CN108076923B - 一种利用气囊膜集热的日光温室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及设施农业工程技术领域，具体涉及了一种利用气囊膜集热的日光温室，包括支架、设置于所述支架外侧的集热装置和用于为所述集热装置提供动力的鼓风机；所述集热装置包括覆盖在所述支架外侧的气囊膜以及在所述鼓风机的驱动下沿所述气囊膜内部循环运动的集热保温颗粒。本发明提供的一种利用气囊膜集热的日光温室，通过在现有的日光温室外侧设置气囊膜及在气囊膜内部循环运动的集热保温颗粒，将气囊膜和集热保温颗粒作为集热器，使运动中的集热保温颗粒在气囊膜的空气流道内源源不断地吸收来自入射光线的能量，大大提高了温室集热的效率。
Description
技术领域
本发明涉及设施农业工程技术领域，尤其涉及一种利用气囊膜集热的日光温室。
背景技术
中国西北和华北的绝大地区，在冬季寒流来临时容易给温室蔬菜生产造成严重侵害。值得庆幸的是，我国一月份零度等温线以北的大部分地区，太阳能资源非常丰富，因此利用太阳能对温室进行储能调温，符合当前的低碳节能的发展趋势，也具有广阔的发展前景。
目前，日光温室除了白天依靠太阳辐射外，夜间还必须进行人工加温，如烟道加温、热风炉加温等，这些传统的加热方式加热效率低，消耗了大量的传统能源，加大了温室成本，并且对环境造成污染；为了克服以上缺点，出现了应用于日光温室的太阳能集热器，内置太阳能集热器一般靠近北墙，这样几乎不占室内种植面积，但缺点是北墙的集热面积有限，进而对室内温度提升很有限。外置太阳能集热器一般位于温室北墙之上，及除温室北侧外的四周空地上。但实际上，国家对设施农业用地有着严格的控制，同时对土地的浪费也不利于提高生产率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种利用气囊膜集热的日光温室，旨在解决现有技术中的日光温室集热效率低，集热不均匀问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用气囊膜集热的日光温室，包括支架、设置于所述支架外侧的集热装置和用于为所述集热装置提供动力的鼓风机；所述集热装置包括覆盖在所述支架外侧的气囊膜以及在所述鼓风机的驱动下沿所述气囊膜内部循环运动的集热保温颗粒。
其中，所述集热保温颗粒为磁性颗粒。
其中，所述磁性颗粒的表面设置有太阳光选择性吸收材料层。
其中，所述气囊膜由高透光性的塑料膜压合而成。
其中，所述气囊膜内部设置有多条平行且相互连通的膜内气道，所述集热保温颗粒在所述鼓风机的驱动下沿所述膜内气道循环运动。
其中，所述气囊膜内部还设置有多个用以加固所述气囊膜的透明肋片。
其中，还包括储热系统，所述储热系统与所述集热装置相连通，所述储热系统用以将所述集热装置多余的热量储存再利用；所述储热系统包括电磁装置、控制装置和保温水箱，所述电磁装置在所述控制装置的控制下将所述集热装置多余的热量储存于所述保温水箱中；所述保温水箱的出水端连接有位于地下的地埋管。
其中，所述电磁装置包括装置本体，所述装置本体内部设置有与所述集热装置相连通的气道，所述装置本体外侧设置有电磁线圈，所述电磁线圈外侧设置有换热器；所述气道内设置有温度传感器。
其中，所述电磁装置包括装置本体，所述装置本体内部设置有与所述集热装置相连通的气道，所述气道内部插设有多根电磁棒，所述电磁棒外侧设置有换热器。
其中，所述日光温室的地下设置有地下气道，所述日光温室的后墙内设置有后墙气道，所述地下气道、所述后墙气道均与所述气囊膜相连通。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的一种利用气囊膜集热的日光温室，通过在现有的日光温室外侧设置气囊膜及在气囊膜内部循环运动的集热保温颗粒，将气囊膜和集热保温颗粒作为集热器，使运动中的集热保温颗粒在气囊膜的空气流道内源源不断地吸收来自入射光线的能量，大大提高了温室集热的效率；集热保温颗粒在鼓风机的作用下循环运动，克服了空气集热器由于局部过热而失效和由于与温度相关的空气性质(如黏性、密度等)的不同而导致不稳定性的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的利用气囊膜集热的日光温室的侧剖视图；
图2为本发明实施例的利用气囊膜集热的日光温室的结构示意图；
图3为图1中所示的气囊膜及其冷、热空气流通的结构示意图；
图4为图1中所示的采光通道的结构示意图；
图5为图1中所示电磁装置的第一种具体实施方式的结构示意图；
图6为图1中所示电磁装置的第二种具体实施方式的结构示意图。
其中，1-鼓风机；2-入射光线；3-气囊膜；4-膜内气道；5-透明肋片；6-透明后墙；7-后墙气道；8-保温后墙；9-电磁装置；10-控制装置；11-保温水箱；12-换热器；13-阀门；14-水泵；15-地埋管；16-地下气道；17-植物；18-过道；19-冷空气；20-热空气；21-温度传感器；22-集热保温颗粒；23-电磁线圈；24-交流电源；25-电磁棒；26-支架；27-采光通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1至图6所示，本发明提供了一种利用气囊膜集热的日光温室，包括支架26、设置于支架26外侧的集热装置和用于为集热装置提供动力的鼓风机1；集热装置包括覆盖在支架26外侧的气囊膜3以及在鼓风机1的驱动下沿气囊膜3内部循环运动的集热保温颗粒22。
本发明提供的一种利用气囊膜集热的日光温室，通过在现有的日光温室外侧设置气囊膜及在气囊膜内部循环运动的集热保温颗粒，将气囊膜和集热保温颗粒作为集热器，使运动中的集热保温颗粒在气囊膜的空气流道内源源不断地吸收来自入射光线的能量，大大提高了温室集热的效率，且集热保温颗粒在鼓风机1的作用下循环运动，克服了空气集热器由于局部过热而失效和由于温度相关的空气性质(如黏性、密度等)的不同而导致不稳定性的问题。
进一步的，集热保温颗粒22可以为磁性颗粒。上述日光温室白天工作时，磁性颗粒在气囊膜3内部循环运动，吸收热量；夜晚工作时，磁性颗粒作为保温颗粒在气囊膜3内部循环运动。
进一步的，磁性颗粒的表面设置有太阳光选择性吸收材料层。本实施例中，太阳光选择性吸收材料层涂覆在磁性颗粒的表面。太阳光选择性吸收材料指的是对可见光波段范围吸收率高(接近或大于90％)、红外光线范围发射率低(接近或小于10％)的材料，作为传热介质的集热保温颗粒在透明的气囊膜内部流动，吸收入射光线的能量。
进一步的，气囊膜3由高透光性的塑料膜压合而成。具体的，多个长条形结构组合按日光温室东西顺序排布，当鼓风机1对气囊膜3进行通气时，各长条形结构都会向上下凸起，气囊膜3内部气道变成梭形截面，为防止膜内气道变形太大，影响入射光线，透明肋片起到限制形变过大的作用。
进一步的，气囊膜3内部设置有多条平行且相互连通的膜内气道4，集热保温颗粒22在鼓风机1的驱动下沿膜内气道4循环运动。
进一步的，气囊膜3内部还设置有多个用以加固气囊膜3的透明肋片5。通过设置透明肋片5，可以防止膜内气道变形太大，影响入射光线，气囊膜3形变过大的现象发生。
进一步的，还包括储热系统，储热系统与集热装置相连通，储热系统用以将集热装置多余的热量储存再利用；储热系统包括电磁装置9、控制装置10和保温水箱11，电磁装置9在控制装置10的控制下将集热装置多余的热量储存于保温水箱11中；保温水箱11的出水端连接有位于地下的地埋管15。通过设置储热系统，可以将集热保温颗粒22上吸附的多余热量暂时储存起来以备用；同时，保温水箱11将热量通过阀门13和水泵14送入地埋管15内，不断加热土壤，从而提升温室内部温度。
进一步的，电磁装置9包括装置本体，装置本体内部设置有与集热装置相连通的气道，装置本体外侧设置有电磁线圈23，电磁线圈23外侧设置有换热器12；气道内设置有温度传感器21。电磁线圈23在通电的情况下，会把气道内的磁性颗粒都吸附在锥形管道内壁上；在断电的情况下，气道内的磁性颗粒会落在锥形管道的内部，这样锥形管道底部就成为了收集磁性颗粒的一个储藏室。
进一步的，电磁装置9包括装置本体，装置本体内部设置有与集热装置相连通的气道，气道内部插设有多根电磁棒25，电磁棒25外侧设置有换热器12。本实施例中，是将电磁线圈23换成多根电磁棒25，能够达到同样的吸附磁性颗粒的效果。
进一步的，日光温室的地下设置有地下气道16，日光温室的后墙内设置有后墙气道7，地下气道16、后墙气道7均与气囊膜3相连通。
本发明提供的一种利用气囊膜集热的日光温室，工作时：
白天时，被鼓风机1吹动的磁性颗粒，在气囊膜内运动，同时，由于支架26上的气囊膜3高度的透明性，入射光线2照射到磁性颗粒上。磁颗粒表面涂有一层选择性吸收材料，对光具有更强的吸收性和较小的反射性；使得受热颗粒作为点热源在膜内气道4快速地扰动空气，使得空气温度进一步升高，被加热的磁性颗粒和热空气20在鼓风机1的推动下，依次进入后墙气道7和地下气道16内，其中后墙气道7靠近室内侧为透明后墙6结构，使得入射光线能够继续加热磁性颗粒，当后墙气道7内部的温度达到很高时，电磁装置9开始启动，激发的磁场将高温的磁性颗粒吸附到管道内壁面上，再通过换热器12将热量传递给保温水箱11，保温水箱11将热量通过阀门13和水泵14送入地埋管15内，不断加热土壤，从而提升温室内部温度。
夜间时，将气囊膜3内部的磁性颗粒用作保温颗粒继续在气囊膜3内循环，使得原有的气囊膜中间由空气变为了保温颗粒和冷空气19的混合物，能够减少由温室内外部温差所引起的热损失。
如图2和3所示，冷空气19进入气囊膜3内，吸收入射光线2的热量后转化为热空气20后,依次进入后墙气道7和地下气道16，再通过鼓风机1开始新的循环过程。
如图4所示，图1中的电磁装置9表面有电磁线圈23和换热器12，换热器12位于电磁线圈23的外层。当温度传感器21探测到热空气20温度高于某一值时，电磁线圈23开始工作，在气道内快速移动的磁性颗粒被吸附在风道的内壁面上，换热器12先将壁面上的热量带走，再对管道内的热空气20进行换热，最终将热量都储存在保温水箱11内部；当热空气20温度低于该值时，电磁线圈23断电，所有磁性颗粒落在电磁装置9的底部凹槽位置，这样锥形管道底部就成为了收集磁性颗粒的一个储藏室。
如图5所示，是将多个电磁棒25插入气道内部，代替电磁线圈23，能达到同样的效果。
图6为本发明装置由高透光性的采光通道27进行集热的实施例，在系统中，将向阳面的竖壁和斜面设计成由许多长条形硬质采光通道27，磁性颗粒在鼓风机1的推动下，沿着竖壁和斜面采光通道27向上爬升，进行集热循环。采光通道27具有较高的透光度，且材料较硬，可设计为块状材料进行拼装。
本发明提供的一种利用气囊膜集热的日光温室，有如下优点：(1)传统日光温室最大的进光面是其薄膜覆盖面，利用薄膜作为集热器的本体，并利用磁性颗粒增加传热工质的吸收率，能在最大程度上截取太阳能。并且无须对原有温室支架进行改动；(2)利用温度传感器控制电磁转换过程，通过对磁性颗粒的吸附来回收一部分热能。在鼓风机的作用下，使得磁性颗粒在气囊膜和通风管道内部循环流动，重复利用性高；(3)磁性颗粒在气囊膜上升的过程中，不断扰动加热周围热空气。热空气其自身又具有一定的升力，又能够促进磁颗粒上升，进一步减少鼓风机功耗；(4)夜间在气囊膜内部通入保温颗粒，能个阻隔温室内部热量向外散射，同时又具有保温性能。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (6)
1.一种利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，包括支架(26)、设置于所述支架(26)外侧的集热装置和用于为所述集热装置提供动力的鼓风机(1)；所述集热装置包括覆盖在所述支架(26)外侧的气囊膜(3)以及在所述鼓风机(1)的驱动下沿所述气囊膜(3)内部循环运动的集热保温颗粒(22)；所述集热保温颗粒(22)为磁性颗粒；还包括储热系统，所述储热系统与所述集热装置相连通，所述储热系统用以将所述集热装置多余的热量储存再利用；所述储热系统包括电磁装置(9)、控制装置(10)和保温水箱(11)，所述电磁装置(9)在所述控制装置(10)的控制下将所述集热装置多余的热量储存于所述保温水箱(11)中；所述保温水箱(11)的出水端连接有位于地下的地埋管(15)；
所述电磁装置(9)包括装置本体，所述装置本体内部设置有与所述集热装置相连通的气道，所述装置本体外侧设置有电磁线圈(23)，所述电磁线圈(23)外侧设置有换热器(12)；所述气道内设置有温度传感器(21)；
所述气道内部插设有多根电磁棒(25)，所述电磁棒(25)外侧设置有换热器(12)。
2.根据权利要求1所述的利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，所述磁性颗粒的表面设置有太阳光选择性吸收材料层。
3.根据权利要求1所述的利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，所述气囊膜(3)由高透光性的塑料膜压合而成。
4.根据权利要求1所述的利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，所述气囊膜(3)内部设置有多条平行且相互连通的膜内气道(4)，所述集热保温颗粒(22)在所述鼓风机(1)的驱动下沿所述膜内气道(4)循环运动。
5.根据权利要求1所述的利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，所述气囊膜(3)内部还设置有多个用以加固所述气囊膜(3)的透明肋片(5)。
6.根据权利要求1所述的利用气囊膜集热的日光温室，其特征在于，所述日光温室的地下设置有地下气道(16)，所述日光温室的后墙内设置有后墙气道(7)，所述地下气道(16)、所述后墙气道(7)均与所述气囊膜(3)相连通。
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