CN115088520B - 水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚 - Google Patents

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Abstract

公开了一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，包括棚体，水合盐热化学吸附蓄热系统，太阳能发电系统，通风系统，喷灌系统，辅助照明系统。水合盐热化学吸附蓄热反应器设于棚体内并连接储/释热侧风机。通过太阳能集热器加热水合盐热化学吸附蓄热反应器发生脱附反应，将热能转化为化学能储存起来，同时储热侧风机吹出水合盐热化学吸附蓄热反应器中的水蒸气，为温室环境实现增湿。夜间当温度传感器和湿度传感器检测到棚体内温度与湿度不足时，太阳能发电系统供电且喷洒机喷洒，释热侧风机向水合盐热化学吸附蓄热反应器吹入经第一过滤器的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体实现供热。

Description

水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚
技术领域
本发明涉及温室大棚领域，特别是一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚。
背景技术
在大多数国家，农业温室部分占农业最终能源消耗总量的最大部分。我国北方地区冬季气温低、光照时长短、光强小，对于在寒冷的冬季，日光温室用来满足农作物的生长需要，保证喜温作物在温室内能够正常越冬。炉火加温、锅炉加温等传统加温方式不仅消耗大量化石燃料，还会造成环境污染。太阳能被认为是最有前途的可持续能源之一，在空间采暖的应用上，热化学吸附储热技术可以在晴天储存太阳热能，在阴天或夜间释放热能，为温室作物提供热量。水合盐热化学吸附储热材料，通过加热脱水将热能转化为化学能储存起来，并在需要用热的时候吸收水分放出热量，反应原理简单，没有复杂的产物，安全无污染，适用于中低温的生产生活环境，可以实现温室作物的连续生产，营造稳定的温室热环境。
目前已有的蓄热太阳能温室大棚多采用显热或相变储热。实用新型专利申请公布号为CN212813090U，名称为“温室大棚的储热增温装置”的专利，以蓄水池为蓄热部件采用显热储热的原理，实现温室大棚储热增温，由于水的储热密度较低，故所需要占用的体积较大。发明专利申请公布号为CN111567277A，名称为“一种相变蓄能温室”的专利，将封装后的相变蓄能材料作为吊顶，将温室分隔成上下两个腔室，下腔用于生产，上腔用于调控温度，有效实现大棚内温度调控，但吊顶形式的相变蓄热床的生产和放置一定程度上增加了温室大棚的建造成本。发明专利申请公布号为CN109457839A，名称为“一种相变日光温室大棚及其建造方法”的专利，采用相变蓄热墙体对温室内进行白间蓄热和夜间放热调控实现室内环境稳定，但相变蓄热墙体作为温室外墙的一部分，结构稳定性要求较高导致墙体制造成本较高，且在蓄热过程中由于与外环境直接接触，会造成热量流失。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，提供了一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，利用水合盐热化学吸附材料日间受热脱水，为作物提供水蒸气促进植物光合作用，夜间在风机的作用下吸收水蒸气实现放热，实现温室升温，水合盐热化学吸附储热材料具有储热密度大，热损失小，成本低，长储存期和放热温度适宜等优势，能满足建筑空间采暖需要且占用体积小。由于不存在相变过程，故对储热容器的要求较低，且可灵活移动，实现对太阳能的更好地利用，同时有效节能，为温室作物营造稳定的温室热环境。
水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚包括，
棚体，其提供封闭环境，所述棚体顶部内安装温度传感器和湿度传感器；
水合盐热化学吸附蓄热系统，其设于所述棚体内，其包括，
水合盐热化学吸附蓄热反应器；
第一过滤器，其设在所述水合盐热化学吸附蓄热反应器的入口处；
储热侧风机，其设在水合盐热化学吸附蓄热反应器的出口处且连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器；
释热侧风机，其设于所述第一过滤器远离所述水合盐热化学吸附蓄热反应器的一侧且连接所述第一过滤器；
喷灌系统，其包括，
水源，
管道，其连通所述水源；
喷洒机，其连通上所述管道且设于所述棚体内；
太阳能集热器，其设于所述棚体外，所述太阳能集热器连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器；
太阳能发电系统，其设于所述棚体外且连接所述温度传感器、湿度传感器、水合盐热化学吸附蓄热系统和喷灌系统，其包括，
太阳能电池组件，其朝向太阳以将太阳能转换为电能；
控制器，其连接且调控所述太阳能电池组件；
蓄电池，其连接所述太阳能电池组件；
当温度传感器和湿度传感器检测到棚体内温度与湿度不足时，太阳能发电系统供电以启动喷洒机喷洒，所述释热侧风机向水合盐热化学吸附蓄热反应器吹入经第一过滤器的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体实现供热。
根据权利要求1所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，水合盐热化学吸附蓄热反应器为开式反应器结构，内部填充水合盐热化学吸附蓄热材料及其二元混合物或多孔基质结合水合盐的复合材料，水合盐热化学吸附蓄热材料包括MgSO4·7H2O、MgCl2·6H2O、K2CO3·1.5H2O、SrCl2·6H2O或SrBr2·6H2O。多孔基质包括膨胀石墨、活性炭、硅胶、沸石或金属有机骨架。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚中，还包括安装于棚体内的通风系统，其包括，
进风口，
送风管道，其连接所述进风口；
风机，其连接所述送风管道；
排风口，其连接所述送风管道；
第二过滤器，其设于所述排风口和所述送风管道之间，所述风机电连接所述太阳能发电系统、所述温度传感器和湿度传感器。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚中，还包括连接所述太阳能发电系统的照明系统。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚中，所述照明系统包括LED灯。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚中，太阳能集热器连接水合盐热化学吸附蓄热反应器以将热能转化为化学能，启动储热侧风机吹出湿空气辅助喷灌系统为棚体内增湿。
有益效果
本发明通过太阳能集热器加热水合盐热化学吸附蓄热反应器发生脱附反应，将热能转化为化学能储存起来，同时储热侧风机吹出水合盐热化学吸附蓄热反应器中的水蒸气，为温室环境实现增湿。夜间当温度传感器和湿度传感器检测到棚体内温度与湿度不足时，太阳能发电系统供电且喷洒机喷洒，释热侧风机向水合盐热化学吸附蓄热反应器吹入经第一过滤器的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体实现供热。
具体的，本发明使用水合盐热化学储热材料，储热密度大，合理利用太阳能，有效实现可再生能源的高效利用；本发明的水合盐热化学吸附材料由于无污染，且不存在相变过程，故不需要耗费成本用于制造储存储热材料所用的容器；本发明采用开式系统实现热能的有效利用，水合盐热化学吸附材料脱水反应产物是水蒸气，直接排放至温室大棚中促进植物光合作用，夜间吸收植物呼吸作用产生的水蒸气实现放热，配合温室大棚滴灌系统和通风系统灵活调整室内湿度，当室内湿度不足时加湿器及时补充水分，为植物提供适宜的生存环境；利用水合盐热化学吸附材料能够改善温室大棚内地温度，保证作物更好的生长。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1为水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚平面示意图；
图2为水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚原理示意图；
图3为水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室储热模式下水合盐热化学吸附蓄热系统原理图；
图4为水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚释热模式下水合盐热化学吸附蓄热系统原理图；
图5为水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚储热模式下的系统控制图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图图1至图5更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
如图1至图5所示，水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚包括，
棚体1，其提供封闭环境，所述棚体1顶部内固定安装温度传感器7和湿度传感器8；
水合盐热化学吸附蓄热系统2，其设于所述棚体1内，其包括，
水合盐热化学吸附蓄热反应器9，
第一过滤器10，其设在所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9的入口处，
储热侧风机12，其设在水合盐热化学吸附蓄热反应器9的出口处且连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9，
释热侧风机11，其设于所述第一过滤器10远离所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9的一侧且连接所述第一过滤器10；
喷灌系统5，其包括，
水源22，
管道23，其连通所述水源22，
喷洒机24，其连通上所述管道23且设于所述棚体1内；
太阳能集热器13，其设于所述棚体1外，所述太阳能集热器13连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9；
太阳能发电系统3，其设于所述棚体1外且连接所述温度传感器7、湿度传感器8、水合盐热化学吸附蓄热系统2和喷灌系统5，其包括，
太阳能电池组件14，其朝向太阳以将太阳能转换为电能，
控制器15，其连接且调控所述太阳能电池组件14，
蓄电池16，其连接所述太阳能电池组件14；
当温度传感器7和湿度传感器8检测到棚体1内温度与湿度不足时，太阳能发电系统3供电以启动喷洒机24喷洒，所述释热侧风机11向水合盐热化学吸附蓄热反应器9吹入经第一过滤器10的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器9内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体1实现供热。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚的优选实施例中，水合盐热化学吸附蓄热反应器9为开式反应器结构，内部填充水合盐热化学吸附蓄热材料及其二元混合物或多孔基质结合水合盐的复合材料，水合盐热化学吸附蓄热材料包括MgSO4·7H2O、MgCl2·6H2O、K2CO3·1.5H2O、SrCl2·6H2O或SrBr2·6H2O，多孔基质包括膨胀石墨、活性炭、硅胶、沸石或金属有机骨架。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚的优选实施例中，还包括安装于棚体1内的通风系统4，其包括，
进风口17；
送风管道19，其连接所述进风口17；
风机20，其连接所述送风管道19；
排风口18，其连接所述送风管道19；
第二过滤器21，其设于所述排风口18和所述送风管道19之间，所述风机20电连接所述太阳能发电系统3、所述温度传感器7和湿度传感器8。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚的优选实施例中，还包括连接所述太阳能发电系统3的照明系统6。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚的优选实施例中，所述照明系统6包括LED灯。
所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚的优选实施例中，太阳能集热器13连接水合盐热化学吸附蓄热反应器9以将热能转化为化学能，启动储热侧风机12吹出湿空气辅助喷灌系统5为棚体1内增湿。
在一个实施例中，水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚包括棚体1、水合盐热化学吸附蓄热系统2、太阳能发电系统3、通风系统4、喷灌系统5以及辅助照明系统6。棚体1内顶部固定安装温度传感器7和湿度传感器8；水合盐热化学吸附蓄热系统2包括水合盐热化学吸附蓄热反应器9，入口安装第一过滤器10，过滤器10接释热侧风机11，水合盐热化学吸附蓄热反应器9出口接储热侧风机12，水合盐热化学吸附蓄热反应器9连接太阳能集热器13；所述太阳能发电系统3包括太阳能电池组件14、控制器15、蓄电池16，连接通风系统4、喷灌系统5和照明系统6；通风系统4安装于棚体1的上部，风口、排风口18、送风管道19、风机20、第二过滤器21；所述喷灌系统5包括水源22、管道23和喷洒机24，所述喷洒机24的一侧固定安装管道23，所述管道23的末端连接水源22。优选地：所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9为开式堆积床结构。优选地：所述水合盐热化学吸附蓄热反应器9内部可填充如MgSO4·7H2O，MgCl2·6H2O，K2CO3·1.5H2O，LiOH·H2O，SrCl2·6H2O，SrBr2·6H2O，及其二元混合物或为膨胀石墨，活性炭，硅胶，沸石，金属有机骨架等多孔介质结合水合盐的复合材料。所述太阳能集热器13为水合盐热化学吸附蓄热反应器9实现热能转化为化学能，同时启动储热侧风机12吹出湿空气辅助喷灌系统5为太阳能温室大棚实现增湿。所述风机20，喷洒机24，照明系统6与蓄电池16电路连接，当温度传感器7和湿度传感器8检测到太阳能温室大棚内温度与湿度不足时，控制喷灌系统5工作，所述喷灌系统5由太阳能发电系统3提供电力。同时，所述水合盐热化学吸附蓄热系统2工作，所述释热侧风机11向水合盐热化学吸附蓄热反应器9吹入经过滤器10太阳能温室大棚内的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器9内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体1实现供热。所述太阳能发电系统3利用太阳能电池组件14将太阳能直接转变为电能存储于蓄电池16中。所述通风系统4受温度传感器7和湿度传感器8联合控制，实现室内换气为作物提供光合/呼吸作用的原料。
在一个实施例中，水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚包括棚体1，水合盐热化学吸附蓄热系统2，太阳能发电系统3，通风系统4，喷灌系统5以及辅助照明系统6，棚体1上顶部安装温度传感器7和湿度传感器8。水合盐热化学吸附蓄热材料填充于水合盐热化学吸附蓄热反应器9中，由于水合盐热化学吸附蓄热材料反应产物无毒，对环境无污染，且水合盐热化学吸附蓄热材料反应过程中不存在相变等情况，不需要复杂的容器装载，采用开式反应器。水合盐热化学吸附蓄热反应器9中的水合盐热化学吸附蓄热材料稳定地在温室大棚内循环工作，提高了太阳能的利用率，附图3为本发明一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚储热模式下水合盐热化学吸附蓄热系统原理图，附图5为本发明一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚储热模式下的系统控制图。在白天阳光较好温度较高的时候，太阳能集热器13收集太阳能加热水合盐热化学吸附蓄热反应器9中的水合盐热化学吸附蓄热材料，转化成无水或低水合盐实现脱水过程，将热能转化为化学能存储起来。由于为开式系统，在储热侧风机12的辅助下，反应器中排出湿热蒸汽，可为温室大棚中的植物提供水蒸气作为植物光合作用的原料。通过温度传感器7和湿度传感器8实时监测温室大棚内的温度湿度情况，并控制通风系统4和喷灌系统5及时调整室内温度湿度。水合盐热化学吸附蓄热材料的脱水过程，在实现储热的同时，以喷灌系统5辅助调节室内湿度，很大程度上节省了喷灌系统5的能耗。附图4为本发明一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚释热模式下水合盐热化学吸附蓄热系统原理图。由于大棚内温度较低，启动释热侧风机11将大棚内湿空气经过过滤器10吹入水合盐热化学吸附蓄热反应器9中与水合盐热化学吸附蓄热材料发生反应进行释热，出口温度根据装盐容量满足太阳能温室大棚夜间供暖温度，在温度传感器7和湿度传感器8的监测下，控制温室喷灌系统5及时补充温室大棚内的水分，实现温室大棚增温。水合盐热化学吸附蓄热反应器9内部填充可MgSO4·7H2O，MgCl2·6H2O，K2CO3·1.5H2O，LiOH·H2O，SrCl2·6H2O，SrBr2·6H2O，及其二元混合物或为膨胀石墨，活性炭，硅胶，沸石，金属有机骨架等多孔介质结合水合盐的复合材料。MgSO4·7H2O的充热温度为200℃，放热温度为35℃，储热密度为1.8-2.2GJ/m3；MgCl2·6H2O的充热温度为130℃，放热温度为30℃，储热密度为1.93-2.66GJ/m3；K2CO3·1.5H2O的充热温度为120℃，放热温度为50℃，储热密度为1.3GJ/m3；SrBr2·6H2O的充热温度为80℃，放热温度为35℃，储热密度为2.02GJ/m3；SrCl2·6H2O的充热温度为140℃，放热温度为35℃，储热密度为2.4GJ/m3；通风系统借助换气稀释或通风排除等手段，控制空气污染物的传播与危害，实现室内外空气环境质量保障的一种建筑环境控制技术，为植物光合/呼吸作用补充反应原料。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (5)

1.一种水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，其特征在于：其包括，
棚体，其提供封闭环境，所述棚体顶部内安装温度传感器和湿度传感器；
水合盐热化学吸附蓄热系统，其设于所述棚体内，其包括，
水合盐热化学吸附蓄热反应器；
第一过滤器，其设在所述水合盐热化学吸附蓄热反应器的入口处；
储热侧风机，其设在水合盐热化学吸附蓄热反应器的出口处且连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器；
释热侧风机，其设于所述第一过滤器远离所述水合盐热化学吸附蓄热反应器的一侧且连接所述第一过滤器；
喷灌系统，其包括，
水源，
管道，其连通所述水源；
喷洒机，其连通上所述管道且设于所述棚体内；
太阳能集热器，其设于所述棚体外，所述太阳能集热器连接所述水合盐热化学吸附蓄热反应器；
太阳能发电系统，其设于所述棚体外且连接所述温度传感器、湿度传感器、水合盐热化学吸附蓄热系统和喷灌系统，其包括，
太阳能电池组件，其朝向太阳以将太阳能转换为电能；
控制器，其连接且调控所述太阳能电池组件；
蓄电池，其连接所述太阳能电池组件；
当温度传感器和湿度传感器检测到棚体内温度与湿度不足时，太阳能发电系统供电以启动喷洒机喷洒，所述释热侧风机向水合盐热化学吸附蓄热反应器吹入经第一过滤器的湿空气，水合盐热化学吸附蓄热反应器内的水合盐吸水释热，将热空气送入棚体实现供热，还包括安装于棚体内的通风系统，其包括，
进风口；
送风管道，其连接所述进风口；
风机，其连接所述送风管道；
排风口，其连接所述送风管道；
第二过滤器，其设于所述排风口和所述送风管道之间，所述风机电连接所述太阳能发电系统、所述温度传感器和湿度传感器，所述通风系统受温度传感器和湿度传感器联合控制，实现室内换气为作物提供光合/呼吸作用的原料，所述水合盐热化学吸附蓄热反应器为开式堆积床结构，内部填充水合盐热化学吸附蓄热材料及其二元混合物或多孔基质结合水合盐的复合材料，多孔基质包括膨胀石墨、活性炭、硅胶、沸石或金属有机骨架。
2.根据权利要求1所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，其特征在于：水合盐热化学吸附蓄热反应器为开式反应器结构，水合盐热化学吸附蓄热材料包括MgSO4·7H2O、MgCl2·6H2O、K2CO3·1.5H2O、SrCl2·6H2O或SrBr2·6H2O。
3.根据权利要求1所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，其特征在于：还包括连接所述太阳能发电系统的照明系统。
4.根据权利要求3所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，其特征在于：所述照明系统包括LED灯。
5.根据权利要求1所述的水合盐热化学吸附蓄热的太阳能温室大棚，其特征在于：太阳能集热器连接水合盐热化学吸附蓄热反应器以将热能转化为化学能，启动储热侧风机吹出湿空气辅助喷灌系统为棚体内增湿。
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