CN109744011A - 一种利用太阳能提升地温的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种利用太阳能提升地温的系统和方法，系统其包括平板太阳能集热器、储水箱以及加热管路，其中，平板太阳能集热器与储水箱连通形成第一循环系统，在第一循环系统上设有第一循环水泵，加热管路与储水箱连通形成第二循环系统，在第二循环系统上设有第二循环水泵。方法包括：埋设加热管路‑安装储水箱‑安装平板太阳能集热器‑管路连接‑启动第一循环水泵和第二循环水泵。本实施例提供的利用太阳能提升地温的系统及方法，通过平板太阳能集热器吸收太阳能，与现有技术相比，热量来源于太阳能，减少了对煤、电等资源的消耗，降低了运营成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及地温控制技术领域，具体涉及一种利用太阳能提升地温的系统及方法。
背景技术
在农业研究中，将特定的作物种植在试验田内，通过控制试验田的各种参数(环境)可以对作物的某些性能进行研究。土壤是植物生存的基质，适宜的土壤温度是植物成活、健康生长发育的基本条件之一。为研究某一作物的适宜土壤温度，可将作物种植在试验田内，并对试验田的土壤表层(地表向下30cm的土层)的温度加以控制，从而得到该作物的适宜土壤温度。
由于土壤比热较大，提高地温需要较多的热量，直接从空气中获得热量并将热量保存在土壤中进行增温的效率很低，需要的时间较长。所以在实际生产中，更多的是在土壤中铺设加热管路或者加热电缆对土壤进行加热。加热管路或加热电缆耗费大量煤、电等资源，运营费用过高，难以在实际生产中推广应用。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种利用太阳能提升地温的系统及方法，以解决现有技术中由于加热管或加热电缆耗费大量煤电等资源而导致的运营成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种利用太阳能提升地温的系统，其包括：
平板太阳能集热器，所述平板太阳能集热器用于吸收太阳能以加热所述平板太阳能集热器内的水；
储水箱，所述储水箱用于储存系统用水，在所述储水箱的一侧分别设有第一进水口以及位于第一进水口下方的第一出水口，在所述储水箱的另一侧分别设有第二进水口以及位于第二进水口下方的第二出水口；
加热管路，所述加热管路埋设于土壤内，所述加热管路用于对土壤加热升温；
其中，所述平板太阳能集热器的出水口与所述储水箱的第一进水口连通，所述平板太阳能集热器的进水口与所述储水箱的第一出水口连通，在所述平板太阳能集热器的进水口与所述储水箱的第一出水口之间的管路上设有第一循环水泵，所述第一循环水泵用于使所述平板太阳能集热器内的水与所述储水箱内的水循环流动；所述加热管路的出水口与所述储水箱的第二进水口连通，所述加热管路的进水口与所述储水箱的第二出水口连通，在所述加热管路的进水口与所述储水箱的第二出水口之间的管路上设有第二循环水泵，所述第二循环水泵用于使所述加热管路内的水与所述储水箱内的水循环流动。
可选的，所述利用太阳能提升地温的系统还包括电加热器，所述电加热器设置于所述储水箱内，所述电加热器用于加热所述储水箱内的水。
可选的，所述利用太阳能提升地温的系统还包括温度测量装置，所述温度测量装置由温度传感器和温度显示器组成，所述温度传感器设置于所述储水箱内，且位于所述储水箱内的液面下，所述温度显示器设置于所述储水箱的外表面，所述温度显示器与所述温度传感器电连接。
可选的，在所述储水箱的顶部还设有用于向系统补水的第三进水口，在所述储水箱的底部还设有用于放水的第三出水口。
可选的，所述加热管路位于土壤表面以下13-17cm。
优选的，所述加热管路位于土壤表面以下15cm。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了另一种技术方案：
一种利用太阳能提升地温的方法，其包括以下步骤：
步骤S1，埋设用于对土壤进行加热的加热管路；
步骤S2，安装储水箱，在储水箱的一侧分别设有第一进水口以及位于第一进水口下方的第一出水口，在储水箱的另一侧分别设有第二进水口以及位于第二进水口下方的第二出水口；
步骤S3，安装平板太阳能集热器，平板太阳能集热器用于吸收太阳能以加热平板太阳能集热器内的水；
步骤S4，管路连接，将平板太阳能集热器的出水口与储水箱的第一进水口用管路连通，将平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口用管路连通，在平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口之间的管路上安装第一循环水泵；将加热管路的出水口与储水箱的第二进水口用管路连通，将加热管路的进水口与储水箱的第二出水口用管路连通，在加热管路的进水口与储水箱的第二出水口之间的管路上安装第二循环水泵；启动第一循环水泵，第一循环水泵使平板太阳能集热器内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热；启动第二循环水泵，第二循环水泵使加热管路内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热，同时加热管路与土壤进行换热，从而提升地温。
可选的，还包括步骤S5，在储水箱内安装电加热器，电加热器用于加热储水箱内的水，当储水箱内的水温较低时，启动电加热器可快速提升水温。
本发明实施例具有如下优点：
本实施例提供的利用太阳能提升地温的系统及方法，通过平板太阳能集热器吸收太阳能，将太阳能转化为热能形成热水(温水)，在第一循环水泵的作用下，热水在第一循环系统内流动并使储水箱内的水升温，在第二循环水泵的作用下，储水箱内的水进入第二循环系统进行流动，并在加热管路处于土壤进行热交换，从而提升地温。与现有技术相比，热量来源于太阳能，减少了对煤、电等资源的消耗，降低了运营成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种利用太阳能提升地温的系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的一种利用太阳能提升地温的方法的流程图。
图中：1-平板太阳能集热器，2-储水箱，201-第一进水口，202-第一出水口，203-第二进水口，204-第二出水口，205-第三进水口，206-第三出水口，3-加热管路，4-第一循环水泵，5-第二循环水泵，6-电加热器，71-温度传感器，72-温度显示器，8-试验田。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，实施例1提供了一种利用太阳能提升地温的系统，其包括平板太阳能集热器1、储水箱2以及加热管路3。
其中，平板太阳能集热器1用于吸收太阳能以加热平板太阳能集热器1内的水。平板太阳能集热器1铺设于试验田8旁边的空地，优选的，周围没有可遮挡平板太阳能集热器1接收阳光的遮挡物。平板太阳能集热器1与太阳的角度，根据试验田8所在的纬度进行设定，以便最大限度的吸收太阳能。平板太阳能集热器1设置一块或多块，当设有多块时，多块平板太阳能集热器1串接或并接，具体的连接方式属于现有的常规技术，在此不再赘述。
其中，储水箱2用于储存系统用水。在储水箱2的一侧分别设有第一进水口201以及位于第一进水口201下方的第一出水口202，第一进水口201和第一出水口202用于与平板太阳能集热器1连接，组成第一循环系统；在储水箱2的另一侧分别设有第二进水口203以及位于第二进水口203下方的第二出水口204，第二进水口203和第二出水口204用于与加热管路3连接，组成第二循环系统；在储水箱2的顶部设有用于向系统补水的第三进水口205，当储水箱2水位较低时，通过第三进水口205进行补水；在储水箱2的底部设有用于放水的第三出水口206，在对储水箱2或第一、第二循环系统进行维修及清洗后，可通过第三出水口206将污水排出。储水箱2可设计成圆柱状，也可设计成立方体状，但不限于这两种形状。在高纬度地区，储水箱2的外侧设置保温层，以防止冬季夜晚温度过低冻裂储水箱2。
其中，加热管路3用于对土壤加热升温。加热管路3埋设于土壤表面以下13-17cm，优选的，埋设于土壤表面以下15cm，既能有效提升低温，又与地表具有一定距离，避免土壤的热量迅速向空气逸散。加热管路3可以由多个PVC管及PVC弯头连接而成，每根PVC管均位于两行作物之间，相邻的PVC管的一端用PVC弯头连接，但加热管路3不限于此结构。
以单块平板太阳能集热器1为例，平板太阳能集热器1的出水口与储水箱2的第一进水口201连通，平板太阳能集热器1的进水口与储水箱2的第一出水口202连通，在平板太阳能集热器1的进水口与储水箱2的第一出水口202之间的管路上设有第一循环水泵4，第一循环水泵4用于使平板太阳能集热器1内的水与储水箱2内的水循环流动，即第一循环水泵4用于使第一循环系统内的水循环流动；加热管路3的出水口与储水箱2的第二进水口203连通，加热管路3的进水口与储水箱2的第二出水口204连通，在加热管路3的进水口与储水箱2的第二出水口204之间的管路上设有第二循环水泵5，第二循环水泵5用于使加热管路3内的水与储水箱2内的水循环流动，即第二循环水泵5用于使第二循环系统内的水循环流动。其中第一循环水泵4和第二循环水泵5的功率为100w。
本实施例提供的利用太阳能提升地温的系统，通过平板太阳能集热器1吸收太阳能，将太阳能转化为热能形成热水(温水)，在第一循环水泵4的作用下，热水在第一循环系统内流动并使储水箱2内的水升温，在第二循环水泵5的作用下，储水箱2内的水进入第二循环系统进行流动，并在加热管路3处于土壤进行热交换，从而提升地温。与现有技术相比，热量来源于太阳能，减少了对煤、电等资源的消耗，降低了运营成本。
在本实施例中，利用太阳能提升地温的系统还包括电加热器6，电加热器6设置于储水箱2内，当储水箱2内的水温过低或光照强度不足时，电加热器6用于加热储水箱2内的水。其中，电加热器6的功率为3KW。
在本实施例中，利用太阳能提升地温的系统还包括温度测量装置，以便了解储水箱2内水的温度，视情况启动电加热器6。温度测量装置采用市场上现有的，包括温度传感器71和温度显示器72，温度传感器71设置于储水箱2内，且位于储水箱2内的液面下，温度显示器72设置于储水箱2的外表面，温度显示器与温度传感器电连接。
实施例2
如图2所示，实施例2提供了一种利用太阳能提升地温的方法，包括以下步骤：
步骤S1，埋设用于对土壤进行加热的加热管路。具体的，在作物栽培行间(行间距为40cm)，挖一条宽度为5cm、深度15cm的沟，然后埋设PVC管(PVC管直径20mm)，然后用PVC弯头把相邻的PVC管连接起来，以形成加热管路；
步骤S2，安装储水箱。储水箱的容积约40L，在储水箱的一侧分别设有第一进水口以及位于第一进水口下方的第一出水口，在储水箱的另一侧分别设有第二进水口以及位于第二进水口下方的第二出水口；
步骤S3，安装平板太阳能集热器，并进行性能调试。平板太阳能集热器用于吸收太阳能以加热平板太阳能集热器内的水；根据试验田面积进行平板太阳能集热器的数量配置。
步骤S4，管路连接，将平板太阳能集热器的出水口与储水箱的第一进水口用管路连通，将平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口用管路连通，在平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口之间的管路上安装第一循环水泵；将加热管路的出水口与储水箱的第二进水口用管路连通，将加热管路的进水口与储水箱的第二出水口用管路连通，在加热管路的进水口与储水箱的第二出水口之间的管路上安装第二循环水泵；启动第一循环水泵，第一循环水泵使平板太阳能集热器内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热；启动第二循环水泵，第二循环水泵使加热管路内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热，同时加热管路与土壤进行换热，从而提升地温。其中，第一循环水泵和第二循环水泵的功率为100w。
本实施例提供的利用太阳能提升地温的方法，通过平板太阳能集热器吸收太阳能，将太阳能转化为热能形成热水(温水)，在第一循环水泵的作用下，热水在第一循环系统内流动并使储水箱内的水升温，在第二循环水泵的作用下，储水箱内的水进入第二循环系统进行流动，并在加热管路处于土壤进行热交换，从而提升地温。与现有技术相比，热量来源于太阳能，减少了对煤、电等资源的消耗，降低了运营成本。
本实施例提供的利用太阳能提升地温的方法，还包括步骤S5，在储水箱内安装电加热器，电加热器用于加热储水箱内的水，当储水箱内的水温较低或阳光不充足时，启动电加热器可快速提升水温。其中电加热器的功率为3kw。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，所述利用太阳能提升地温的系统包括；
平板太阳能集热器(1)，所述平板太阳能集热器(1)用于吸收太阳能以加热所述平板太阳能集热器(1)内的水；
储水箱(2)，所述储水箱(2)用于储存系统用水，在所述储水箱(2)的一侧分别设有第一进水口以及位于第一进水口下方的第一出水口，在所述储水箱(2)的另一侧分别设有第二进水口以及位于第二进水口下方的第二出水口；
加热管理(3)，所述加热管理(3)埋设于土壤内，所述加热管理(3)用于对土壤加热升温；
其中，所述平板太阳能集热器(1)的出水口与所述储水箱(2)的第一进水口连通，所述平板太阳能集热器(1)的进水口与所述储水箱(2)的第一出水口连通，在所述平板太阳能集热器(1)的进水口与所述储水箱(2)的第一出水口之间的管路上设有第一循环水泵(4)，所述第一循环水泵(4)用于使所述平板太阳能集热器(1)内的水与所述储水箱(2)内的水循环流动；所述加热管理(3)的出水口与所述储水箱(2)的第二进水口连通，所述加热管理(3)的进水口与所述储水箱(2)的第二出水口连通，在所述加热管理(3)的进水口与所述储水箱(2)的第二出水口之间的管路上设有第二循环水泵(5)，所述第二循环水泵(5)用于使所述加热管理(3)内的水与所述储水箱(2)内的水循环流动。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，所述利用太阳能提升地温的系统还包括电加热器(6)，所述电加热器(6)设置于所述储水箱(2)内，所述电加热器(6)用于加热所述储水箱(2)内的水。
3.根据权利要求2所述的利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，所述利用太阳能提升地温的系统还包括温度测量装置，所述温度测量装置由温度传感器(71)和温度显示器(72)组成，所述温度传感器(71)设置于所述储水箱(2)内，且位于所述储水箱(2)内的液面下，所述温度显示器(72)设置于所述储水箱(2)的外表面，所述温度显示器(72)与所述温度传感器(71)电连接。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，在所述储水箱(2)的顶部还设有用于向系统补水的第三进水口，在所述储水箱(2)的底部还设有用于放水的第三出水口。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，所述加热管理(3)位于土壤表面以下13-17cm。
6.根据权利要求5所述的利用太阳能提升地温的系统，其特征在于，所述加热管理(3)位于土壤表面以下15cm。
7.一种利用太阳能提升地温的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，埋设用于对土壤进行加热的加热管路；
步骤S2，安装储水箱，在储水箱的一侧分别设有第一进水口以及位于第一进水口下方的第一出水口，在储水箱的另一侧分别设有第二进水口以及位于第二进水口下方的第二出水口；
步骤S3，安装平板太阳能集热器，平板太阳能集热器用于吸收太阳能以加热平板太阳能集热器内的水；
步骤S4，管路连接，将平板太阳能集热器的出水口与储水箱的第一进水口用管路连通，将平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口用管路连通，在平板太阳能集热器的进水口与储水箱的第一出水口之间的管路上安装第一循环水泵；将加热管路的出水口与储水箱的第二进水口用管路连通，将加热管路的进水口与储水箱的第二出水口用管路连通，在加热管路的进水口与储水箱的第二出水口之间的管路上安装第二循环水泵；
启动第一循环水泵，第一循环水泵使平板太阳能集热器内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热；启动第二循环水泵，第二循环水泵使加热管路内的水与储水箱内的水循环流动并进行换热，同时加热管路与土壤进行换热，从而提升地温。
8.根据权利要求7所述的利用太阳能提升地温的方法，其特征在于，还包括步骤S5，在储水箱内安装电加热器，电加热器用于加热储水箱内的水，当储水箱内的水温较低时，启动电加热器可快速提升水温。
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