CN108738943B - 一种温室大棚主动蓄热供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温室大棚主动蓄热供热系统，至少包括空气源热泵主机、蓄热缓冲水箱、采暖循环泵、保温管道、蓄热供热盘管、电动调节阀门、保温隔热层、控制器、温度传感器和供热电动调节阀。该系统可以实现主动蓄热、被动供热以及主动供热功能。本发明将温室大棚尤其是连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的主动集热、蓄热及供热相结合，能够显著增强连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的蓄热保温性能，提升连栋玻璃温室和连栋塑料大棚室内空气源对室内热环境的调控能力。
Description
技术领域
本发明涉及农业设施技术领域，具体涉及一种温室大棚主动蓄热供热系统。
背景技术
我国冬季大部分地区气温均较低，尤其北方大部分地区冬季室外气温通常低于0℃，但太阳能资源丰富，温室设施内的温度高于10℃。而且，我国大部分地区的连栋玻璃温室和连栋塑料大棚冬季在白天依靠太阳光的辐射提高温室内的空气温度，夜间则依靠锅炉等加温设备来满足农作物生长所需的温度。然而，这种冬季生产存在如下问题：采用加温措施需要消耗大量的常规能源，造成环境污染和运行成本过高。目前，对于集热装置基本在日光温室中运用，且一般集热装置都设置在日光温室的墙体上，采集的热能储存在墙体中，当室内温度降低时由墙体储存的热量释放出来，以增加温室内的温度，但是利用墙体储存热量有限，而且连栋玻璃温室和连栋塑料大棚是没有墙体的设施类型。
连栋玻璃温室和连栋塑料大棚在白天依靠太阳光的辐射提高温室内的空气温度，并利用土壤表层进行被动蓄热，夜间则依靠保温和土层自身被动放热或采取加温措施来满足农作物生长所需的温度。如此，连栋玻璃温室和连栋塑料大棚在白天蓄热能力有限，仅依靠表土层被动向室内供热，导致蓄热土层对温室热环境调控功能低下。夜间需要采取加温措施，消耗大量的常规能源，造成环境污染和运行成本过高。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种温室大棚主动蓄热供热系统，用以解决温室大棚尤其是连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的集热、蓄热和供热等技术问题，提高连栋玻璃温室和连栋塑料大棚白天的蓄热能力，提升温室内热环境的调控能力。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种温室大棚主动蓄热供热系统，该系统至少包括空气源热泵主机、蓄热缓冲水箱、采暖循环泵、保温管道、蓄热供热盘管、电动调节阀门、保温隔热层、控制器、温度传感器和供热电动调节阀；温室大棚内安装有空气源热泵主机，该空气源热泵主机通过管道连接蓄热缓冲水箱，空气源热泵主机通过热交换器加热或提升蓄热缓冲水箱的水温，温室大棚内埋设有蓄热供热盘管，蓄热缓冲水箱和蓄热供热盘管通过保温管道连接采暖循环泵，蓄热缓冲水箱、保温管道、蓄热供热盘管和采暖循环泵形成循环系统，温度传感器的采集信号通过控制器控制空气源热泵主机和/或采暖循环泵。其中，空气源热泵主机、蓄热缓冲水箱和采暖循环泵构成空气源集热系统；蓄热缓冲水箱、保温管道、蓄热供热盘管及电动调节阀门构成储热供热系统；控制器、温度传感器及供热电动调节阀构成设备控制单元。温度传感器的采集信号通过控制器以开启或关闭空气源热泵主机，或是温度传感器的采集信号通过控制器调节供热电动调节阀以开启或关闭采暖循环泵。该系统可以实现主动蓄热、被动供热以及主动供热功能。
优选地，上述温室大棚包括连栋玻璃温室和连栋塑料大棚。
在一个较优实施例中，上述空气源热泵主机为整体式空气源热泵主机。
优选地，上述保温隔热层包括热量传导隔绝层和保温层。
更优选地，上述热量传导隔绝层为设置在温室大棚的圈梁以下的塑料薄膜，用于隔绝温室大棚的四周土壤热量传导。
更优选地，上述热量传导隔绝层被设置在温室大棚的圈梁以下700mm处。
优选地，上述保温层包括温室大棚四周保温层和温室大棚室内保温层。
在一个较优实施例中，上述温室大棚四周保温层为采用纳米级保温材料制作的保温棉被。
优选地，上述温室大棚四周保温层为聚丙烯纳米级材料保温被。
在一个较优实施例中，温室大棚室内保温层被设置为可伸展以隔绝温室大棚内湿气从而减少棚顶冷凝水。
在一个较优实施例中，温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当温度传感器在连续设定时长内检测到的温度高于设定温度时，控制器开启空气源热泵主机，吸收温室大棚内空气的能量，并将能量转移到蓄热缓冲水箱中给水加热，经加热的水通过采暖循环泵将热量以蓄热供热盘管方式向温室大棚内的土层提供并储存热量。
优选地，上述连续设定时长为10分钟。
优选地，上述检测到的温度为温室大棚内的空气温度。
在一个较优实施例中，温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当温度传感器检测到的温度低于设定温度时，控制器开启空气源热泵主机；当温度传感器检测到的温度等于或高于设定温度时，控制器关闭空气源热泵主机。
优选地，上述检测到的温度为空气源热泵主机端交换口温度。
在一个较优实施例中，温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当温度传感器检测到的温度低于设定温度时，控制器开启空气源热泵主机，通过蓄热缓冲水箱和采暖循环泵向温室大棚内的土层补充热量。
优选地，上述检测到的温度为温室大棚内的土层温度。
在一个较优实施例中，上述空气源热泵主机、蓄热缓冲水箱和采暖循环泵被设置在温室大棚内相对独立的环境内。
在一个较优实施例中，蓄热供热盘管采用双排水平S形布置。
优选地，蓄热供热盘管的直径为20～50mm。
优选地，蓄热供热盘管的排列间距为500～1000mm。
优选地，蓄热供热盘管被设置于温室大棚的地面以下400～700mm处。
在一个较优实施例中，保温管道上设置有包裹保温管道的保温棉。
优选地，上述保温棉的厚度为10～20mm。
本发明将温室大棚尤其是连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的主动集热、蓄热及供热相结合，能够显著增强连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的蓄热保温性能，提升连栋玻璃温室和连栋塑料大棚室内空气源对室内热环境的调控能力。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。
附图说明
图1示出了本发明较优实施例中温室大棚主动蓄热供热系统的结构图；
图2示出了本发明较优实施例中热量传导隔绝层和温室大棚四周保温层的示意图；
图3示出了本发明较优实施例中的空气源热泵系统分布图；
图4示出了本发明较优实施例中的空气源热泵系统图；
图5示出了本发明较优实施例中的温室大棚室内保温层的示意图；
其中：
1-整体式空气源热泵主机2-蓄热缓冲水箱3-采暖循环泵4-保温管道
5-蓄热供热盘管6-电动调节阀门7-热量传导隔绝层8-温室大棚四周保温层
9-控制器10-温度传感器10rt-用于测量温室大棚室内空气温度的温度传感器
10a-用于测量空气源热泵主机端交换口温度的温度传感器10b-用于测量室
内土层温度的温度传感器11-供热电动调节阀12-温室大棚室内保温层12a-
温室桁架上端内保温层12b-温室桁架下端内保温层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明利用空气源集热系统白天以室内空气为热源进行蓄热，以水介质充分吸收并以潜热的形式蓄存于蓄热缓冲水箱中；同时，蓄热缓冲水箱的热水通过采暖循环泵进入蓄热供热盘管以供热的方式将热能蓄存到温室内土层中，提高了深土层的温度，增加了土层的蓄热量。夜间首先土层以面热源被动方式通过对流和辐射换热向温室内提供热量，在被动供热不能满足温室内空气温度需求时，启动空气源集热系统向土层供热以提高温室内空气温度。
实施例1
如图1-4所示，本实施例提供的温室大棚主动蓄热供热系统包括整体式空气源热泵主机1、蓄热缓冲水箱2、采暖循环泵3、保温管道4、蓄热供热盘管5、电动调节阀门6、热量传导隔绝层7、温室大棚四周保温层8、温室大棚室内保温层12、控制器9、温度传感器10和供热电动调节阀11；温室大棚内安装有空气源热泵主机1，其通过管道连接蓄热缓冲水箱2，整体式空气源热泵主机1通过热交换器加热或提升蓄热缓冲水箱2的水温，温室大棚内埋设有蓄热供热盘管5，蓄热缓冲水箱2和蓄热供热盘管5通过保温管道4连接采暖循环泵3，蓄热缓冲水箱2、保温管道4、蓄热供热盘管5和采暖循环泵3形成循环系统，温度传感器10的采集信号通过控制器9控制整体式空气源热泵主机1和/或采暖循环泵3。其中，整体式空气源热泵主机1、蓄热缓冲水箱2和采暖循环泵3构成空气源集热系统；蓄热缓冲水箱2、保温管道4、蓄热供热盘管5及电动调节阀门6构成储热供热系统；控制器9、温度传感器10及供热电动调节阀11构成设备控制单元。具体地，温度传感器10(10rt)的采集信号通过控制器9以开启空气源热泵主机1，温度传感器10(10a)的采集信号通过控制器9以开启或关闭空气源热泵主机1，温度传感器10(10b)的采集信号通过控制器9调节供热电动调节阀11以开启或关闭采暖循环泵3。
上述系统可以实现主动蓄热、被动供热以及主动供热功能。
该系统的建造方法采用如下步骤：
连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的保温隔热层的制作，首先在温室大棚圈梁地基内侧开挖深度约为700mm，宽度为200～500mm的内沟，沿着沟底至圈梁铺设塑料薄膜作为热量传导隔绝层7，切断温室大棚内外部分土壤的热传导；利用温室四周的桁架，设置温室大棚四周保温层8，在本实施例中采用宁夏溢佳大博新材料有限公司生产的聚丙烯纳米级材料保温被。
温室大棚内利用玻璃或是塑料薄膜隔离一个相对独立的空间，并在靠近温室壁一侧设立两个门；按照如图3所示的空气源热泵系统分布图安装整体式空气源热泵主机1、蓄热缓冲水箱2、采暖循环泵3等，然后制作保温管道4的连接，保温管道4需要用10～20mm厚保温棉包裹防止热能丧失；温室大棚内部按照排列间距为500～1000mm、宽度150～300mm和700mm深度S形挖沟，用直径为20～50mm PE-RT管材采用双排水平S形制作蓄热供热盘管5，并将保温管道4与蓄热供热盘管5连通。整体式空气源热泵主机1、蓄热缓冲水箱2和采暖循环泵3的功率规格需要按照温室的类型面积具体确定。在本实施例中采用欧威尔Airwell品牌的AAW132HVAAV型号空气源热泵。按照图4所示的空气源热泵系统图连接整体式空气源热泵主机1、蓄热缓冲水箱2、采暖循环泵3、电动调节风阀6、温度传感器10以及控制器9；温度传感器按照温室大棚面积均匀分布4～8点。
该系统的储热是利用温室大棚自身结构，太阳照射之后温室内部空气升温，蓄热缓冲水箱2中的热水通过采暖循环泵3将蓄热缓冲水箱2内蓄积的热量以蓄热供热盘管5方式通过对流和辐射换热向温室内土层提供热量，将热量储存于室内土层中；室内土壤蓄热在夜间温室气温降低时以面热源被动方式通过对流和辐射换热向温室内提供热量，此为被动供热；在被动供热不能满足温室内空气温度需求时，温室内土层温度传感器温度低于设定温度时，控制器将打开整体式空气源热泵主机1，通过蓄热缓冲水箱2和采暖循环泵3向温室内土层补充热量，此为主动供热。具体的，温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当温度传感器10(10rt)在连续设定时长，例如连续10分钟内检测到的温室大棚内空气温度高于设定温度时，控制器9将开启整体式空气源热泵主机1，吸收温室大棚内空气的能量，并将该能量转移到蓄热缓冲水箱2中给水加热，经加热的水通过采暖循环泵3将热量以蓄热供热盘管5的方式向温室大棚内的土层提供并储存热量。当温度传感器10(10a)检测到的温度低于设定温度时，控制器9开启空气源热泵主机1；当温度传感器10(10a)检测到的温度等于或高于设定温度时，控制器9关闭空气源热泵主机1。当温度传感器10(10b)检测到的温室大棚内的土层温度低于设定温度时，控制器9将开启整体式空气源热泵主机1，通过蓄热缓冲水箱2和采暖循环泵3向温室大棚内的土层补充热量。使用者可根据温室大棚内植物生长所需要的温度进行预先设置，不同的植物预设不同的温度。在本实施例中，设定白天温度25℃，夜间温度13℃。如此，本实施例将温室大棚尤其是连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的主动集热、蓄热及供热相结合，能够显著增强连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的蓄热保温性能，提升连栋玻璃温室和连栋塑料大棚室内空气源对室内热环境的调控能力。
实施例2
本实施例具有与实施例1基本相同的技术特征，在此不再赘述，不同之处在于，本实施例中，温室大棚内还设置有温室大棚室内保温层12，如附图5所示。一方面，温室大棚室内保温层可减少棚内热量的流失，从而达到保温效果，另一方面，温室大棚室内保温层还可展开，起到隔绝棚内湿气从而减少棚顶冷凝水的作用，更加有利于农作物的生长。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (14)
1.一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚主动蓄热供热系统至少包括空气源热泵主机、蓄热缓冲水箱、采暖循环泵、保温管道、蓄热供热盘管、电动调节阀门、保温隔热层、控制器、温度传感器和供热电动调节阀；所述温室大棚内安装有所述空气源热泵主机，所述空气源热泵主机通过管道连接所述蓄热缓冲水箱，所述空气源热泵主机通过热交换器加热或提升所述蓄热缓冲水箱的水温，所述温室大棚内埋设有所述蓄热供热盘管，所述蓄热缓冲水箱和所述蓄热供热盘管通过所述保温管道连接所述采暖循环泵，所述蓄热缓冲水箱、所述保温管道、所述蓄热供热盘管和所述采暖循环泵形成循环系统，所述温度传感器的采集信号通过所述控制器控制所述空气源热泵主机和/或所述采暖循环泵；所述温室大棚包括连栋玻璃温室和连栋塑料大棚；所述保温隔热层包括热量传导隔绝层和保温层，所述热量传导隔绝层为设置在所述温室大棚的圈梁以下的塑料薄膜，用于隔绝所述温室大棚的四周土壤热量传导，所述热量传导隔绝层被设置在所述温室大棚的圈梁以下700mm处；连栋玻璃温室和连栋塑料大棚的保温隔热层的制作，首先在温室大棚圈梁地基内侧开挖深度约为700mm，宽度为200～500mm的内沟，沿着沟底至圈梁铺设塑料薄膜作为热量传导隔绝层，切断温室大棚内外部分土壤的热传导；所述保温层包括温室大棚四周保温层和温室大棚室内保温层；利用温室四周的桁架，设置温室大棚四周保温层，采用聚丙烯纳米级材料保温被；
温室大棚内利用玻璃或是塑料薄膜隔离一个相对独立的空间，所述空气源热泵主机、所述蓄热缓冲水箱和所述采暖循环泵被设置在所述温室大棚内相对独立的环境内；所述蓄热供热盘管采用双排水平S形布置；温室大棚内部按照排列间距为500～1000mm、宽度150～300mm和700mm深度S形挖沟，用直径为20～50mm PE-RT管材采用双排水平S形制作蓄热供热盘管。
2.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述空气源热泵主机为整体式空气源热泵主机。
3.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚四周保温层为采用纳米级保温材料制作的保温棉被。
4.根据权利要求3所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚四周保温层为聚丙烯纳米级材料保温被。
5.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚室内保温层被设置为可伸展以隔绝所述温室大棚内湿气从而减少棚顶冷凝水。
6.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当所述温度传感器在连续设定时长内检测到的温度高于设定温度时，所述控制器开启所述空气源热泵主机，吸收所述温室大棚内空气的能量，并将所述能量转移到所述蓄热缓冲水箱中给水加热，经加热的水通过所述采暖循环泵将热量以蓄热供热盘管方式向所述温室大棚内的土层提供并储存热量。
7.根据权利要求6所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述连续设定时长为10分钟。
8.根据权利要求6所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述检测到的温度为所述温室大棚内的空气温度。
9.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当所述温度传感器检测到的温度低于设定温度时，所述控制器开启所述空气源热泵主机；所述温度传感器检测到的温度等于或高于设定温度时，所述控制器关闭所述空气源热泵主机。
10.根据权利要求9所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述检测到的温度为所述空气源热泵主机端交换口温度。
11.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述温室大棚主动蓄热供热系统被设置为，当所述温度传感器检测到的温度低于设定温度时，所述控制器开启所述空气源热泵主机，通过所述蓄热缓冲水箱和所述采暖循环泵向所述温室大棚内的土层补充热量。
12.根据权利要求11所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述检测到的温度为所述温室大棚内的土层温度。
13.根据权利要求1所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述保温管道上设置有包裹所述保温管道的保温棉。
14.根据权利要求13所述的一种温室大棚主动蓄热供热系统，其特征在于，所述保温棉的厚度为10～20mm。
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