CN110268882A - 新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明申请涉及种植养殖生长条件控制系统与太阳能蓄能供能领域,特别涉及跨季节种植养殖生长条件控制系统和太阳能供热供暖制冷发电系统,包括:外保温系统、透光系统、种植和养殖部分,集能系统、蓄能系统、供能系统、通风系统,补光系统,增氧系统,集水装置,温湿度、灌溉施肥控制系统等。建设种植养殖生长温室系统,通过集热系统和蓄热系统,将超出生长所需的太阳能收集并储存在蓄能系统中,减少温室降温所需能耗,冬季利用集热和蓄热对温室进行增温,实现北方冬季种植养殖物的有效生长。该系统可实现种植养殖高产、优质、高效、生态、环保,集能蓄能效率高、单位产出投资低、经济社会效益好,为农业绿色、低碳、循环发展提供了新路径。

Description

新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统
技术领域
本发明申请涉及新型农业温室系统与太阳蓄能供能系统,特别涉及跨季节农业温室种植养殖条件控制系统和太阳能蓄能供能系统。
背景技术
目前,我国正在大力推进现代化农业,农业温室包括玻璃温室、塑料温室、薄膜大棚等方兴未艾,一些植物和动物可以在不适宜生长的季节实现生长,但与此同时,温室的保温系统、降温系统、增温系统、通风系统、控制系统、灌溉系统等系统较为复杂,照射到温室表面的太阳能资源未得到有效利用,造成了能源资源的浪费,增加了生产和运行成本,如北方地区冬季温室大棚内温度难以满足农作物生长的要求,需要通过燃煤、燃油等方式提升大棚温度,造成大量能源消耗和浪费,燃煤等还带来严重的大气污染和土壤污染。
植物在生长过程中,光能利用率并不高,虽然理论计算值一般可达而实际生长中一般只有不同植物对光照强度的要求不同,光照过强或不足都会引起植物生长不良,产量降低,出现过热、灼伤、黄化、倒伏等,甚至导致死亡;另外,植物生长速度还受温度、湿度、二氧化碳浓度、施肥情况等影响,夏季温度过高以及冬季温度过低都会直接影响植物的生长。养殖的物种对光照、温度、氧气、营养物质也有相应的适应范围,特别是水产养殖对温度的适应范围较窄,对温度控制有更高的要求。因此,正确合理调节光照强度、温湿度等热物理条件,对实现农作物和养殖高产、优质、高效、生态、环保,提高土地产出率,提升能源资源利用水平,促进农民增收致富,推进农业供给结构性改革具有十分重要意义。
发明内容
我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约50万亿吉焦,折合1.7万亿吨标准煤,相当于2017年全国能源消费总量的380倍。我国仅农作物种植面积超过18亿亩,如果合理利用其太阳能辐射能,可以在实现农业种植和养殖高产、优质、高效的同时,每年为全国提供相当于2017年全国能源消费总量19倍的能源,而我国太阳能开发利用量不足1亿吨标准煤,还有很大开发利用空间。
目前,国内外对农业温室开展了大量研究和实践,取得了一定进展,但还有很多不足之处,主要是:设计理念需要进一步提升,现有温室特别是农业大棚未有效利用太阳能,夏季太阳辐射能透过温室后,造成温室快速升温,需要启动降温系统以对温室进行降温,造成了不必要的能源浪费,北方早春、深秋和冬季,需要启动增温系统以提高温室温度;增温和降温系统复杂,提高了投资成本,投资回收周期长;温室保温性能差,系统整体能源利用效率低;农业种植和养殖生长条件较差,不利于进一步提高农作物和所养殖物种的产量;一些温室大棚采取与太阳能光伏发电相结合的模式,能够产生一些电能,但由于目前光伏发电效率远低于光热转换效率,太阳能利用效率有待提高;一些温室采取与光热系统相结合的模式,形成集热蓄能系统,减少了温室的能源消耗,但能够实现对外净输出能源的较少,有些即使能够对外净输出能源,但输出的能源量偏低,还有很大提升空间。
本发明的目的是在提供新型农业温室系统的同时,提供太阳能蓄能供能系统,以解决目前农业温室跨季节太阳能利用整体效率低、能源资源投入高、单位产出成本高、辅助系统装置多作用小等问题,有效控制全年光照、温湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度、水分、施肥情况等生长条件,提高植物和动物特别是农作物和水产养殖产量及其对生长环境的适应能力,同时实现春夏秋冬四季蓄能,全年对外供热、发电,夏季制冷,冬季供暖等。
为实现上述目的,本发明的新型农业温室系统和太阳能蓄能供能系统的关键技术在于:其包括外保温系统、透光系统、种植和养殖部分,集能系统(包括集热系统、光伏发电系统)、蓄能系统(包括蓄热系统、蓄电系统)、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、二氧化碳浓度控制系统、增氧系统、水处理系统、灌溉施肥控制系统等)等,并对各个部分进行了一系列创新设计。所述外保温系统在日出时或日出后可以卷起,在日落时或日落前可以放下;所述透光系统包括上表面和侧面,透光系统上表面倾斜或水平放置,倾斜角度根据本发明的系统所在地区纬度而确定;优化设计透光面积与蓄热系统容积。在有太阳光照时,外保温系统卷起,大部分太阳辐射能被集热系统或光伏电池板吸收并储存在蓄能系统中,一部分太阳辐射能照射在农作物、水池中或土壤上,形成适宜的太阳光照强度以促进农作物和所养殖的动物生长;在夜晚、没有太阳光照或太阳光照强度比较弱的时候,外保温系统视季节和温室内温度情况而闭合,在早春、深秋和冬季尽量减少温室里的热量损失,同时可以设置辅助光源,在夜晚、没有太阳光照时促进农作物正常生长;集热系统聚集的太阳能储存在蓄热系统中,换热流体在蓄热系统中吸收热量,温度提高后,被泵提送至供热、供暖管网或制冷系统或发电系统,用于供热、供暖、制冷、发电;太阳能光伏电池板所发的电力一部分用于系统电力消耗,多余部分可以通过蓄电系统存储起来,或直接输送至电网。冬季温室温度偏低时,可利用蓄热系统中的热量提升温室温度。
(1)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的外保温系统第一种技术方案为:所述外保温系统采用柔性保温材料,外保温系统能够覆盖透光系统外表面,在日出时或日出后卷起,在日落时或日落前放下。当温室内部温度超出植物生长需要时,外保温系统保持卷起状态。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的外保温系统第二种技术方案为:在第一种技术方案的基础上,朝东、朝南和朝西面内表面可分别设置含反光器的可旋转保温墙,增强反光和保温;保温墙可以随太阳高度角和方位角的变化旋转至合适角度。可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合。在朝北墙上面,可以设置可旋转反光器,进一步提高进入透光系统的太阳辐射能。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的外保温系统第三种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上,冬季再设置一层柔性保温系统,以减少系统冬季散热量。
(2)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的透光系统第一种技术方案为:在有太阳光照的时候,打开外保温系统,从天空直射和散射的太阳辐射能透过所述透光系统,大部分太阳辐射能被集热系统吸收,一部分太阳辐射能被温室内的植物吸收。透光系统北面可采用保温玻璃系统,也可利用朝北固定保温墙,透光系统可采用单层玻璃、双层或多层中空玻璃、真空玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯、阳光板、凸透镜等,实现良好的透光性能、密闭性能和保温性能,以及夏季环境温度较高时,具有良好的通风性能。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的透光系统第二种技术方案为:在第一种技术方案的基础上,透光系统上表面倾斜放置,倾斜的角度根据所在地的纬度而确定;透光系统侧面可以竖直放置,也可以倾斜放置,倾斜的角度根据所在地纬度和季节而定。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的透光系统第三种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上,透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度,以减小太阳入射角,进一步提高透光率。
(3)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的种植和养殖部分第一种技术方案为:在温室内部进行单层种植或养殖,即在地表种植蔬菜、水果、花卉、药材、苗木等或者进行动物养殖,有效利用温室适宜的光照和温湿度条件,提高土地产出率。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的种植和养殖部分第二种技术方案为:在温室内部分两层进行种植,第一层在地表种植蔬菜、水果、花卉、药材、苗木等,第二层在温室中搭建藤架,种植藤本类农作物,充分利用温室空间,提高土地产出率。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的种植和养殖部分第三种技术方案为:在温室内部分两层进行种植养殖,第一层在地表进行养殖,第二层在温室中搭建藤架,种植藤本类农作物,充分利用温室空间,提高土地产出率。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的种植和养殖部分第四种技术方案为:在第一种技术方案和第二种技术方案或第三种技术方案的基础上,在温室内部分多层进行种植养殖,进一步有效利用温室空间,同时可以促进种植、养殖之间物质与养份的交换、互补,实现绿色、生态、循环种植养殖,大幅提高土地产出率,实现农业用地集约节约高效利用。
(4)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的集能系统第一种技术方案为:在透光系统上表面安装集热管,或者集热管与透光系统上表面一体化设计安装,或者将集热管安装在支撑结构和透光系统之间,集热管东西方向或南北方向放置,通过循环工质将集热管聚集的热量储存在蓄热系统中。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的集能系统第二种技术方案为:在第一种技术方案的基础上,在透光系统侧面表面安装集热管,进一步提高系统集热能力。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的集能系统第三种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上,安装太阳跟踪装置,集热管的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化;同时,在没有光照时,相邻两组集热单元可以两两耦合,形成密闭保温型集热系统。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的集能系统第四种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上,在透光系统上表面安装聚光器,或者聚光器与透光系统上表面一体化设计安装,或将聚光器安装在透光系统内部,聚光器东西方向或南北方向放置,同时可选择安装太阳光跟踪装置,以获取更高温度,通过循环工质将集热器聚集的热量储存在蓄热系统中。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的集能系统第五种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案或第四种技术方案的基础上,透光系统上表面部分区域安装太阳能光伏电池板,产生电力向系统供电,多余部分可以存储在蓄电系统中或上网。
(5)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的蓄能系统技术方案为:所述蓄能系统包括蓄热系统和蓄电系统。蓄热系统作为蓄积热量的场所,蓄热系统采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体,岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设。蓄热系统可以放置在农作物生长区域或透光系统地表下面,也可以置于非农作物生长区域。蓄电系统将太阳能光伏电池发出的多余电力存储起来,蓄电系统可根据太阳能光伏电池发电量多少和用电情况来设置。
(6)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的供热供暖系统第一种技术方案为:所述供热供暖系统中循环液体从蓄热系统中吸收热量后温度升高,通过循环泵,将热量输送至用热需求端或供暖需求端,从用热需求端和供暖需求端出来的低温循环液体进入蓄热系统的换热器中,再次吸热温度升高,不断循环。冬季温室温度较低时,在温室中设置供暖装置,利用集热管集热或者蓄热系统蓄热为温室和温室内的土壤增温。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的供热供暖系统第二种技术方案为:所述供热供暖系统中的循环液体从蓄热系统中吸收热量后温度升高,通过循环泵,将热量输送至换热站后返回蓄热系统的换热器中,换热站中的流体吸热后将热量输送至用热需求端或供暖需求端,从用热需求端或供暖需求端出来的低温流体进入换热站,再次吸热后温度升高,不断循环。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的供热供暖系统第三种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上,设置吸收式换热机组,进一步降低供热供暖系统循环液体回路温度,实现大温差供热供暖,提高换热效能,减少管网功耗。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的供热供暖系统第四种技术方案为:在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上,设置补燃机组或热泵机组,提高所述供热供暖系统的稳定性。
(7)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的吸收式制冷系统第一种技术方案为:所述吸收式制冷系统中的热源在蓄热系统中吸热,温度升高后,被循环泵提送至所述吸收式制冷系统的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回蓄热系统中吸热,不断循环。冷却水通过吸收器和冷凝器,温度升至40℃左右,该冷却水可用来供应生活用热水。冷水在所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,形成循环。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的吸收式制冷系统第二种技术方案为:在第一种技术方案的基础上,通过所述吸收式制冷系统的吸收器和冷凝器的冷却水,温度升高后,与从所述供热供暖系统中的换热站或吸收式换热机组出来的循环液体,进行热交换,冷却水温度下降后,再返回所述吸收式制冷系统的吸收器和冷凝器吸热,不断循环。循环液体吸收冷却水的热量后,回到蓄热系统中继续吸热,温度进一步升高后,再向供热需求端供热。冷水在所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,形成循环。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的吸收式制冷系统第三种技术方案为:所述吸收式制冷系统中的热源在所述供热供暖系统中的换热站或吸收式换热机组中吸热,温度升高后,被循环泵送至所述吸收式制冷系统的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回换热站或吸收式换热机组中吸热,不断循环。冷却水通过所述吸收式制冷系统中的吸收器和冷凝器后,该冷却水可用来供应生活热水。冷水在所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷系统的蒸发器中放热,不断循环。
(8)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的发电系统第一种技术方案为:在透光系统上表面部分区域安装太阳能电池板,产生的电力可以供温室系统用电,多余部分可以上网。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的发电系统第二种技术方案为:设置螺杆膨胀发电系统,所述螺杆膨胀发电系统的热源在蓄热系统中吸热,温度升高后,被循环泵送至所述螺杆膨胀发电系统的蒸发器,将热量传递给蒸发器中的循环工质后温度下降,返回蓄热系统中吸热,不断循环。循环工质温度压力升高后进入螺杆膨胀机做功,螺杆膨胀机带动发电机转动产生电力,循环工质做完功后温度压力下降,在冷凝器中被冷却水凝结,然后被循环泵提送至蒸发器吸热,不断循环。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的发电系统第二种技术方案为:在第二种技术方案的基础上,所述螺杆膨胀发电系统中用来冷却的冷却水,吸收热量后,温度升高,与从所述供热供暖系统的换热站或吸收式换热机组出来的循环液体,进行热交换,冷却水温度下降后,再返回所述螺杆膨胀发电机系统的冷凝器中吸热,不断循环。循环液体吸收冷却水的热量后,返回蓄热系统中继续吸热,温度进一步升高后,再向供热需求端供热。
(9)本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统中的辅助系统技术方案为:所述辅助系统包括通风系统、二氧化碳浓度控制系统、温湿度控制系统、补光系统、增氧系统、水处理系统、集水装置、灌溉施肥控制系统等。
所述通风系统利用透光系统侧面和上表面部分表面的开合,形成自然对流通道,或设置通风机,通过强制对流进行通风。二氧化碳浓度控制系统由二氧化碳浓度探测器,二氧化碳气瓶,二氧化碳流动管道等组成,形成适宜农作物生长的二氧化碳浓度条件。一般情况下,温室温度偏高时利用自然或强制通风进行降温,温室温度偏低时采用蓄热系统蓄积的热量进行增温;如果出现极端高温天气,在通风失效时,可以通过喷淋水或雾化水或其他空调系统,对温室进行降温,以防止温室出现温度过高的情况;温室内的湿度,根据植物生长的需要,通过降温或喷淋水等方式提高温室中空气的湿度,也可以通过通风、干燥剂、除湿机、空调系统等方式降低温室中空气的湿度。增氧系统主要是对养殖的物种特别是水产养殖进行增氧,防止养殖的物种出现缺氧的情况。水处理系统主要是用于水产养殖的培养液进行处理,以满足养殖的物种对水环境的要求。集水装置主要是收集温室内空气中的水蒸气遇到冷表面形成的水珠,收集后的水分可用于农作物灌溉。补光系统主要是夜晚或自然光照条件不足时,利用灯光产生农作物生长所需的光照条件,以提高植物特别是农作物的产量。灌溉施肥控制系统主要是通过灌溉系统对植物进行施肥,水肥同时供应,发挥水肥的协同效益,有利于根系对营养成分的吸收,减少肥料消耗,改善土壤的环境状况。
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其包括的外保温系统、透光系统、种植和养殖部分,集能系统(包括集热系统、光伏发电系统)、蓄能系统(包括蓄热系统、蓄电系统)、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、二氧化碳浓度控制系统、增氧系统、水处理系统、灌溉施肥控制系统等)等各个部分可以根据上述的技术方案进行自由组合,形成多个可选的跨季节温室系统与太阳能蓄热供热系统、供暖系统、制冷系统、发电系统、供热供暖系统、供热制冷系统、供热发电系统、制冷供暖系统、发电供暖系统、制冷发电系统、供热供暖制冷系统、供热供暖发电系统、供热制冷发电系统、供暖制冷发电系统或供热供暖制冷发电系统的组合系统;本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统可以南北方向放置,也可以南偏东或南偏西方向放置,还可以东西方向放置;本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统可以采用单个系统,也可以采用模块化设计,建成规模化现代农作物生产基地,同时实现大规模跨区域供热供暖制冷发电。
采用上述新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统所产生的有益效果在于:
(1)系统集热效率高,单位面积年蓄积的太阳辐射能高,可以达到3至8吉焦,主要是由于本发明的系统尽可能吸收利用太阳辐射能,包括透光系统上表面、侧面以及可旋转保温墙内表面等都能够透光或反光;同时本系统独特的集热蓄热保温一体化设计,可以尽可能减少热量损失。
(2)适用范围广,适用于城市、县城、乡镇、农村周边农地、荒地、坡地、沙地、林地、海滩、近海等种植养殖,也可用于沙漠、石漠等荒漠及荒漠化土地的治理,可以在全国推广应用。
(3)太阳保证率高,冬季温室内可以不使用辅助热源,夏季可以显著降低温室降温除湿用能,同时还可以向外净输出能源,实现全年供热、夏季制冷、冬季供暖。
(4)系统结构简单、便于清洁、易于维护,不会像现有普通大棚塑料薄膜那样对土壤产生难以恢复的污染;系统单位集热量投资和运行成本低,投资回收周期短。
(5)系统可靠性高,可以克服狂风、飞沙、暴雨、暴雪、冰雹等恶劣自然天气对本发明系统的影响,显著减少普通温室在恶劣天气下出现损坏、农作物和养殖物种集体死亡的情况。
(6)系统完全克服了自然界环境变化对植物和养殖产品生长的影响,不仅可以解决北方冬季农产品和养殖产品供给的问题,还可以提供生态、环保、品质高的农产品和养殖产品,可以大幅提升我国农业现代化水平。
(7)系统可以促进美丽乡村建设,为美丽中国贡献力量,同时可以促进农村脱贫致富。
(8)系统可以有效回收利用土壤蒸发和植物生长蒸腾作用的水分,减少植物生长过程中的水分消耗。
(9)系统节能减排效果明显,建设1万平方米所述新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,年可实现供热量3万至8万吉焦,可为10万至27万平方米的城镇住宅建筑进行夏季供冷和冬季供暖,年可节约标准煤1300-3500吨,相当于减少二氧化碳排放2900-7700吨。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面对现有技术方案或具体实施例中使用的附图作简单地介绍,显而易见地,以下附图仅是用于方便理解本发明实施方式,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例1的示意图;
图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的透光系统示意图;
图3(a)、图3(b)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的透光系统(含可闭合通风口)示意图;
图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)、图4(e)、图4(f)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的集能系统示意图;
图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)、图5(e)、图5(f)、图5(g)、图5(h)、图5(i)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的种植养殖部分示意图;
图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)、图6(e)、图6(f)、图6(g)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的供热供暖系统、制冷系统与发电系统示意图;
图7(a)、图7(b)是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的模块化应用和大规模应用的示意图;
图8是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例2的示意图;
图9是本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例3的示意图。
其中:1-柔性保温材料,11-朝北固定保温墙,12-朝西可旋转保温墙,13-朝南可旋转保温墙,14-朝东可旋转保温墙,2-透光系统,21-玻璃保温罩,22-可闭合通风口,23-可闭合通风口,24-可闭合通风口,25-可闭合通风口,26-支架,31-集热管,32-集热管,33-聚光器,34-集热器,35-太阳能光伏电池板,4-换热器,41-泵,42-泵,43-泵,44-用热需求端,45-采暖需求端,46-换热站,47-吸收式换热器,48-补燃机组或热泵机组,5-吸收式制冷机组,51-泵,52-冷却水热交换器,6-螺杆膨胀机,61-蒸发器,62-冷凝器,63-发电机,7-蓄热系统,8-养殖池,81-藤本植物,82-照明灯具,83-农作物。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1:
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例1,如图1所示。该新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统包括柔性保温材料1,朝西可旋转保温墙12,朝南可旋转保温墙13,朝东可旋转保温墙14,透光系统2,集热管31,换热器4,泵41,泵42,泵43,用热需求端44,采暖需求端45,吸收式制冷机组5,螺杆膨胀机6,蒸发器61,冷凝器62,发电机63,蓄热系统7,养殖池8,藤本植物81。
在有太阳光照射时,所述柔性保温材料1卷起,朝南可旋转保温墙13、朝东可旋转保温墙14和朝西可旋转保温墙12旋转至适宜位置并固定。在夜晚或没有太阳光照的时候以及大风和雨雪冰雹天气,柔性保温材料1视情况而闭合,尽量减少集热管31和蓄热系统7的热量损失和不利天气对本发明的系统的破坏。
所述透光系统2包括侧面和上表面,采用双层中空玻璃,也可选用真空玻璃、有机玻璃等,保持良好的透光性能、密闭性能和保温性能。所述透光系统2上表面根据所在地纬度倾斜安置,东、南、西三个表面竖直放置,北面直接利用朝北固定保温墙。透光系统2侧面和上表面分别安装可闭合通风口,在温室内温湿度过高时打开,通过自然对流或强制对流的方式降低温室内的温湿度。
所述集热管31安装在支撑结构和透光系统2之间,水平或倾斜放置,从天空直射和散射的太阳辐射能透过所述透光系统2,被集热管31吸收,储存在蓄热系统7中,减少夏季阳光辐射强度过高对植物生长的不利影响,减少夏季降温用能,同时将热量蓄积起来,对外供热或冬季供暖。
所述养殖池8位于温室内,根据所养殖的物种,通过集热系统、蓄热系统7和辅助系统等,合理控制养殖池液的温度、洁净度、PH值、溶氧量,按照要求投放所养殖物种所需的食物,为所养殖的物质构建良好生长环境。所述藤本植物81位于温室内、养殖池8上方,通过集热系统、蓄热系统7、养殖池8和辅助系统等,合理控制温室内环境温湿度,藤本植物生长所需的水肥和营养物质。
所述螺杆膨胀发电机系统的热源在蓄热系统7中吸热,温度升高后,被循环泵送至所述螺杆膨胀发电机系统的蒸发器,将热量传递给蒸发器61中的循环工质后温度下降,返回蓄热系统中吸热,不断循环。循环工质温度压力升高后进入螺杆膨胀机6做功,螺杆膨胀机6带动发电机63转动产生电力,循环工质做完功后温度压力下降,在冷凝器62中被冷却水冷凝,然后被循环泵提送至蒸发器吸热,不断循环。
所述吸收式制冷系统中的热源在蓄热系统7中吸热,温度升高后,被循环泵51送至所述吸收式制冷系统5的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回蓄热系统7中吸热,不断循环。冷却水通过吸收器和冷凝器,温度升至40℃左右,该冷却水可用来供应生活热水。冷水在所述吸收式制冷系统5的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统风机盘管中,吸收建筑物中的热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷系统5的蒸发器中放热,不断循环。
所述换热器4在蓄热系统7内吸热后,温度升高,换热器4高温水出口与泵41相连,在泵42的带动下,进入用热需求端44,向热用户放热后,温度降低,返回蓄热系统7内的换热器4,再次吸热,形成循环,达到持续供热的目的。
在供暖季,所述换热器4在蓄热系统7中吸热后,温度升高,换热器4高温水出口与泵41相连,在泵43的带动下,进入供暖需求端45,向供暖用户放热后,温度降低,返回蓄热系统7中的换热器4,再次吸热,形成循环,达到持续供暖的目的。
实施例2:
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例2,如图8所示。在实施例1的基础上,与实施例1不同的是,该新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的透光系统2上表面安装太阳能光伏电池板35,温室内部除养殖池8和藤本植物81藤架外,再增加一层,用于培育其他植物,供热供暖系统增加吸收式换热机组47。
所述集热管31南北方向放置,从天空直射和散射的太阳辐射能被集热管31吸收,部分太阳能辐射能透过透光系统2,被温室内的植物、土壤、养殖池吸收。循环液体在所述集热管31内自循环或者加压循环吸收其热量,并传递给蓄热材料,储存在蓄热系统7中。所述太阳能光伏电池板35发出的电力部分用于温室照明、动力用电等,多余部分储存在蓄电池中或输送至电网。
所述换热器4在蓄热系统7内吸热后,温度升高,换热器4高温水出口与泵41相连,所述高温水进入吸收式换热机组47,温度下降后,返回蓄热系统7内的换热器4,再次吸热,不断循环。从用热需求端44或供暖需求端45出来的低温水在吸收式换热机组47中吸热后,温度升高,在泵42或泵43的带动下,向用热需求端44或供暖需求端45放热后,再进入吸收式换热机组47中吸热,不断循环。
实施例3:
本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的具体实施例3,如图9所示。在实施例2的基础上,与实施例2不同的是,该新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的种植和养殖部分可以再增加两层,为藤本植物和其他植物提供更多的生长空间。所述透光系统2上表面安装聚光器33,聚光器33和集热器34东西方向放置,循环液体自循环或者加压循环方式吸收集热器34的热量,并传递给蓄热材料,储存在蓄热系统7中。所述吸收式制冷系统5中的热源在所述供热供暖系统中的换热站46或吸热收换热机组47中吸热,温度升高后,被循环泵51送至所述吸收式制冷系统5的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回换热站46或吸热收换热机组47中吸热,不断循环。冷却水通过吸收器和冷凝器后温度升高,该冷却水可用来供应生活热水,或用于加热一次网回水或二次网回水。该系统可获取更高温度,适用于对温度有更高要求的情况。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统的三种技术方案,而非对其限制。本部分采用具体实施例对本发明的思想及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想,在不脱离本发明思想的情况下,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

Claims (10)

1.新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于,包括:外保温系统、透光系统、种植和养殖部分,集能系统(包括集热系统、光伏发电系统)、蓄能系统(包括蓄热系统、蓄电系统)、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、二氧化碳浓度控制系统、增氧系统、水处理系统、灌溉施肥控制系统等)等。
2.根据权利要求1所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于:所述外保温系统,包括:柔性保温材料(1)、朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)、朝北固定保温墙(11);
柔性保温材料(1)覆盖透光系统(2)外表面,在日出时或日出后卷起,在日落时或日落前放下,当温室内部温度超出植物生长需要时,柔性保温材料(1)保持卷起状态;
在有太阳光照射时,所述柔性保温材料(1)卷起,朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)分别旋转到一定角度后固定,旋转的角度依据所在地的纬度、季节而定,或安装太阳光追踪装置,旋转的角度随太阳高度角、太阳方位角而变化;所述朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)内表面可选择铺设反光器;可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合;在环境温度较低时的夜晚、雨雪冰雹天气时,所述柔性保温材料(1)、朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)均闭合,与朝北固定保温墙(11)形成封闭的外保温系统;在冬季可以再设置一层柔性保温材料,以减少系统冬季散热量;
在朝北墙上面,可以设置可旋转反光器,进一步提高进入透光系统的太阳辐射能。
3.根据权利要求1所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于:所述透光系统(2)包括上表面和侧面,上表面倾斜或水平放置,上表面倾斜的角度根据所在地区的纬度而确定;透光系统侧面可以竖直放置,也可以倾斜放置,倾斜的角度根据所在地纬度和季节而定;
透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度,以减小太阳入射角,进一步提高透光率。
4.根据权利要求1所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于:所述种植养殖部分包括养殖池(8)、藤本植物(81)、农作物(83)、通风系统、二氧化碳浓度控制系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、灌溉施肥控制系统等;
在温室内部进行单层种植或养殖,即在地表种植蔬菜、水果、花卉、药材、苗木等或者进行动物养殖,有效利用温室适宜的光照和温湿度条件;
在温室内部分两层进行种植养殖,第一层在地表种植蔬菜、水果、花卉、药材、苗木等,或在第一层的养殖池(8)进行养殖,第二层在温室中搭建藤架,种植藤本类农作物(81),充分利用温室空间,提高土地产出率;
在温室内部分多层进行种植养殖,进一步有效利用温室空间,同时可以促进种植、养殖之间物质与养份的交换、互补,实现绿色、生态、循环种植养殖,大幅提高土地产出率,实现农业用地集约节约高效利用;
所述通风系统利用透光系统侧面和上表面部分表面的开合,形成自然对流通道,或设置通风机,通过强制对流进行通风。二氧化碳浓度控制系统由二氧化碳浓度探测器,二氧化碳气瓶,二氧化碳流动管道等组成,形成适宜农作物生长的二氧化碳浓度条件。一般情况下,温室温度偏高时利用自然或强制通风进行降温,温室温度偏低时采用蓄热系统蓄积的热量进行增温;如果出现极端高温天气,在通风失效时,可以通过喷淋水或雾化水或其他空调系统,对温室进行降温,以防止温室出现温度过高的情况;温室内的湿度,根据植物生长的需要,通过降温或喷淋水等方式提高温室中空气的湿度,也可以通过通风、干燥剂、除湿机、空调系统等方式降低温室中空气的湿度。增氧系统主要是对养殖的物种特别是水产养殖进行增氧,防止养殖的物种出现缺氧的情况。水处理系统主要是用于水产养殖的培养液进行处理,以满足养殖的物种对水环境的要求。集水装置主要是收集温室内空气中的水蒸气遇到冷表面形成的水珠,收集后的水分可用于农作物灌溉。补光系统主要是夜晚或自然光照条件不足时,利用灯光产生农作物生长所需的光照条件,以提高植物特别是农作物的产量。灌溉施肥控制系统主要是通过灌溉系统对植物进行施肥,水肥同时供应,发挥水肥的协同效益,有利于根系对营养成分的吸收,减少肥料消耗,改善土壤的环境状况。
5.根据权利要求1所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于:所述集能系统包括集热管(31)、聚光器(33)、集热器(34)、太阳能光伏电池板(35)、管道、泵、阀门、线路等;
所述集热管(31)安装在透光系统(2)上表面,或将集热管(31)安装在支撑结构和透光系统(2)之间,集热管(31)东西方向或南北方向放置,通过循环工质将集热管(31)聚集的热量储存在蓄热系统(7)中;
安装太阳跟踪装置,集热管(31)的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化;同时,在没有光照时,相邻两组集热单元可以两两耦合,形成密闭保温型集热系统;
在透光系统(2)上表面安装聚光器(33),或者聚光器(33)与透光系统(2)上表面一体化设计安装,或将聚光器(33)安装在透光系统(2)内部,聚光器(33)东西方向或南北方向放置,同时可选择安装太阳跟踪装置,以获取更高温度,通过循环工质将集热器(34)聚集的热量储存在蓄热系统(7)中;
透光系统(2)上表面部分区域安装太阳能光伏电池板,产生电力向系统供电,多余部分可以存储在蓄电系统中或上网。
6.根据权利要求1所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于:所述蓄能系统包括蓄热系统(7)和蓄电系统,蓄热系统(7)采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体,岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设;蓄热系统(7)可以放置在农作物生长区域或透光系统地表下面,也可以置于非农作物生长区域;蓄电系统将太阳能光伏电池发出的多余电量存储起来,蓄电系统可根据太阳能光伏电池发电量多少和用电情况来设置。
7.根据权利要求1、5和6所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于,所述供热供暖系统包括:换热器(4),泵(41),泵(42),泵(43),用热需求端(44),采暖需求端(45),换热站(46),吸收式换热器(47),补燃机组或热泵机组(48)、阀门;
所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后,温度升高,换热器(4)高温水在泵的带动下,向用热需求端(44)或供暖需求端(45)放热后,温度降低,返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中,再次吸热,形成循环;
所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后,温度升高,换热器(4)高温水出口与泵(41)相连,所述高温水进入吸收式换热机组(47),温度下降后,返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中,再次吸热,不断循环;从用热需求端(44)或供暖需求端(45)出来的低温水在吸收式换热机组(47)中吸热后,温度升高,在泵(42)或泵(43)的带动下,向用热需求端(44)或供暖需求端(45)放热后,再进入吸收式换热机组(47)中吸热,不断循环;
所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后,温度升高,换热器(4)高温水出口与泵(41)相连,所述高温水进入补燃机组(热泵机组)(48),温度下降后,返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中,再次吸热,不断循环;从用热需求端(44)或供暖需求端(45)出来的低温水在补燃机组或热泵机组(48)中吸热后,温度升高,在泵(42)或泵(43)的带动下,向用热需求端(44)或供暖需求端(45)放热后,再进入补燃机组或热泵机组(48)中吸热,不断循环。
8.根据权利要求1、5、6和7所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于,所述制冷系统包括:吸收式制冷机组(5)、泵(51)、冷却水热交换器(52)、阀门;
所述吸收式制冷系统中的热源在蓄热系统(7)中吸热,温度升高后,被循环泵(5)提送至所述吸收式制冷机组(5)的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回蓄热系统(7)中吸热,不断循环;冷却水通过吸收器和冷凝器后温度升高,该冷却水可用来供应生活热水;冷水在所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,形成循环;
通过所述吸收式制冷机组(5)吸收器和冷凝器的冷却水,温度升高后,与从所述供热供暖系统的换热站(46)或吸收式换热机组(47)出来的循环液体,进行热交换,冷却水温度下降后,再返回所述吸收式制冷机组(5)中的吸收器和冷凝器中吸热,不断循环;循环液体吸收冷却水的热量后,回到蓄热系统(7)中继续吸热,温度进一步升高后,再向供热需求端供热;冷水在所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,形成循环;
所述吸收式制冷机组(5)中的热源在所述供热供暖系统中的换热站(46)或吸热收换热机组(47)中吸热,温度升高后,被循环泵(51)提送至所述吸收式制冷机组(5)的发生器,将热量传递给发生器中的高温浓溶液后温度下降,返回换热站(46)或吸热收换热机组(47)中吸热,不断循环;冷却水通过吸收器和冷凝器后温度升高,该冷却水可用来供应生活热水,或用于加热一次管网回水或二次管网回水;冷水在所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,温度下降,输送至建筑物空调系统或用冷工艺,吸收热量后温度升高,再返回所述吸收式制冷机组(5)的蒸发器中放热,形成循环。
9.根据权利要求1、5、6、7和8所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于,所述发电系统包括:螺杆膨胀机(6)、蒸发器(61)、冷凝器(62)、发电机(63)、泵、阀门;
所述发电系统的热源在蓄热系统(7)中吸热,温度升高后,被循环泵送至所述发电系统的蒸发器(61),将热量传递给蒸发器(61)中的循环工质后温度下降,返回蓄热系统(7)中吸热,不断循环;循环工质温度压力升高后进入螺杆膨胀机(6)中做功,螺杆膨胀机(6)带动发电机(63)转动产生电力,循环工质做完功后温度压力下降,在冷凝器(62)中被冷却水冷凝,然后被循环泵提送至蒸发器(61)中吸热,不断循环;
所述发电系统中的冷却水在冷凝器(62)吸收热量后,温度升高,与从所述供热供暖系统的换热站(46)或吸收式换热机组(47)出来的循环液体,进行热交换,冷却水温度下降后,再返回所述发电系统中的冷凝器(62)中吸热,不断循环;循环液体吸收冷却水的热量后,回到蓄热系统(7)中继续吸热,温度进一步升高后,再向供热需求端供热。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8和9所述的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统,其特征在于,其包括的外保温系统、透光系统、种植和养殖部分,集能系统(包括集热系统、光伏发电系统)、蓄能系统(包括蓄热系统、蓄电系统)、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、二氧化碳浓度控制系统、增氧系统、水处理系统、灌溉施肥控制系统等)等各个部分可以根据上述的技术方案进行自由组合,形成多个可选的跨季节温室系统与太阳能蓄热供热系统、供暖系统、制冷系统、发电系统、供热供暖系统、供热制冷系统、供热发电系统、制冷供暖系统、发电供暖系统、制冷发电系统、供热供暖制冷系统、供热供暖发电系统、供热制冷发电系统、供暖制冷发电系统或供热供暖制冷发电系统的组合系统;本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统可以南北方向放置,也可以南偏东或南偏西方向放置,还可以东西方向放置;本发明的新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统可以采用单个系统,也可以采用模块化设计,建成规模化现代农业生产基地,实现种植养殖高产、优质、高效、生态、环保,促进农民增收致富,调整和优化农业结构,走出一条新型农业绿色发展之路,同时实现大规模跨区域供热供暖制冷发电。
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