CN108184490A - 一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温室 - Google Patents

一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温室 Download PDF

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Abstract

本发明涉及设施农业工程技术领域，尤其涉及一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温室。所述日光温室包括通过浮筒浮设于海上的集热室和种植室；集热室包括外墙、内墙和第一顶棚，第一顶棚的两端分别搭设于外墙和内墙的顶端，外墙高于内墙，外墙和内墙之间设有集热墙，集热墙的顶端与第一顶棚之间形成上通风口，集热墙的下部开设有下通风口，集热墙与内墙之间设有毛细管蒸发器，毛细管蒸发器的顶端敞口以形成水蒸气出口；种植室的底部设有盛水盘，内墙的底端与盛水盘之间设有导水管，种植室内还设有水泵。本发明的日光温室获取淡水的方式成本低廉，操作方便，实现了全天候自然条件下在海洋表面进行作物种植的需要。

Description

一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温室
技术领域
本发明涉及农业工程技术领域，尤其涉及一种自然条件下全天候 海上漂浮式日光温室。
背景技术
日光温室生产充分利用了冬季土地的休闲时间，生产反季节蔬菜 具有较高的经济效益，但由于日光温室是半永久性建筑，不足50％的 土地利用率，按土地的全年利用来讲仍然是很大的浪费，从社会和生 态效益来讲并不一定合算。设施农业的高经济效益吸引了越来越多的 人选择发展设施农业，设施农用地的占地量也越来越大，为设施农用 地的使用和管理带来了一定的困难。
中国已拥有大量的陆地日光温室，最近30年来，我国设施温室面 积已超过370万公顷，成为世界上拥有设施园艺面积最大的国家，但 目前还没有海洋日光温室。但随着时间的推移，海洋日光温室会越来 越重要。一方面，随着地球上人口的增加，目前全世界正以每年700 万公顷的速度损失大量的可耕地，有人估计到2025年，由于海水侵蚀、 盐碱化及淡水资源不足，世界上467万公顷可灌溉土地将再也无法耕 种。另一方面，地球表面积的七成是海洋，海洋不仅是地球环境的重 要组成部分，也是生命的起源之地。目前来说，对于海洋的认知，仅 限于海洋运输、渔业捕捞、能源采集等。如果要解决人类长期在海上 生活保障，必须解决粮食蔬菜和淡水的短缺问题。
现有的一种漂浮式日光温室利用交流电可以驱动海水淡化装置制 造淡水，驱动安装在淡水浇灌日光温室内的淡水调温装置和喷淡水装 置。但这种膜法海水淡化技术最大的问题是膜的更换，加大了生产的 成本。
现有的另一种海洋农业种植装置包括多功能种植盘、多功能循环 灌溉采水盘、抗风浪平稳型海洋平台、蓄光魔幻海水环保墙体和防风 采水大棚等。但其装置内部空气流通方式并未很好的说明，这对植物 生长来说非常重要。
目前海洋养殖已在进行，但在海面上直接种植淡水作物，还没有 先例。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温 室，以解决现有海洋农业种植装置海水淡化成本高的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自然条件下全天候海 上漂浮式日光温室，其包括通过浮筒浮设于海上的集热室和种植室， 所述集热室和种植室相邻接；所述集热室包括外墙、内墙和第一顶棚， 所述第一顶棚的两端分别搭设于所述外墙和内墙的顶端，所述外墙高 于所述内墙，所述外墙透光且和内墙之间设有集热墙，所述集热墙的 顶端与第一顶棚之间存在第一间隙以形成上通风口，所述集热墙的下 部开设有下通风口，所述集热墙与内墙之间的集热室底部设有毛细管 蒸发器，所述毛细管蒸发器的顶端敞口以形成水蒸气出口；所述种植 室的底部设有盛水盘，所述内墙的底端与所述盛水盘之间设有导水管， 以将所述内墙的墙壁上滑落的冷凝水引至所述盛水盘内，所述种植室 内还设有水泵，以将所述盛水盘内的水输送至所述种植室内的种植区。
进一步地，所述外墙、内墙和集热墙平行设置。
进一步地，所述毛细管蒸发器竖直设置。
优选的，所述外墙、内墙或集热墙竖直设置。
进一步地，所述外墙为玻璃墙。
优选的，所述外墙为双层玻璃墙。
进一步地，所述毛细管蒸发器的顶端与所述第一顶棚之间存在第 二间隙，以便于毛细管蒸发器内水蒸气的溢出。
优选的，所述毛细管蒸发器包括多个并排竖直设置的毛细管，所 述毛细管顶端的敞口构成所述水蒸气出口。
进一步地，所述集热墙与内墙之间的集热室底部还设有淡水收集 坡，所述淡水收集坡的坡面自集热墙的底端向内墙底端的方向倾斜， 以将所述内墙的墙壁上滑落的冷凝水引至所述导水管内。
优选的，所述盛水盘的中间内凹，以便于储存淡水。
优选的，所述集热室呈环形，且环绕于所述种植室的外围。
进一步地，所述种植室包括第二顶棚，所述第二顶棚设有进气口 和出气口，外界空气自所述进气口进入所述种植室，穿过所述种植区 后，经所述出气口排出种植室外。
进一步地，所述第二顶棚包括外层结构和内层结构，所述进气口 包括所述外层结构开设的第一进气口和所述内层结构开设的第二进气 口，所述第一进气口连通外界空气，所述第二进气口连通种植室内， 所述第一进气口和第二进气口相贯通。
进一步地，所述第一进气口高于所述第二进气口，和/或，所述出 气口处设有烟囱。
优选的，所述第二顶棚中部高、四周低，所述第一进气口和烟囱 均位于所述第二顶棚的中部，所述第二进气口位于所述第二顶棚的四 周。
优选的，所述第一进气口周向设置于所述烟囱的外围。
优选的，所述烟囱的底端设于内层结构；更优选的，所述烟囱的 顶端设有烟囱盖。
优选的，所述第二顶棚透明，且所述第二顶棚上设有光伏电池板 和蓄电池，所述光伏电池板和蓄电池用于向所述水泵供电。
优选的，所述浮筒为多个，多个所述浮筒之间通过平衡水管相连 接，以使所述盛水盘保持平衡，同时也使所述种植室内的种植区保持 平衡，从而确保所述种植区内的各处水量基本一致。
进一步地，所述集热室和种植室共用所述内墙，所述内墙面向所 述种植室的一面设有绝热材料，以避免所述集热室向所述种植室内传 热。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明所述的日光温室，其集热室和种植室通过浮筒漂浮于海 面上，集热室包括透光的外墙，以及内墙和第一顶棚，外墙和内墙之 间设有集热墙，集热墙与内墙之间设有毛细管蒸发器，集热墙顶端和 下部分别为上通风口和下通风口；而种植室的底部设有盛水盘，内墙 的底端与所述盛水盘之间设有导水管。由此，在白天有太阳时，太阳 辐射热穿过外墙在集热墙表面进行集热，集热墙与外墙之间出现温室 效应，集热墙与外墙之间的空间(简称为前室)的空气被加热，形成 热空气，热空气通过上通风口和下通风口可以向集热墙与内墙之间的 空间(简称为后室)对流供暖；具体的，从上通风口进入后室的热空 气，遇到(竖直布置的)毛细管蒸发器，热空气的温度逐渐降低，温 度较低的空气从下通风口回到前室，完成自然对流循环；同时后室内 的毛细管蒸发器不断受到热空气的持续加热，从毛细管蒸发器顶端的 水蒸气出口蒸发出来的水蒸气，在顶部斜面(即第一顶棚)遇冷凝结 成淡水，淡水沿内墙的墙壁滑落下来，并流入导水管(优选通过淡水 收集坡滑落至导水管)，最终收集到盛水盘中，然后水泵即可将盛水盘 内的这些淡水输送至种植区，供作物利用。因此，本发明的日光温室， 在海洋环境下，通过高效利用热能制备作物生长所需的淡水，满足了 海洋农业种植对于灌溉的需求。与现有的海水淡化技术相比，本发明 的这种获取淡水的方式成本低廉，操作方便，实现了全天候自然条件 下在海洋表面进行作物种植的需要，从而提高了海洋设施农业的生产 效率和经济效益。
2、本发明所述的日光温室，种植室的第二顶棚设有进气口和出气 口，外界空气自进气口进入种植室，穿过种植区后，经出气口排出种 植室外，由此对种植区内的作物进行了空气的置换和新鲜空气的补给， 从而对作物处的空气进行了调节，满足了作物生长对于空气的需求。 进一步地，第二顶棚为双层的透明集热棚，白天种植室内部的温度不 断上升，作物四周的热空气不断上升，最终从顶部的烟囱排出种植室， 再者，从顶部烟囱周围的第一进气口补充进来的新鲜空气，对作物处 的空气进行调节，形成了种植室内部自然空气对流的“热岛效应”，从 而满足了温室内作物种植的技术要求。
附图说明
图1为本发明实施例所述自然条件下全天候海上漂浮式日光温室 的结构示意图；
图2为本发明实施例所述集热室内空气流动(箭头所示)的结构 示意图；
图3为本发明实施例所述种植室内空气流动(箭头所示)的结构 示意图；
图4为本发明实施例所述冷凝水(即淡水)流动(箭头所示)的 结构示意图；
其中，1、外墙；2、太阳辐射热；3、光伏电池板；4、蓄电池；5、 第一进气口；6、烟囱；7、烟囱盖；8、第二顶棚；9、第二进气口； 10、上通风口；11、集热墙；12、下通风口；13、淡水收集坡；14、 浮筒；15、毛细管蒸发器；16、平衡水管；17、绝热材料；18、作物； 19、养殖层；20、种植架；21、水泵；22、导水管；23、盛水盘；24、 种植室；25、海水；26、淡水；27、热空气；28、冷空气；29、前室；30、后室；31、出水口；32、内墙；33、第一顶棚；34、第二间隙； 35、水蒸气出口；36、出气口；37、集热室；38、新鲜空气。
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；术语“顶”、“底”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、 “后”、“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。
如图1～图4所示，本实施例提供了一种自然条件下全天候海上漂 浮式日光温室，其包括浮筒14以及设于浮筒14上的集热室37和种植 室24，集热室37和种植室24相邻接，集热室37整体呈环形，且环绕 于种植室24的外围，整个日光温室的外形呈“蒙古包”状。整个日光 温室由浮筒14所承载，漂浮在海水25上。
集热室37包括透光的外墙1，以及内墙32和第一顶棚33，第一 顶棚33的两端分别搭设于外墙1和内墙32的顶端，外墙1高于内墙 32，外墙1和内墙32之间设有集热墙11，集热墙11的顶端与第一顶 棚33之间存在第一间隙以形成上通风口10，集热墙11的下部开设有下通风口12，集热墙11与内墙32之间的集热室37底部设有毛细管蒸 发器15，毛细管蒸发器15的顶端敞口以形成水蒸气出口35。种植室 24的底部设有盛水盘23，内墙32的底端与盛水盘23之间设有导水管 22，以将内墙32的墙壁上滑落的冷凝水引至盛水盘23内，种植室24内还设有水泵21，以将盛水盘23内的水输送至种植室24内的种植区。 种植区包括固定在种植室24底部的种植架20，每层种植架20上分别 有养殖层19和作物18。
进一步地，外墙1、内墙32和集热墙11均竖直设置，且三者平行； 外墙1、内墙32和集热墙11的横截面均呈环形；毛细管蒸发器15竖 直设置。外墙1为双层玻璃墙。毛细管蒸发器15的顶端与第一顶棚33 之间存在第二间隙34，以便于毛细管蒸发器15内水蒸气的溢出。本实 施例的毛细管蒸发器15包括多个并排竖直设置的毛细管，毛细管顶端 的敞口构成水蒸气出口35。
集热墙11与内墙32之间的集热室37底部还设有淡水收集坡13， 淡水收集坡13的坡面自集热墙11的底端向内墙32底端的方向倾斜， 以将内墙32的墙壁上滑落的冷凝水引至导水管22内。盛水盘23的中 间内凹，以便于储存淡水26，水泵21位于盛水盘23中间的低洼处。
进一步地，种植室24包括第二顶棚8，第二顶棚8设有进气口和 出气口36，外界空气自进气口进入种植室24，穿过种植区后，经出气 口36排出种植室24外。而且，进气口还可以收集一定的雨水，汇入 底部的盛水盘23内。具体的，第二顶棚8包括外层结构和内层结构， 外层结构和内层结构之间形成空气通道。进气口包括外层结构开设的 第一进气口5和内层结构开设的第二进气口9，第一进气口5连通外界 空气，第二进气口9连通种植室24内，第一进气口5和第二进气口9 相贯通。第一进气口5高于第二进气口9，出气口36处设有烟囱6。 优选的，第二顶棚8中部高、四周低，第一进气口5和烟囱6均位于 第二顶棚8的中部，且第一进气口5周向设置于烟囱6的外围，第二 进气口9位于第二顶棚8的四周。烟囱6的底端设于内层结构；烟囱6 的顶端设有烟囱盖7，防止雨天的雨水直接落到作物18上。本实施例的第二顶棚8为透明的集热棚，且第二顶棚8上设有光伏电池板3和 蓄电池4，光伏电池板3和蓄电池4用于向水泵21供电。
本实施例的浮筒14为多个，多个浮筒14之间通过平衡水管16相 连接，以使盛水盘23保持平衡，同时也使种植室24内的种植区保持 平衡，从而确保种植区内的各处水量基本一致。
本实施例中，集热室37和种植室24共用内墙32和第一顶棚33。 内墙32面向种植室24的一面设有绝热材料17，以避免集热室37向种 植室24内传热。
工作中，如图2所示，在白天有太阳时，太阳辐射热2穿过外墙1 在集热墙11表面进行集热，集热墙11与外墙1之间出现温室效应， 集热墙11与外墙1之间的空间(简称为前室29)的空气被加热，形成 热空气27，热空气27通过上通风口10和下通风口12可以向集热墙11与内墙32之间的空间(简称为后室30)对流供暖；具体的，从上 通风口10进入后室30的热空气27，遇到竖直布置的毛细管蒸发器15， 热空气27的温度逐渐降低，温度较低的冷空气28从下通风口12回到 前室29，完成自然对流循环；同时后室30内的毛细管蒸发器15不断受到热空气27的持续加热，从毛细管蒸发器15顶端的水蒸气出口35 蒸发出来的水蒸气，在顶部斜面(即第一顶棚33)遇冷凝结成淡水26， 淡水26沿内墙32的墙壁滑落下来，并通过淡水收集坡13滑落至导水 管22，最终收集到盛水盘23中，然后水泵21即可将盛水盘23内的这些淡水26输送至种植区，供作物18利用。夜晚没有太阳的时候，集 热室37与种植室24由于绝热材料17而形成绝热空间，有效减少种植 室24内部向外的散热。
如图3所示，由于种植室24顶部设有透明集热的第二顶棚8，白 天种植室24内部的温度不断上升，下部的作物18四周的热空气27不 断上升，最终从顶部的烟囱6排出种植室24外；从顶部烟囱6周向的 第一进气口5和第二进气口9补充进来的新鲜空气38，对作物18处的 空气进行调节，形成了温室内部自然空气对流的“热岛效应”。
如图4所示，从后室30底部流出的淡水26通过导水管22的出水 口31流到盛水盘23盘底的最低处，最终汇集到若干个浮筒14中。盛 水盘23上的水泵21，通过第二顶棚8上的光伏电池板3来供电，源源 不断将浮筒14中的淡水26输送给种植架20上的作物18。
综上所述，本实施例所述的日光温室，其集热室和种植室通过浮 筒漂浮于海面上，集热室包括透光的外墙，以及内墙和第一顶棚，外 墙和内墙之间设有集热墙，集热墙与内墙之间设有毛细管蒸发器，集 热墙顶端和下部分别为上通风口和下通风口；而种植室的底部设有盛 水盘，内墙的底端与所述盛水盘之间设有导水管。因此，本实施例的 日光温室，在海洋环境下，通过高效利用热能制备作物生长所需的淡 水，满足了海洋农业种植对于灌溉的需求。与现有的海水淡化技术相 比，本实施例的这种获取淡水的方式成本低廉，操作方便，实现了全 天候自然条件下在海洋表面进行作物种植的需要，从而提高了海洋设施农业的生产效率和经济效益。
本实施例所述的日光温室，种植室的第二顶棚设有进气口和出气 口，外界空气自进气口进入种植室，穿过种植区后，经出气口排出种 植室外，由此对种植区内的作物进行了空气的置换和新鲜空气的补给， 从而对作物处的空气进行了调节，满足了作物生长对于空气的需求。 进一步地，第二顶棚为双层的透明集热棚，白天种植室内部的温度不 断上升，作物四周的热空气不断上升，最终从顶部的烟囱排出种植室， 再者，从顶部烟囱周围的第一进气口补充进来的新鲜空气，对作物处 的空气进行调节，形成了种植室内部自然空气对流的“热岛效应”，从 而满足了温室内作物种植的技术要求。
本发明的实施例是为了示例和描述而给出的，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 (10)

1.一种自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，包括通过浮筒浮设于海上的集热室和种植室，所述集热室和种植室相邻接；
所述集热室包括外墙、内墙和第一顶棚，所述第一顶棚的两端分别搭设于所述外墙和内墙的顶端，所述外墙高于所述内墙，所述外墙透光且和内墙之间设有集热墙，所述集热墙的顶端与第一顶棚之间存在第一间隙以形成上通风口，所述集热墙的下部开设有下通风口，所述集热墙与内墙之间的集热室底部设有毛细管蒸发器，所述毛细管蒸发器的顶端敞口以形成水蒸气出口；
所述种植室的底部设有盛水盘，所述内墙的底端与所述盛水盘之间设有导水管，以将所述内墙的墙壁上滑落的冷凝水引至所述盛水盘内，所述种植室内还设有水泵，以将所述盛水盘内的水输送至所述种植室内的种植区。
2.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述外墙、内墙和集热墙平行设置。
3.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述毛细管蒸发器竖直设置。
4.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述外墙为玻璃墙。
5.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述毛细管蒸发器的顶端与所述第一顶棚之间存在第二间隙。
6.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述集热墙与内墙之间的集热室底部还设有淡水收集坡，所述淡水收集坡的坡面自集热墙的底端向内墙底端的方向倾斜，以将所述内墙的墙壁上滑落的冷凝水引至所述导水管内。
7.根据权利要求1～6任一项所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述种植室包括第二顶棚，所述第二顶棚设有进气口和出气口，外界空气自所述进气口进入所述种植室，穿过所述种植区后，经所述出气口排出种植室外。
8.根据权利要求7所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述第二顶棚包括外层结构和内层结构，所述进气口包括所述外层结构开设的第一进气口和所述内层结构开设的第二进气口，所述第一进气口连通外界空气，所述第二进气口连通种植室内，所述第一进气口和第二进气口相贯通。
9.根据权利要求8所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述第一进气口高于所述第二进气口，和/或，所述出气口处设有烟囱。
10.根据权利要求1所述的自然条件下全天候海上漂浮式日光温室，其特征在于，所述集热室和种植室共用所述内墙，所述内墙面向所述种植室的一面设有绝热材料。
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