CN112868436A - 一种多功能太阳能集散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能太阳能集散热系统。该系统主要由非承压式太阳能集散热水袋、埋于北侧墙体地下的保温储热水槽、循环用潜水泵、消防用高压潜水泵、自动温差控制仪及温度时间控制仪等部分组成，在日光温室内北墙上固定悬挂太阳能集散热水袋，在温室北墙桁架地下基础沟槽内埋设复合橡塑保温储热水槽。本发明具有建造成本低、补温效果好、运行稳定成本低，不占用棚内耕作土地的优点，解决了我国北方地区组装式日光温室由于无集热补温措施，只适用于种植叶菜、草莓等低温作物，无法越冬种植茄果类喜温性作物的问题，同时消除了温室材料易燃的消防隐患。

Description

一种多功能太阳能集散热系统

技术领域

本发明属于农业温室设施技术领域，具体涉及一种多功能太阳能集散热系统，其非常适合作为组装式日光温室的配套设施，同时也可用做于砖混墙及土夯墙等传统日光温室的配套设施。

背景技术

在我国北方地区冬季，日光温室是蔬果作物反季节越冬种植生产的最主要设施。日光温室的保温及补热性能，是冬季作物能否越冬种植生产的决定性因素。

目前，我国的日光温室建造类型，主要包括：夯土墙日光温室、粘土砖墙日光温室、骨架组装式日光温室三种类型。其中骨架组装式日光温室，由于其墙体占地小、土地利用率低、建造速度快、建造成本低、跨度大、适宜机械化作业等优点，备受农业科技界及广大种植户的推崇，成为我国目前日光温室建设领域的发展趋势。

骨架组装式日光温室多使用黑心棉、蓬松棉、复合橡塑、聚苯彩钢板等作为墙体保温材料，这些材料的物理共性是有较好的保温性能，但均不具备储热性能。比较而言，夯土墙日光温室、粘土砖墙日光温室虽然保温性能一般，但其白天日晒储热、夜晚墙体散热补温的性能优势明显。日光温室好不好用，关键在于夜晚温室内温度的高低。骨架组装式日光温室如何也实现白天日晒储热、夜晚散热补温的功能，成为了其推广应用、发展的技术瓶颈。近年来，一些业界人士也研究推出了一些骨架组装式日光温室的集热、补温设施，较为典型的是在北墙内侧骨架上设置支撑钢架，并在钢架及地面上各放置一层由聚乙烯材料吹塑成型的黑色蓄热水箱，白天日照储热，夜晚自然放热，给温室补温。该装置虽然具备一定的集热、补温效果，但其储热水箱无保温层，属于自然放热式，往往棚被落下后的几个小时内，在温室尚不需要补温的时段即散失掉绝大部分热量，而在需要补温的后半夜又补温不足，并且其造价高，对北墙骨架的承重要求高，不用季节无法收纳保存影响使用寿命，这些缺点也成为其推广使用的障碍。

另外，夯土墙、粘土砖墙日光温室，其墙体材料均具有不燃的先天优势，而骨架组装式日光温室所使用的黑心棉、蓬松棉、复合橡塑、聚苯彩钢板等作为墙体保温材料必须落地安装，其易燃或不阻燃特性，成为组装式温室的致命隐患。火灾隐患，也成为用户选择应用骨架组装式日光温室的顾虑所在。

发明内容

鉴于此，为解决现有骨架组装式日光温室存在的问题，本发明旨在提供一种白天日晒换热、保温存储，夜晚可自控散热补温，并集主动蓄放热与消防功能于一体的多功能太阳能集散热系统。同时该系统具有造价低、集散热高效、自动化程度高、运行能耗低、安装简便、便于收纳、寿命长的特点。

本发明多功能太阳能集散热系统主要由非承压式太阳能集散热水袋1、埋于北侧墙体地下的保温储热水槽5、循环用潜水泵9、消防用高压潜水泵11、自动温差控制仪及温度时间控制仪20等部分组成。在组装式日光温室内北墙上固定悬挂太阳能集散热水袋1，在温室北墙桁架地下基础沟槽内埋设保温储热水槽5。

进一步地，本发明多功能太阳能集散热系统非承压式太阳能集散热水袋1，水袋高度与日光温室北墙高度基本相同，略小于北墙高度10cm-20cm，略小于北墙东西向两个桁架间距宽度2cm-5cm，悬挂满整个日光温室北墙，以实现最大面积的集散热功能。

所述非承压式太阳能集散热水袋1为三层结构，内外两层为聚乙烯薄膜2，中间层为吸水性、散水性优异的抗菌吸水无纺布3。由于水在聚乙烯薄膜袋内缓慢流淌时会自然汇聚成多道的绺状水流，绺状水流与聚乙烯膜的接触面很小，会严重降低整体换热效果，而夹在两层聚乙烯膜中间的抗菌吸水无纺布3则是极易吸水、疏水的亲水材料，其满铺在聚乙烯薄膜袋内，会迅速吸收水流并疏导扩散，进而实现了太阳能集散热水袋1整体面积的换热，大幅度提高换热效率。

所述非承压式太阳能集散热水袋1聚乙烯薄膜为黑色或亚光黑色，优选亚光黑色，聚乙烯薄膜厚度为0.2mm-0.3mm。

所述非承压式太阳能集散热水袋1通常为四边形，左、右及底部三边为密封口，顶边为敞口。

所述非承压式太阳能集散热水袋1其敞口边环绕包裹在桁架顶部的进水管4上，并以塑料管卡卡固在进水管4上。左右两侧的封口边设有扣眼，用以拴接固定在两侧的桁架立柱上，保证太阳能集散热水袋1的平整并贴敷在北墙保温墙体上。

所述进水管4为镀锌铁管或PPR管，管径为25mm—32mm，管上打有较密集进水管喷水小孔8，水经小孔8流入水袋1内。

所述底边的封口边中部装有PVC排水接头14，排水接头14上装有可插拔排水管15，排水管直接插入在组装式日光温室北墙基础沟槽内埋设的保温储热水槽5内。

进一步地，本发明多功能太阳能集散热系统，在北墙基础沟槽内整体铺设柔性橡塑或柔性再生橡塑保温层6，厚度为6cm—8cm。

所述再生橡塑保温层6通常为新橡塑生产中裁切下来的大量边角废料或暖通管道上用旧后淘汰下来的橡塑经切块、大颗粒状粉碎后喷入无溶剂型热熔压敏胶，在模具中压制成型制成。再生橡塑保温材料的保温性能与普通新橡塑保温材料基本相同，具有优异的保温性能，但其密度大，承压性能要远远高于普通橡塑保温材料，而且价格便宜，成本低廉，废旧材料的再生利用更利于环保。

所述柔性橡塑或柔性再生橡塑保温层6内整体铺设聚乙烯薄膜7，形成保温储热水槽5，其长度基本与温室北墙长度等同。该保温储热水槽5储水量大且不占用温室内耕地及空间，具有极佳的保温性能。

所述保温储热水槽5的长度基本于日光温室北墙长度相同。保温储热水槽5内放置有循环用潜水泵9。

所述循环用潜水泵9通过输水管10与水袋进水管4连接。

所述潜水泵9功率根据水槽5的容积不同选择250W-750W。

进一步地，本发明多功能太阳能集散热系统使用自动温差控制仪及温度时间控制仪20进行循环用潜水泵9的启停控制，也可以手动控制，用以实现白天自动集热储热，夜晚自动散热补温。冬季白天，阳光照射在太阳能集散热水袋1上，水袋迅速吸热升温，当其表面温度与保温储热水槽5内的水温达到自动温差控制仪所设定的温差上限值时，循环用潜水泵9启动，将保温储热水槽5内的水泵入输水管10，并由进水管4上分布的小孔8流入集散热水袋1内，水在集散热水袋1内分散流经的过程被水袋进行光热交换，再自然流回保温储热水槽5内，循环往复，实现白天集热储热，当太阳能集散热水袋1表面温度与保温储热水槽5内的水温温差达到设定的温差下限值时，潜水泵9停止。夜晚在设定的时间内，当温室内温度达到温度时间控制仪所设定的温度下限值时，潜水泵9再次启动，将保温储热水槽5内的温水送入集散热水袋1内，通过集散热水袋1表面对温室进行散热补温，经补温后温室内温度达到设定温度上限值时潜水泵9停止。并且保温储热水槽5内的余温热水，还可用于棚内作物的浇灌，避免了冬季由于井水或自来水温度过低导致的棚内作物病虫害的发生。

所述太阳能集散热水袋1表面温度与保温储热水槽5内水温温差设定温差上限值通常为5℃—10℃之间，优选10℃。

所述太阳能集散热水袋1表面温度与保温储热水槽5内水温温差设定温差下限值通常为1℃—3℃，优选2℃。

所述设定夜晚温室温度下限值根据种植作物不同进行设定，如草莓下限值宜为3℃；番茄下限值宜为15℃。

所述设定夜晚温室温度上限值依据所设定的下限值进行设定，比下限值高2℃为宜。

进一步地，本发明多功能太阳能集散热系统的保温储热水槽5内还放置有消防用高压潜水泵11，消防高压潜水泵11功率通常为2.2KW、扬程75m。消防用高压潜水泵11通过消防供水管12连接至温室外东西向中间部位，其在温室外的出口端装有自救式消防卷盘软管快插接口13，用以快速接驳消防卷盘软管及水枪头。该消防设施，同时用于温室棚膜外表面的冲刷清洗，提高棚膜的透光率，更利于棚温的升高及棚内作物的光合作用。

本发明多功能太阳能集散热系统的进水管4的长度与温室北墙的整体长度基本相同，所述集散热水袋1亦悬挂满整个温室北墙，以实现最大面积的集散热效果。温室内通常长的进水管4在东西向等长的中间部位断开，以快接三通16将等长的东西向进水管4与潜水泵输水管10连接，快接三通16可以方便二者的快速插拔。

所述进水管4上固定有正反缠绕的尼龙拉绳，尼龙拉绳正反向缠绕在进水管4上的长度约为8m。在快接三通16处断开输水管10与进水管4的连接后，正向拽动尼龙拉绳，进水管4正向悬转，带动抱卡在其上的太阳能集散热水袋1卷绕在进水管4上，实现了春夏秋不使用时段内太阳能集散热水袋1的卷曲收纳、存放，避免了阳光照射集散热水袋1表面吸热后增高温室内温度，并有利于延长集散热水袋1的使用寿命。冬季时反向拽动拉绳，集散热水袋1放下展开，多功能太阳能集散热系统投入使用运行。

所述潜水泵输水管10上装有输水管三通17，输水管三通17的两个出水口处装有截止阀，一个截止阀为集散热水袋供水管阀门18，另一个截止阀是温室浇灌水管阀门19。冬季温室内浇灌时，可关闭集散热水袋供水阀门18，开启温室浇灌水管阀门19，之后手动启动循环用潜水泵9，实现温水浇地。

本发明太阳能集散热水袋1在春夏秋不用的三季，可卷绕在顶部的进水管4上存放，冬季再卷放下来使用，不仅作为水循环太阳能集散热使用，同时由于其极佳的表面吸热性，还可在温室保温被卷起、阳光射入后迅速提升室温，显著增加冬季温室内的高温时长，促进植物生长。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明太阳能集散热系统采用非承压式太阳能集散热水袋1，相比现有技术的承压式集散热设备，非承压式太阳能集散热水袋1造价远低于承压式集散热设备；非承压式太阳能集散热水袋1液体流动式热交换原理使其换热效率更高，可达约70％；安装更为简便，其春夏秋三季可卷曲存放的性能使其使用寿命更长，可达15年以上。

2、再生橡塑保温层6保温性能好，承压性能高，成本低廉，利于环保。

3、采用消防用高压潜水泵11消除现有温室一旦着火迅速蔓延扩散的火灾隐患。消防用高压潜水泵11兼作为棚膜冲刷使用，大幅度的方便了棚膜的清洗，显著提高了棚膜的透光率，利于作物生长。

本发明组装式日光温室保温储热式太阳能集散热系统具有建造成本低、补温效果好、运行稳定成本低，不占用棚内耕作土地的优点，解决了我国北方地区组装式日光温室墙体材料为黑心棉、橡塑或聚苯彩钢板等保温材料，只有保温功能而无储热功能的性能缺陷，使原先只适用于种植叶菜、草莓等低温作物，无法越冬种植茄果类喜温性作物的组装式温室，升级为满足适宜种植喜温作物的温室，极大的提升了组装式日光温室的功能及区域适用性。

附图说明

图1为本发明太阳能集散热系统侧视图。

图2为本发明太阳能集散热系统主视图。

图3为本发明太阳能集散热水袋结构图。

图4为本发明太阳能集散热系统保温储热水槽及潜水泵供水管路图。

图中，1-太阳能集散热水袋；2-聚乙烯薄膜；3-无纺布；4-进水管；5-保温储热水槽；6-再生橡塑保温层；7-水槽内聚乙烯膜；8-进水管喷水小孔；9-循环用潜水泵；10-水泵输水管；11-消防用高压潜水泵；12-消防供水管；13-快插接口；14-排水接头；15-可插拔排水管；16-快接三通；17-输水管三通；18-集散热水袋供水管阀门；19-温室浇灌水管阀门；20-自动温差控制仪及温度时间控制仪。

其中，图1为摘要附图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

实施例1

采用本发明在北京大兴区新建的组装式日光温室内，安装了本发明多功能太阳能集散热系统，并对系统进行了运行对比测试记录。该温室长80m，南北跨度9m，基础保温储热水槽储水量为18m³。2021年1月6日上午8:00至1月7日上午7:30，在该系统不投入运行的情况下，保温储热水槽内水温为14.5℃，温室内最低温度3.13℃，温室外最低温度-23.96℃，温室内外最大温差为27.09℃。2021年1月7日上午8:00,多功能太阳能集散热系统投入运行，至当日16:00棚被放下时，保温储热水槽5内水温为35.6℃，至次日7:30，温室内最低气温为15.7℃，温室外气温为-19.27℃，温室内外最大温差为34.97℃，经夜晚对温室散热补温后保温储热水槽内水温为19.3℃。

上述对比测试的同时，对系统运行数据进行了测量记录。2021年1月7日上午8:00,棚被卷起，多功能太阳能集散热系统送电运行，自动温差控制仪设定的温差上限值为10℃。至上午9:03，保温水槽5内水温为14.5℃，太阳能集散热水袋1表面温升至24.5℃，二者温差达到上限值10℃，自动温差控制仪自动启动循环用潜水泵9运行，水槽内14.5℃的水经泵送入集散热水袋1内，自排水接头14处排出时水温被加热至16.8℃，潜水泵9运行至上午12:20左右，进出水温差始终在2.3℃—3℃之间，水槽内水温已升至26.7℃。循环用潜水泵9运行至下午15:36左右，进出水温差降至1.9℃，温差达到设定下限值2℃，自动温差控制仪自动停止潜水泵9运行，至16:00棚被放下时，温室内温度为24.9℃，保温储热水槽5内水温为35.6℃。至当日夜晚23:24，温室内温度降至15.8℃，达到温室设定下限温度16℃，温度时间控制仪再次自动启动潜水泵9运行，至1月8日上午7:30，到达温度时间控制仪所设定的停止时间，潜水泵9停止运行，此时经一夜散热补温后保温储热水槽5内水温降至19.3℃，温室内最低气温为15.7℃，温室外气温为-19.27℃，温室内外最大温差为34.97℃。2021年1月8日上午9:23，保温储热水槽5内水温与太阳能集散热水袋1温差再次达到10℃，潜水泵9启动运行，至当日15:34分水泵停止运行时，保温储热水槽5内水温已达43.7℃，为测试保温储热水槽5的保温性能，当即切断潜水泵9电源，使潜水泵9夜晚无法运行，至1月9日上午8:00，保温储热水槽5内水温为41.9℃，一夜仅降低1.8℃，测试表明保温储热水槽5的保温性能优异。1月10日晴天、日照正常，上午8:00切断潜水泵9电源，测量太阳能集散热水袋1的表面吸热温升性能，上午9:00，太阳能集散热水袋1表面温度达到28.4℃，9:30达到43.7℃，11:30达到68.7℃，至下午13:30达到当日最高温度85.6℃，再至下午16:00棚被放下时太阳能集散热水袋1表面温度降至37.9℃，测试表明太阳能集散热水袋1的表面吸热温升性能优异，远高于普通墙体的吸热温升效果。

对比例1

在实施例1所述地区，以粘土砖建造的墙体厚度达0.83m的砖混日光温室，温室长79m,南北跨8.1m。2021年1月7日上午7:30，温室内气温为1.04℃，棚内外最大温差为25℃。次日上午7:30，温室内气温为2.26℃，棚内外最大温差为21.53℃。该棚只用于种植叶菜类低温作物。

以上对比表明，本发明多功能太阳能集散热系统对组装式日光温室的白天集热保温、夜晚散热补温效果明显，显著提高了组装式日光温室的温度性能及适用性，也使加装了该系统的组装式日光温室的整体性能显著优于传统砖混墙体日光温室。

Claims (10)

1.一种多功能太阳能集散热系统，由非承压式太阳能集散热水袋(1)、保温储热水槽(5)、循环用潜水泵(9)、消防用高压潜水泵(11)、自动温差控制仪及温度时间控制仪(20)组成，在日光温室内北墙上固定悬挂太阳能集散热水袋(1)，在温室北墙桁架地下基础沟槽内埋设保温储热水槽(5)。

2.根据权利要求1所述多功能太阳能集散热系统，其特征在于，非承压式太阳能集散热水袋(1)为三层结构，内外两层为聚乙烯薄膜(2)，中间层为抗菌吸水无纺布(3)。

3.根据权利要求1或2所述多功能太阳能集散热系统，其特征在于，非承压式太阳能集散热水袋(1)顶部敞口边环绕包裹在桁架顶部的进水管(4)上，进水管(4)上打有进水管喷水小孔(8)，水经进水管喷水小孔(8)流入非承压式太阳能集散热水袋(1)内。

4.根据权利要求1-3所述任意一种多功能太阳能集散热系统，其特征在于，在北墙基础沟槽内整体铺设再生橡塑保温层(6)。

5.根据权利要求4所述多功能太阳能集散热系统，其特征在于，再生橡塑保温层(6)内整体铺设聚乙烯薄膜(7)，形成保温储热水槽(5)。

6.根据权利要求1-5所述任意一种多功能太阳能集散热系统，其特征在于，使用自动温差控制仪及温度时间控制仪(20)进行循环用潜水泵(9)的启停控制，也可以手动控制，冬季白天，阳光照射在太阳能集散热水袋(1)上，水袋迅速吸热升温，当其表面温度与保温储热水槽(5)内的水温达到自动温差控制仪所设定的温差上限值时，循环用潜水泵(9)启动，将保温储热水槽(5)内的水泵入输水管(10)，并由进水管(4)上分布的进水管喷水小孔(8)流入太阳能集散热水袋(1)内，水在太阳能集散热水袋(1)内分散流经的过程被水袋进行光热交换，再自然流回保温储热水槽(5)内，循环往复，实现白天集热储热，当太阳能集散热水袋(1)表面温度与保温储热水槽(5)内的水温温差达到设定的温差下限值时，循环用潜水泵(9)停止，夜晚在设定的时间内，当温室内温度达温度时间控制仪所设定的温度下限值时，循环用潜水泵(9)再次启动，将保温储热水槽(5)内的温水送入太阳能集散热水袋(1)内，通过太阳能集散热水袋(1)表面对温室进行散热补温，经补温后温室内温度达到设定温度上限值时循环用潜水泵(9)停止。

7.根据权利要求6所述多功能太阳能集散热系统，其特征在于，太阳能集散热水袋(1)表面温度与保温储热水槽(5)内水温温差上限值为5℃—10℃，优选10℃。

8.根据权利要求6或7所述多功能太阳能集散热系统，其特征在于，太阳能集散热水袋(1)表面温度与保温储热水槽(5)内水温温差下限值为1℃—3℃，优选2℃。

9.根据权利要求6-8所述任意一种多功能太阳能集散热系统，其特征在于，设定夜晚温室温度上限值比下限值高2℃。

10.根据权利要求1-9所述任意一种多功能太阳能集散热系统，其特征在于，保温储热水槽(5)内放置有消防用高压潜水泵(11)。

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