CN108633561A - 基于追日太阳能的寒地温室保温装置及方法 - Google Patents
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Abstract
基于追日太阳能的寒地温室保温装置及方法,属于农业温控领域,本发明为解决现有温室的太阳能利用率低、保温效果差的问题。本发明包括保温墙、地下保温单元、追日太阳能单元和室内保温单元;温室的北面设置保温墙,室内保温单元设置在保温墙的内壁上,地下保温单元设置在温室的地面下方;追日太阳能单元设置在温室外部,用于采集太阳能为温室提供热量;地下保温单元和室内保温单元用于将太阳能提供的热量进行蓄热,并为温室提供保温功能。
Description
技术领域
本发明属于农业温控领域,涉及大棚保温技术。
背景技术
北方地区冬季寒冷,对大棚的储热和保温提出了严格的要求。传统太阳能温室大多通过太阳能板进行换热和发电,一天中太阳直射时间仅为2-3小时,吸热时间短、能效低。另外,大棚北墙由砖头垒砌而成,中间加一层发泡聚苯保温,或者利用草砖保温,有的还在后墙外面堆土防寒蓄热,这种墙体结构在吸热、储热的同时也在放热,直到空气温度与墙体温度平衡,致使墙体总的储热能力非常有限。还有,东北极寒地区较深的冻土层也大大降低了温室的蓄热能力,农作物无法获得较适宜的生长环境。
农业部环境保护科研研究所发明的“太阳能温室大棚”(国别:中国;公开号:CN107371898A;公开日:20171124),包括:棚膜、保温墙体、地下保温板、太阳能集热器;保温墙体内设有热水管,太阳能集热器用于为热水管提供热水;地下保温板和太阳能集热器为热水管提供热水;地下保温板与太阳能温室大棚的底部连接并埋设在地下,用于对土体保温。该发明所用太阳能接收太阳时间较短,不能最大限度利用太阳能发热。
四川和鼎环保工程有限责任公司发明的“一种太阳能温室”(国别:中国;公开号:CN107258381A;公开日20171020),包括:温室本体、太阳能组件、蓄电池、控制器、温度传感器、加热器、喷淋装置和过滤窗户网,太阳能组件设置在温室本体的顶部,蓄电池、控制器、温度传感器和加热器设置在温室本体的一个侧壁上,加热器上设置有开关,开关和温度传感器分别与控制器连接,控制器和加热器分别与蓄电池连接;通过改变棚顶太阳能板的角度以增大太阳能的利用率。此方法虽能达到增加太阳能利用率的效果,但不能增加其直射时间;另外缺乏保温墙体以及人循环系统,对温室保温不利。
发明内容
本发明目的是为了解决现有温室的太阳能利用率低、保温效果差的问题,提供了一种基于追日太阳能的寒地温室保温装置及方法。
本发明所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,包括保温墙1、地下保温单元2、追日太阳能单元3和室内保温单元4;
温室的北面设置保温墙1,室内保温单元4设置在保温墙1的内壁上,地下保温单元2设置在温室的地面下方;
追日太阳能单元3设置在温室外部,用于采集太阳能为温室提供热量;
地下保温单元2和室内保温单元4用于将太阳能提供的热量进行蓄热,并为温室提供保温功能。
提供另外一个技术方案:温室的保温方法,该方法是基于所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置实现的,该方法为:
步骤一、白天,追日太阳能单元3捕捉太阳能,并利用太阳能将冷水加热后输送至地下保温单元2和室内保温单元4,地下保温单元2和室内保温单元4对输送过来的热水进行储存蓄热;
步骤二、夜晚,地下保温单元2和室内保温单元4构成的闭环系统对储存的热水进行水循环,将蓄热的能量释放至大棚室内,以维持大棚的室内温度;
步骤三、第二天,将循环冷却水排出大棚;然后返回执行步骤一。
本发明的有益效果:本发明利用追日太阳能为温室提供热量,最大限度利用太阳热量,从室外(保温墙)、室内(保温水袋)、地下(保温水箱)三方面同时保温,提高保温效果。
附图说明
图1是本发明所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置的结构示意图;
图2是保温墙的结构示意图;
图3是本发明基于追日太阳能的寒地温室保温装置的控制原理框图;
图4是基于追日太阳能的寒地温室保温方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、下面结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,包括保温墙1、地下保温单元2、追日太阳能单元3和室内保温单元4;
温室的北面设置保温墙1,室内保温单元4设置在保温墙1的内壁上,地下保温单元2设置在温室的地面下方;
追日太阳能单元3设置在温室外部,用于采集太阳能为温室提供热量;
地下保温单元2和室内保温单元4用于将太阳能提供的热量进行蓄热,并为温室提供保温功能。
具体实施方式二、本实施方式与实施方式一的不同之处在于,保温墙1包括由砖头垒砌成的承重框架1-1和多块草砖1-2;草砖1-2填充在承重框架1-1内。
采用本实施方式的保温墙,保温效果更好。
具体实施方式三、本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于,追日太阳能单元3包括太阳能支架3-1、运动控制器3-2、聚光板3-3、感光元件3-4、换热器3-5、驱动电机3-6、冷水进水管3-7、冷水泵3-8和冷水阀3-9;太阳能支架3-1的顶端设置有聚光板3-3,聚光板3-3的中心设置有感光元件3-4,聚光板3-3的焦点处设置有换热器3-5,换热器3-5的冷水进水口连接冷水进水管3-7;冷水进水管3-7上设置有冷水泵3-8和冷水阀3-9;
感光元件3-4用于检测光线的入射角度以判断太阳运动方向,并发送给运动控制器3-2,运动控制器3-2通过驱动电机3-6令聚光板3-3旋转跟随太阳运动。
本实施方式采用追日太阳能的方式,能最大程度延长聚光板3-3受太阳光线直射的时间,以使换热器3-5接受更多的太阳能,利用太阳能制备更多的热水。
具体实施方式四、本实施方式与实施方式一、二或三的不同之处在于,地下保温单元2包括地下保温水箱2-1、一号地下保温管2-2、进水阀2-3、进水泵2-4、地下循环阀2-5、地下循环泵2-6、二号地下保温管2-7和回水管路2-8;
地下保温水箱2-1的进水口通过一号地下保温管2-2与换热器3-5的热水出水口连通,地下保温水箱2-1的出水口通过二号地下保温管2-7与室内保温单元4的进水口连通;地下保温水箱2-1的回水口通过回水管路2-8与室内保温单元4的出水口连通;
进水阀2-3和进水泵2-4设置在一号地下保温管2-2上;
地下循环阀2-5和地下循环泵2-6设置在二号地下保温管2-7。
白天利用太阳能制备的热水先储存起来,以备夜晚降温后使用。热水从换热器3-5被泵至地下保温水箱2-1中。
具体实施方式五、本实施方式与实施方式一至四任一实施方式的不同之处在于,室内保温单元4包括热水袋4-1、地上保温管4-2、地上循环阀4-3和地上循环泵4-4;
热水袋4-1的底部设置有进水口作为室内保温单元4的进水口,热水袋4-1的下部侧壁设置有出水口作为室内保温单元4的出水口;热水袋4-1的出水口通过地上保温管4-2与地下保温单元2的回水管路2-8连通;地上保温管4-2上设置有地上循环阀4-3和地上循环泵4-4。
热水进一步的经由地下保温水箱2-1被泵至热水袋4-1中,直至达到热水袋4-1的上限水位,这样,换热器3-5在白天制备的热水被储存在热水袋4-1和地下保温水箱2-1两个储能部件中。
在夜晚降临时,地下循环阀2-5、地下循环泵2-6、地上循环阀4-3和地上循环泵4-4启动,令地下保温单元2和室内保温单元4构成闭环系统,使得储存的热水进入循环状态,储存的热水在地表与地下之间进行循环流动,以维持大棚室内温度。
具体实施方式六、本实施方式与实施方式一至五任一实施方式的不同之处在于,室内保温单元4还包括排水阀4-5、排水泵4-6和排水管4-8;
排水管4-8同时与地上保温管4-2和回水管路2-8连通,排水管4-8上设置有排水阀4-5和排水泵4-6。
第二天,循环冷却水被排出。
具体实施方式七、本实施方式与实施方式一至六任一实施方式的不同之处在于,室内保温单元4还包括温度传感器4-7,温度传感器4-7设置在保温墙1的内壁上。
温度传感器4-7用于采集大棚的室内温度,当白天时室内温度处于相对高的范围,运动控制器3-6根据高的温度信号,对热水进行储存;当夜晚时室内温度处于相对低的满园,运动控制器3-6根据低的温度信号,令热水循环流动,为大棚提供热量。
具体实施方式八、下面结合图1至图4说明本实施方式,本实施方式所述温室的保温方法,该方法是基于权利要求1所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置实现的,其特征在于,该方法为:
步骤一、白天,追日太阳能单元3捕捉太阳能,并利用太阳能将冷水加热后输送至地下保温单元2和室内保温单元4,地下保温单元2和室内保温单元4对输送过来的热水进行储存蓄热;
步骤一的具体过程为:
白天,随着太阳高度角变化,感光元件3-4通过光线将太阳角度传送到运动控制器3-2,运动控制器3-2根据太阳角度向驱动电机3-6发出相关动作指令,驱动电机3-6带动聚光板3-3旋转以跟随太阳运动,使得太阳光线始终垂直照射在聚光板3-3上;
位于聚光板3-3焦点处的换热器3-5预热,预热完成后,冷水泵3-8和冷水阀3-9打开,冷水被提升到换热器3-5内进行加热;当水温达到预定的热水温度时,进水泵2-4和进水阀2-3打开,换热器3-5将热水输送到地下保温水箱2-1和地上的热水袋4-1内储存,当热水袋4-1的水位到达上限时,停止换水。
步骤二、夜晚,地下保温单元2和室内保温单元4构成的闭环系统对储存的热水进行水循环,将蓄热的能量释放至大棚室内,以维持大棚的室内温度;
步骤二的具体过程为:
夜晚,室内的温度传感器4-7监测到室温降低至温度下限时,打开地下循环阀2-5、地下循环泵2-6、地上循环阀4-3和地上循环泵4-4,储存的热水在地表与地下之间进行循环流动,以维持大棚室内温度。
步骤三、第二天,将循环冷却水排出大棚;然后返回执行步骤一。
储存的热水经过一夜的循环已变为冷水,将排水泵4-6和排水阀4-5打开,将循环后的冷水经排水管4-8排出大棚。
各个水泵及水阀的开关均由运动控制器3-6来下达指令。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,包括保温墙(1)、地下保温单元(2)、追日太阳能单元(3)和室内保温单元(4);
温室的北面设置保温墙(1),室内保温单元(4)设置在保温墙(1)的内壁上,地下保温单元(2)设置在温室的地面下方;
追日太阳能单元(3)设置在温室外部,用于采集太阳能为温室提供热量;
地下保温单元(2)和室内保温单元(4)用于将太阳能提供的热量进行蓄热,并为温室提供保温功能。
2.根据权利要求1所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,保温墙(1)包括由砖头垒砌成的承重框架(1-1)和多块草砖(1-2);草砖(1-2)填充在承重框架(1-1)内。
3.根据权利要求1所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,追日太阳能单元(3)包括太阳能支架(3-1)、运动控制器(3-2)、聚光板(3-3)、感光元件(3-4)、换热器(3-5)、驱动电机(3-6)、冷水进水管(3-7)、冷水泵(3-8)和冷水阀(3-9);太阳能支架(3-1)的顶端设置有聚光板(3-3),聚光板(3-3)的中心设置有感光元件(3-4),聚光板(3-3)的焦点处设置有换热器(3-5),换热器(3-5)的冷水进水口连接冷水进水管(3-7);冷水进水管(3-7)上设置有冷水泵(3-8)和冷水阀(3-9);
感光元件(3-4)用于检测光线的入射角度以判断太阳运动方向,并发送给运动控制器(3-2),运动控制器(3-2)通过驱动电机(3-6)令聚光板(3-3)旋转跟随太阳运动。
4.根据权利要求3所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,地下保温单元(2)包括地下保温水箱(2-1)、一号地下保温管(2-2)、进水阀(2-3)、进水泵(2-4)、地下循环阀(2-5)、地下循环泵(2-6)、二号地下保温管(2-7)和回水管路(2-8);
地下保温水箱(2-1)的进水口通过一号地下保温管(2-2)与换热器(3-5)的热水出水口连通,地下保温水箱(2-1)的出水口通过二号地下保温管(2-7)与室内保温单元(4)的进水口连通;地下保温水箱(2-1)的回水口通过回水管路(2-8)与室内保温单元(4)的出水口连通;
进水阀(2-3)和进水泵(2-4)设置在一号地下保温管(2-2)上;
地下循环阀(2-5)和地下循环泵(2-6)设置在二号地下保温管(2-7)。
5.根据权利要求4所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,室内保温单元(4)包括热水袋(4-1)、地上保温管(4-2)、地上循环阀(4-3)和地上循环泵(4-4);
热水袋(4-1)的底部设置有进水口作为室内保温单元(4)的进水口,热水袋(4-1)的下部侧壁设置有出水口作为室内保温单元(4)的出水口;热水袋(4-1)的出水口通过地上保温管(4-2)与地下保温单元(2)的回水管路(2-8)连通;地上保温管(4-2)上设置有地上循环阀(4-3)和地上循环泵(4-4)。
6.根据权利要求5所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,室内保温单元(4)还包括排水阀(4-5)、排水泵(4-6)和排水管(4-8);
排水管(4-8)同时与地上保温管(4-2)和回水管路(2-8)连通,排水管(4-8)上设置有排水阀(4-5)和排水泵(4-6)。
7.根据权利要求6所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置,其特征在于,室内保温单元(4)还包括温度传感器(4-7),温度传感器(4-7)设置在保温墙(1)的内壁上。
8.温室的保温方法,该方法是基于权利要求1所述基于追日太阳能的寒地温室保温装置实现的,其特征在于,该方法为:
步骤一、白天,追日太阳能单元(3)捕捉太阳能,并利用太阳能将冷水加热后输送至地下保温单元(2)和室内保温单元(4),地下保温单元(2)和室内保温单元(4)对输送过来的热水进行储存蓄热;
步骤二、夜晚,地下保温单元(2)和室内保温单元(4)构成的闭环系统对储存的热水进行水循环,将蓄热的能量释放至大棚室内,以维持大棚的室内温度;
步骤三、第二天,将循环冷却水排出大棚;然后返回执行步骤一。
9.根据权利要求8所述温室的保温方法,其特征在于,步骤一的具体过程为:
白天,随着太阳高度角变化,感光元件(3-4)通过光线将太阳角度传送到运动控制器(3-2),运动控制器(3-2)根据太阳角度向驱动电机(3-6)发出相关动作指令,驱动电机(3-6)带动聚光板(3-3)旋转以跟随太阳运动,使得太阳光线始终垂直照射在聚光板(3-3)上;
位于聚光板(3-3)焦点处的换热器(3-5)预热,预热完成后,冷水泵(3-8)和冷水阀(3-9)打开,冷水被提升到换热器(3-5)内进行加热;当水温达到预定的热水温度时,进水泵(2-4)和进水阀(2-3)打开,换热器(3-5)将热水输送到地下保温水箱(2-1)和地上的热水袋(4-1)内储存,当热水袋(4-1)的水位到达上限时,停止换水。
10.根据权利要求9所述温室的保温方法,其特征在于,步骤二的具体过程为:
夜晚,室内的温度传感器(4-7)监测到室温降低至温度下限时,打开地下循环阀(2-5)、地下循环泵(2-6)、地上循环阀(4-3)和地上循环泵(4-4),储存的热水在地表与地下之间进行循环流动,以维持大棚室内温度。
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