穿过至少一个管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)的相应的传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)的侧壁递送到其周围；
其中，所述绝热段构造成用于将流体与管道的周围环境之间的热交换降低至最小，而所述传热段构造成用于将所述热交换增加到最大。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)邻近一个或多个热消耗者(R)布置的步骤。
13.一种制造用于农业应用的热递送系统的方法，所述热递送系统构造成向多个热消耗者(R)递送热，所述方法包括至少以下步骤：提供一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)，每个所述单体式管道具有沿着相应的管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)的交替的绝热段(12；12'；112；512；712；852；962；1072；1182；1392；1492；1612)和传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)，其中相应的流体流动路径共同延伸穿过所述一个或多个单体式管道(10；10'；110；210；410；510；710；810；910；1010；1110；1210；1310；1410；1610，1620)中的每个的所述交替的绝热段(12；12'；112；512；712；852；962；1072；1182；1392；1492；1612)和传热段(14；14'；114；514；714；854；964；1074；1184；1394；1494；1614)；
其中，所述绝热段构造成用于将流体与管道的周围环境之间的热交换降低至最小，而所述传热段构造成用于将所述热交换增加到最大。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括在所述绝热段(512；712；852；962；1072；1182；1392；1492)的侧壁的内表面和外表面中的一者或两者上形成一个或多个侧向突出部(522；722；1183；1283；1393；1493)的步骤。
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