CN108040686A - 一种蔬菜大棚 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蔬菜大棚，所述蔬菜大棚包括：棚体、太阳能采集装置、相变储热装置、供热装置；所述太阳能采集装置设置于所述棚体的顶部或外部，用于采集太阳能；所述相变储热装置设置于所述棚体的侧面或所述蔬菜大棚的底部；所述相变储热装置内填充有相变储热材料；所述供热装置设置于所述蔬菜大棚的底部；所述太阳能采集装置、所述相变储热装置以及所述供热装置之间设置有连通的液体流道。本发明提供的蔬菜大棚节能环保、保温效果好、成本低，易于大规模推广使用。
Description
技术领域
本发明属于节能建材技术领域，具体地说，涉及一种蔬菜大棚。
背景技术
世界性能源危机，促进了新能源产业的迅猛发展，而太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。用相变储热材料吸收、利用太阳能是一项新型的清洁能源技术，成本比光伏发电低，具有广阔的应用前景。但是该项技术目前大部分只能成熟应用于诸如太阳能热水器等小型家用产品上，并没有大规模推广应用。
以节能建筑为例，从材料技术到产品设计的诸多方面都获得了很多的研究成果，但示范性建筑物缺很少。究其原因，主要集中在以下两点：1、初始投入成本较高。将相变储热材料用于建筑物温度调控时，每平方米建筑物需用至少5kg～10kg相变储热材料，才能获得较明显的效果；2、热量使用不方便，远不如光伏发电使用方便。
以蔬菜大棚为例，大多数植物适宜生长的温度是18℃～22℃，但在这个温区内的有机类相变储热材料成本高达每吨2万元以上，这是常规蔬菜大棚难以承受的。而在这个温度区间又没有低成本的无机类相变储热材料，若按常规方法应用较高相变点的低成本无机相变材料，则储存的热量在非需温区(气温22℃至相变点之间)就自动无效释放，利用率低。
综上，如果要在建筑节能领域大规模推广应用相变储热材料，一定要尽量降低成本、提高热量使用的便捷性。
目前，并没有能够实现低成本、高效率应用相变储热材料实现太阳能吸收利用的技术方案。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种蔬菜大棚。该蔬菜大棚用过冷度大的低成本无机相变储热材料进行蓄热，通过按需启动结晶放热装置来实现热量管理。
根据本发明的一个方面，提供一种蔬菜大棚，所述蔬菜大棚包括：棚体、太阳能采集装置、相变储热装置、供热装置；
所述太阳能采集装置设置于所述棚体的顶部或外部，用于采集太阳能；
所述相变储热装置设置于所述棚体的侧面或所述蔬菜大棚的底部；所述相变储热装置内填充有相变储热材料；
所述供热装置设置于所述蔬菜大棚的底部；
所述太阳能采集装置、所述相变储热装置以及所述供热装置之间设置有连通的液体流道。
根据本发明的一个具体实施方式，
所述相变储热材料为无机相变储热材料；
所述相变储热装置中设置有启动装置，所述启动装置用于诱发所述无机相变储热材料放热。
根据本发明的另一个具体实施方式，所述无机相变储热材料的过冷度不小于5℃。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述无机相变储热材料的相变点在15℃～70℃之间。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述无机相变储热材料的相变点在25℃～40℃之间。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述无机相变储热材料为：六水合氯化钙和/或芒硝。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述无机相变储热材料中添加有增稠剂。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述启动装置包括：吸耳球结构、金属杆、可变形金属片、记忆合金片。
根据本发明的又一个具体实施方式，所述相变储热装置采用金属、塑料、陶瓷和/或玻璃制备而成。
本发明提供的蔬菜大棚中，引入了过冷度控制方法，拓宽了相变点范围。通过选择相变点在30℃～60℃温区内的多种低成本的无机相变材料(如相变点在30℃的六水氯合钙的成本每吨约1千元)，结合用于控制过冷度的结晶放热装置，能够实现按需取热，灵活掌控蔬菜大棚内的温度。
本发明提供的蔬菜大棚白天吸收太阳能进行储热，夜晚则按需开启启动装置放热。通过选择低成本的无机相变储热材料以及合理的过冷度控制，能够明显降低生产和使用成本，并有效实现热量管理，使用方便。
附图说明
通过阅读参照下述附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1所示为根据本发明提供的一种蔬菜大棚的一个具体实施方式的结构示意图；
图2所示为根据本发明提供的一种蔬菜大棚中相变储热装置的一个具体实施方式的结构示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
参见图1和图2，本发明提供了一种蔬菜大棚。所述蔬菜大棚包括：棚体10、太阳能采集装置20、相变储热装置30和供热装置。
所述太阳能采集装置20设置于所述棚体10的顶部或外部，用于采集太阳能。所述太阳能采集装置20可以是水箱、水管阵列等各种便于采集、储存太阳能的结构。
所述相变储热装置30设置于所述棚体10的侧面或所述蔬菜大棚的底部。相变储热装置30的设置不得妨碍太阳能的采集、植物生长以及蔬菜大棚的其他正常功能，因此，优选的，所述相变储热装置30 设置于蔬菜大棚的靠墙一侧，如图1所示。
所述相变储热装置30内填充有相变储热材料31。相变储热材料31 封装在相变储热装置30中，所述相变储热装置30优选采用金属、塑料、陶瓷和/或玻璃制备而成。在相变储热装置30内部预留有相变储热材料31相变时体积膨胀的空间。相变储热材料31可以整体都封装于相变储热装置30中，也可以分包装分装，小型化后的相变储热材料31更有利于生产、包装，可靠性也更好。在一个小包装相变储热材料31出现故障后，其他的部分还可以继续工作，延长了使用寿命。
相变储热材料31用于存储太阳能采集装置20采集的太阳能，并在需要时释放热量至供热装置40。为了降低整个蔬菜大棚的生产和使用成本，优选的，所述相变储热材料31为无机相变储热材料。
每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。
选择过冷度合适的相变储热材料，能够使其更适用于蔬菜大棚中植物的生长需求。因此，优选的，所述相变储热材料31的过冷度不小于5℃。
除了过冷度，相变点对于相变储热材料31来说也是非常重要的特征，在本发明中，优选采用相变点在15℃～70℃之间的无机相变储热材料，例如：15℃、45℃或者70℃。为了进一步缩小相变点与植物生长适宜温度之间的差距，提升保温性能，更为优选的，所述无机相变储热材料的相变点在25℃～40℃之间，例如：25℃、30℃或者45℃。
根据上述条件，优选的，所述相变储热材料31的选择包括但不限于：六水合氯化钙、芒硝、十二水合磷酸氢二钠、十水合碳酸钠、四水合硝酸钙、七水合硫酸镁、海波和/或三水合醋酸钠。此外，根据所选相变储热材料的不同特性，为了控制其纯度，还需要调整其与水的质量比例和/或在其中添加增稠剂，以防止相分离。
由于无机相变储热材料存在过冷度，因此所述相变储热装置30 中设置有启动装置32，所述启动装置32用于诱发所述无机相变储热材料放热，以实现其进一步对供热装置40提供热量。可以理解，每一个封装有相变储热材料31的小包装都需要设置有相应的启动装置32。
进一步地，所述启动装置32用外加干扰因素替代现有技术中常用的成核剂，将手的操作转化为对过饱和溶液的扰动，诱发相变储热材料31结晶放热。因此，启动装置32需要选择能对过饱和溶液产生干扰、引发结晶的结构。优选的，所述启动装置32包括：吸耳球结构、金属杆、可变形金属片、记忆合金片、弹簧、机械搅拌桨等。吸耳球结构，通过球体部分受挤压喷出液体，在饱和溶液里产生紊流，最终诱发相变储热材料31放热。金属杆结构通过与相变储热装置30的内壁发生摩擦诱发相变储热材料31放热。
所述供热装置40设置于所述蔬菜大棚的底部，用于在夜间或者温度降低时为蔬菜大棚提供热量，维持植物生长所需温度。优选的，所述供热装置40是排列合理的水管、散热片等。
所述太阳能采集装置20、所述相变储热装置30以及所述供热装置 40之间设置有连通的液体流道50。通过液体流道50内的液体流动实现热量的转移。为了控制液体的流动，优选的，在所述液体流道50上设置有多个阀门；所述阀门用于控制所述液体流道50的启闭。
下面简述一下本发明提供的蔬菜大棚的工作原理。白天温度较高时，太阳能采集装置20采集太阳光能量，太阳能集热装置20中的液体 (以下以水为例)实现了加热；加热后的水通过液体流道50将热量转存到相变储热装置30中；夜晚温度降低，按需开启启动装置32，启动装置32触发相变储热材料31放热，加热位于相变储热装置30位置的液体流道50中的水，加热后的水通过液体流道50将热量传输至供热装置 40，供热装置40最终将热量释放到蔬菜大棚里，实现对蔬菜大棚的保温。
为了更好的控制蔬菜大棚里的温度，优选的，所述蔬菜大棚还包括：至少一个温度传感器；所述温度传感器与所述相变储热装置30 相连接。温度传感器可以设置于蔬菜大棚内部的多个位置，这样可以精确探测蔬菜大棚内的温度，并将温度反馈至相变储热装置30。以便在温度较低时，快速开启启动装置32，有效保障蔬菜大棚内的温度始终在所需范围内。
值得注意的是，不同的植物有各自适宜的生长温度范围，换种温度需求不同的植物时，无须改造蔬菜大棚(例如：置换相变储热材料等)，只需调整启动装置的数量、开启时机以及工作时长即可。因此，本发明提供的蔬菜大棚应用广泛、普适性好。
本发明提供的蔬菜大棚选取低成本相变储热材料，极大程度降低了蔬菜大棚的生产和使用成本，能够实现精确控温；保温效果好、成本低、使用简单，易于大规模推广使用。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (9)
1.一种蔬菜大棚，其特征在于，所述蔬菜大棚包括：棚体、太阳能采集装置、相变储热装置、供热装置；
所述太阳能采集装置设置于所述棚体的顶部或外部，用于采集太阳能；
所述相变储热装置设置于所述棚体的侧面或所述蔬菜大棚的底部；所述相变储热装置内填充有相变储热材料；
所述供热装置设置于所述蔬菜大棚的底部；
所述太阳能采集装置、所述相变储热装置以及所述供热装置之间设置有连通的液体流道。
2.根据权利要求1所述的蔬菜大棚，其特征在于，
所述相变储热材料为无机相变储热材料；
所述相变储热装置中设置有启动装置，所述启动装置用于诱发所述无机相变储热材料放热。
3.根据权利要求2所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述无机相变储热材料的过冷度不小于5℃。
4.根据权利要求3所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述无机相变储热材料的相变点在15℃～70℃之间。
5.根据权利要求4所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述无机相变储热材料的相变点在25℃～40℃之间。
6.根据权利要求2所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述无机相变储热材料为：六水合氯化钙和/或芒硝。
7.根据权利要求2所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述无机相变储热材料中添加有增稠剂。
8.根据权利要求2所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述启动装置包括：吸耳球结构、金属杆、可变形金属片、记忆合金片。
9.根据权利要求1所述的蔬菜大棚，其特征在于，所述相变储热装置采用金属、塑料、陶瓷和/或玻璃制备而成。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2017-12-29 CN CN201711469477.4A patent/CN108040686A/zh active Pending
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