CN109405045A - 一种农业设施自供暖系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业设施自供暖系统及方法,本发明所述系统包括：太阳能收集系统及设施供暖散热系统，所述方法包括：步骤1，夏季蓄存余热，步骤2，土壤的蓄热直供日光温室供热，步骤3，地源热泵增温，步骤4，空气源补充热量。本发明的优越效果是在非供暖季收集并储存的太阳能热量，并能够满足供暖期热量需求，以实现自身能源平衡供应，具有很好的实用价值和广泛的应用前景。

Description

一种农业设施自供暖系统及方法

技术领域

本发明涉及一种农业设施自供暖系统及方法,属于太阳能技术领域。

背景技术

目前，以温室大棚为代表的设施农业采暖方式分为被动式采暖和主动式采暖，前者的为水池蓄热、墙体蓄热及土壤蓄热，后者为燃烧燃料供暖、电发热供暖及热泵供暖。太阳能蓄存平衡利用技术是指利用太阳能集热器收集晴天的太阳能及时蓄存到水和土壤中，需要供热时部分或全部取出的作为供热热源。这种季节性的太阳能蓄热利用，不仅能够恢复地温，实现土壤热平衡，而且有望继续提高土壤温度，提高免费的太阳能利用率，克服太阳能能量密度低、昼夜及季节性变化，存在间隙性、不可靠性的问题。地下土壤蓄存是到目前为止跨季节利用太阳能的一种现实可行的方法，能够把春、夏、秋三个季节的太阳能热量储存于地下，以供冬季供热之用。系统中利用土壤作为蓄热介质，是考虑土壤既是传热材料，又是储热材料，土壤的热容量适中，其体积热容量大，接近水热容量的1/2。中国的煤改清洁能源重点平原地区多为冲击平原，地质状况多为砂石结构，地下水位低，适合土壤蓄热的基本条件，而丰富的太阳能辐射资源具有清洁、免费、可持续的特征，是最有价值的可利用热能资源。

申请号为201720554642.5的专利申请公开了一种供暖系统。所述系统包括控制器、集热器、储能罐、阀门及热交换器。储能罐通过管道分别与集热器及热交换器连接，控制器与阀门电性连接。集热器用于吸收太阳能，并将吸收的太阳能传递给流经集热器的第一储能液体。

申请号为201710346610.0的专利申请公开了一种供暖系统。所述系统包括控制器、集热器、储能罐、阀门及热交换器。储能罐通过管道分别与集热器及热交换器连接，控制器与阀门电性连接。集热器用于吸收太阳能，并将吸收的太阳能传递给流经集热器的第一储能液体。被动式采暖供热能力有限，不足以满足温室大棚的热负荷需求，而主动式的燃烧方式供暖伴随着环境污染问题，电发热供暖运行成本高，单纯的热泵供热技术投资大且运行成本高。因此，目前的温室大棚供暖方式存在着结构设计不合理、操作不便、运行成本高、污染大等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的农业设施自供暖系统及方法，本发明所述系统包括：本发明所述系统包括：太阳能收集系统及设施供暖散热系统，太阳能收集系统包括塑料大棚或日光温室；设施供暖散热系统包括风机盘管、循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门F2、阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6、阀门F7、阀门F8、保温水箱、循环管道、土壤循环管道、土壤埋管、地源热泵、空气源热泵、换热管道，其中，风机盘管通过循环管道、循环泵P1与保温水箱连接；阀门F4、土壤埋管、土壤循环管道、循环泵P2、阀门F3与地源热泵依次连通；阀门F2、阀门F4、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F1、阀门F3、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端连通热管道；阀门F7一端通过地热管道与空气源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通；阀门8的一端通过循环管道和换热管道与风机盘管连通，另一端与空气源热泵连通；阀门F2一端与土壤循环管道与阀门F4连通，另一端与换热管道连通；阀门F6一端通过换热管道与地源热泵连通，另一端与循环管道与换热管道连通；阀门F1通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F3一端连通；阀门3另一端通过土壤循环管道与地源热泵连通；阀门F4通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F2连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通。

保温水箱作为热量转换与过渡储存容器和暂存地，并且也是太阳能热量收集与释放供热系统的介质补液排气装置。

循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质采用水或防冻液。

地源热泵、空气源热泵是供热保障设备,当土壤温度低于供暖温度需求时，首先利用地源热泵提升来自土壤循环管道内介质温度，进行提升供暖水温，当土壤温度低于供暖温度需求而地源热泵不能满足提升供暖水温时，利用空气源热泵吸收空气中的热量作为保障供热热源。

循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8是用于按照本发明所述系统运行要求所必须的循环动力设备和介质流动方向控制与调配结构件。

太阳能收集系统用来接收太阳辐射热并与太阳能收集系统的内部的风机盘管与管道构成一个相对封闭的循环管道，在循环泵P1、循环泵P2的推动下，天晴时循环管道内的介质水或防冻液吸收太阳能收集系统接收的太阳能热量，通过土壤埋管向地下土壤储存太阳能热量；夜间或天阴时从土壤中提取储存的太阳能热量并向塑料大棚供热。

当日光温室的室内温度高于设定的高温阈值时，风机盘管开启并与日光温室的室内空气换热，利用循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，将热量带走并储存于土壤中；当日光温室的室内温度过低至设定的低温阈值时，风机盘管开启，利用循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，将土壤中储存的热量通过风机盘管吹向日光温室的室内以达到供热的目的。

进一步地，所述日光温室设置智能温度传感器，以实时显示日光温室的温度。

进一步地，所述日光温室的高温阈值为25度。

进一步地，所述日光温室的低温阈值为15度。

进一步地，所述系统包括控制器，控制器分别与循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8电性连接，用于控制循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8的开启与关闭。

进一步地，所述系统包括设置在日光温室的辅助电加热装置，当日光温室遭遇严寒天气，通过太阳能收集系统不能满足日光温室的温度需求，即开启辅助电加热装置。

本申请提供一种使用农业设施自供暖系统的供暖方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，夏季蓄存余热：在夏季，日光温室会产生高于自身所需夏季温度阈值，这时阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，存入土壤并蓄存。

步骤2，土壤的蓄热直供日光温室供热：日光温室低于冬季温度阈值时，阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将土壤中存储的热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，为日光温室供热。

步骤3，地源热泵增温：土壤的蓄热直供仍然低于日光温室冬季温度阈值时，阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6开启，风机盘管开启，循环泵P1、循环泵P2开启,土壤中存储的热量经地源热泵增温后，为日光温室供热。

步骤4，空气源补充热量：土壤存热温度低于土壤存热温度阈值时，阀门F7、阀门F8开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，通过空气源热泵直接为日光温室供热。

进一步地，所述夏季温度阈值为摄氏25度。进一步地，所述冬季温度阈值为摄氏15度。

进一步地，所述土壤存热温度阈值为摄氏10度。

本发明的优越效果在于：

申请人历经多年的科学研究，研发的本发明所述系统结构设置合理，使用操作方便实用，能够充分满足日光温室在不同季节的供热需求，本发明将非采暖时期产生的热量通过水、蓄热材料、地下土壤的进行蓄存并用于满足供暖期需求，以实现自身能源平衡供应，具有很好的实用价值和广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明所述系统的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。如图1所示，本发明所述系统包括：太阳能收集系统及设施供暖散热系统，太阳能收集系统包括塑料大棚或日光温室；设施供暖散热系统包括风机盘管、循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门F2、阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6、阀门F7、阀门F8、保温水箱、循环管道、土壤循环管道、土壤埋管、地源热泵、空气源热泵、换热管道，其中，风机盘管通过循环管道、循环泵P1与保温水箱连接；阀门F4、土壤埋管、土壤循环管道、循环泵P2、阀门F3与地源热泵依次连通；阀门F2、阀门F4、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F1、阀门F3、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端连通热管道；阀门F7一端通过地热管道与空气源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通；阀门8的一端通过循环管道和换热管道与风机盘管连通，另一端与空气源热泵连通；阀门F2一端与土壤循环管道与阀门F4连通，另一端与换热管道连通；阀门F6一端通过换热管道与地源热泵连通，另一端与循环管道与换热管道连通；阀门F1通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F3一端连通；阀门3另一端通过土壤循环管道与地源热泵连通；阀门F4通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F2连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通。

保温水箱作为热量转换与过渡储存容器和暂存地，并且也是太阳能热量收集与释放供热系统的介质补液排气装置。

循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质采用水或防冻液。

地源热泵、空气源热泵是供热保障设备,当土壤温度低于供暖温度需求时，首先利用地源热泵提升来自土壤循环管道内介质温度，进行提升供暖水温，当土壤温度低于供暖温度需求而地源热泵不能满足提升供暖水温时，利用空气源热泵吸收空气中的热量作为保障供热热源。

循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8是用于按照本发明所述系统运行要求所必须的循环动力设备和介质流动方向控制与调配结构件。

太阳能收集系统用来接收太阳辐射热并与太阳能收集系统的内部的风机盘管与管道构成一个相对封闭的循环管道，在循环泵P1、循环泵P2的推动下，天晴时循环管道内的介质水或防冻液吸收太阳能收集系统接收的太阳能热量，通过土壤埋管向地下土壤储存太阳能热量；夜间或天阴时从土壤中提取储存的太阳能热量并向塑料大棚供热。

当日光温室的室内温度高于设定的高温阈值时，风机盘管开启并与日光温室的室内空气换热，利用循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，将热量带走并储存于土壤中；当日光温室的室内温度过低至设定的低温阈值时，风机盘管开启，利用循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，将土壤中储存的热量通过风机盘管吹向日光温室的室内以达到供热的目的。

进一步地，所述日光温室设置智能温度传感器，以实时显示日光温室的温度。

进一步地，所述日光温室的高温阈值为25度。

进一步地，所述日光温室的低温阈值为15度。

进一步地，所述系统包括控制器，控制器分别与循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8电性连接，控制器用于控制循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8的开启与关闭。

进一步地，所述系统包括设置在日光温室的辅助电加热装置，当日光温室遭遇严寒天气，通过太阳能收集系统不能满足日光温室的温度需求，即开启辅助电加热装置。

本申请提供一种使用农业设施自供暖系统的供暖方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，夏季蓄存余热：在夏季，日光温室会产生高于自身所需夏季温度阈值，这时阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，存入土壤并蓄存。

步骤2，土壤的蓄热直供日光温室供热：日光温室低于冬季温度阈值时，阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将土壤中存储的热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，为日光温室供热。

步骤3，地源热泵增温：土壤的蓄热直供仍然低于日光温室冬季温度阈值时，阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6开启，风机盘管开启，循环泵P1、循环泵P2开启,土壤中存储的热量经地源热泵增温后，为日光温室供热。

步骤4，空气源补充热量：土壤存热温度低于土壤存热温度阈值时，阀门F7、阀门F8开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，通过空气源热泵直接为日光温室供热。

进一步地，所述夏季温度阈值为摄氏25度。

进一步地，所述冬季温度阈值为摄氏15度。

进一步地，所述土壤存热温度阈值为摄氏10度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种农业设施自供暖系统，其特征在于，包括：太阳能收集系统及设施供暖散热系统，太阳能收集系统包括日光温室；设施供暖散热系统包括风机盘管、循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门F2、阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6、阀门F7、阀门F8、保温水箱、循环管道、土壤循环管道、土壤埋管、地源热泵、空气源热泵、换热管道，其中，风机盘管通过循环管道、循环泵P1与保温水箱连接；阀门F4、土壤埋管、土壤循环管道、循环泵P2、阀门F3与地源热泵依次连通；阀门F2、阀门F4、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F1、阀门F3、地源热泵、通过换热管道依次连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端连通热管道；阀门F7一端通过地热管道与空气源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通；阀门8的一端通过循环管道和换热管道与风机盘管连通，另一端与空气源热泵连通；阀门F2一端与土壤循环管道与阀门F4连通，另一端与换热管道连通；阀门F6一端通过换热管道与地源热泵连通，另一端与循环管道与换热管道连通；阀门F1通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F3一端连通；阀门3另一端通过土壤循环管道与地源热泵连通；阀门F4通过土壤循环管道分别与循环泵P2、阀门F2连通；阀门F5一端通过土壤循环管道与地源热泵连通，另一端通过换热管道与保温水箱连通。

2.按照权利要求1所述，其特征在于，所述日光温室为塑料大棚。

3.按照权利要求1或2所述系统，其特征在于，所述日光温室设置实时显示日光温室温度的智能温度传感器。

4.按照权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统包括分别与循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8电性连接的控制器，控制器用于控制循环泵P1、循环泵P2、阀门F1、阀门2、阀门3、阀门4、阀门5、阀门6、阀门7、阀门F8的开启与关闭。

5.按照权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统包括设置在日光温室的辅助电加热装置。

6.一种使用农业设施自供暖系统的供暖方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，夏季蓄存余热：在夏季，日光温室会产生高于自身所需夏季温度阈值，这时阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，存入土壤并蓄存；

步骤2，土壤的蓄热直供日光温室供热：日光温室低于冬季温度阈值时，阀门F1、阀门F2开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，将土壤中存储的热量经循环管道内的介质与土壤循环管道内的介质循环，为日光温室供热；

步骤3，地源热泵增温：土壤的蓄热直供仍然低于日光温室冬季温度阈值时，阀门F3、阀门F4、阀门F5、阀门F6开启，风机盘管开启，循环泵P1、循环泵P2开启,土壤中存储的热量经地源热泵增温后，为日光温室供热；

步骤4，空气源补充热量：土壤存热温度低于土壤存热温度阈值时，阀门F7、阀门F8开启，风机盘管开启，循环泵P1开启，通过空气源热泵直接为日光温室供热。

7.按照权利要求5所述方法，其特征在于，步骤1所述夏季温度阈值为摄氏25度。

8.按照权利要求5所述方法，其特征在于，步骤2所述冬季温度阈值为摄氏15度。

9.按照权利要求5所述方法，其特征在于，所述土壤存热温度阈值为摄氏10度。