CN116114511A - 一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法，本发明包括双层膜温室外通风口、顶部内通风口、底部内通风口、分流杆和二氧化碳发生器，双层膜温室外通风口位于温室外层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室外层拱架的顶部，顶部内通风口位于温室内层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室内拱架的顶部，底部内通风口位于温室内层拱架上，安装在温室内层拱架的底部，双层膜温室外通风口与顶部内通风口之间设置有分流杆，分流杆一端和顶部内通风口右侧的温室内层拱架连接，另一端伸于双层膜温室外通风口之间，底部内通风口外侧设置有二氧化碳发生器，分流杆上覆盖有内层薄膜，将双层膜温室外通风口分为进气通道和出气通道。本发明具有成本低、对二氧化碳的利用充分、增强温室保温性能、底部通风的形式改善温室通风状况、温室智能化管理等优点。

Description

一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法

技术领域

本发明涉及温室保温性能、温室结构、温室智能调控技术领域，具体为一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法。

技术背景

温室，又称暖房，是人为创造的适宜作物生长发育的设施。包括玻璃温室、连栋温室、塑料大棚、塑料中、小拱棚等类型。在生产中为增强保温效果，常采用双层膜覆盖的形式，双层膜温室增强了保温效果，但有的双层膜温室结构也面临通风困难等问题。

二氧化碳是对“温室效应”影响最大的气体。“温室效应”是由于大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体能够透过太阳以短波辐射发出的能量，而吸收了地表以长波辐射的形式发出的能量，这就使得地表及低层的温度升高。二氧化碳在12～30℃条件下的热导率为0.10048～83.74×10^-7W/(m·K)，而在常温常压下空气的导热系数约为0.026W/(m·K)；在0℃时，二氧化碳和空气的导热系数分别为0.015W/(m·K)和0.024W/(m·K)。因此与空气相比，二氧化碳热导率更低，保温性能更好。

二氧化碳是作物生长发育的必须原料。大气CO₂浓度升高对植物的生长具有促进作用。可以缓解氮胁迫、磷胁迫对植物生长的影响，减轻臭氧对植物的伤害。大气中二氧化碳浓度非常低约占0.04％，即400ppm，但目前生产应用的大棚或温室中普遍存在CO₂不足的问题，因此对二氧化碳的补充具有重要意义。

目前常见的二氧化碳产生方式有用干冰(固体二氧化碳)升华的方法产生，用高压气瓶方法产生，用二氧化碳发生器方法产生等，这些方法虽然容易控制二氧化碳浓度，操作简单，效果理想，但成本高，不能达到增产、增效的效果，影响投入产出比。用有机肥发酵、深施碳酸氢铵的方法产生，虽然成本低，但产生量很难控制，效果不理想，也同样影响投入产出比。用化学反应的方法产生二氧化碳，即碳酸氢铵和工业硫酸反应产生二氧化碳，此方法简单易行，原料经济，易控制，效果理想，成本低，投入产出比高，但使用麻烦，需要耗费大量精力，不易精确计量二氧化碳产出量。

发明专利内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法，充分利用了二氧化碳作为“温室气体”具有透过太阳短波辐射，吸收地面长波辐射的特点，同时与空气相比其热导率更低，保温效果好；以及二氧化碳是作物进行光合作用的原料。本发明具有成本低、对二氧化碳的利用充分、增强温室保温性能、底部通风的形式改善温室通风状况、温室智能化管理等优点。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种利用二氧化碳的温室保温系统，包括温室，所述温室包括温室外层拱架和温室内层拱架，温室内层拱架设置在温室外层拱架下方，温室外层拱架和温室内层拱架上均覆盖有膜，温室外层拱架和温室内层拱架之间形成空气通道，其特殊之处在于：所述温室保温系统还包括双层膜温室外通风口、顶部内通风口、底部内通风口、分流杆和二氧化碳发生器，双层膜温室外通风口位于温室外层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室外层拱架的顶部，顶部内通风口位于温室内层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室内拱架的顶部，底部内通风口位于温室内层拱架上，安装在温室内层拱架的底部，双层膜温室外通风口与顶部内通风口之间设置有分流杆，分流杆一端和顶部内通风口右侧的温室内层拱架连接，另一端伸于双层膜温室外通风口之间，底部内通风口外侧设置有二氧化碳发生器，分流杆上覆盖有内层薄膜，将双层膜温室外通风口分为进气通道和出气通道，分别为经过底部内通风口的进气通道和经过顶部内通风口的出气通道。

进一步的，双层膜温室外通风口外设有温室外自动放风机，双层膜温室外通风口的上边界设置有第一限位开关，下边界设置有第二限位开关。

进一步的，底部内通风口外设有底部内通风口自动放风机，底部内通风口的上边界设置有第三限位开关，下边界设置有第四限位开关。

进一步的，温室顶部外侧设置有自动卷帘机，温室顶部和底部分别设置了用于控制自动卷帘机的运行的第五限位开关和第六限位开关；自动卷帘机接光照传感器，光照传感器设置在温室顶部。

进一步的，温室保温系统还包括分别位于顶部内通风口、温室内作物冠层以及底部内通风口的第一二氧化碳传感器、第二二氧化碳传感器和第三二氧化碳传感器。

进一步的，温室保温系统还包括变频风机和设置在变频风机前端的加热丝；所述变频风机位于底部内通风口前端。

进一步的，温室保温系统还包括温湿度传感器，温湿度传感器设置在温室内作物冠层。

进一步的，温室保温系统还包括控制中心，控制中心分别与自动卷帘机、光照传感器、第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关、第四限位开关、第五限位开关、第六限位开关、温湿度传感器、温室外自动放风机、底部内通风口自动放风机、第一二氧化碳传感器、第二二氧化碳传感器、第三二氧化碳传感器、二氧化碳发生器、变频风机和加热丝连接。

进一步的，进气通道与出气通道所占比例为2:1。

一种实现上述的利用二氧化碳的温室保温系统的方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)卷帘揭被：光照传感器感受光照强度，将信号发送到控制中心，控制中心自检各设施状态并做出判断，当光强≥5000lux时，控制中心控制自动卷帘机启动进行卷被，保温被卷至温室顶部触碰到第五限位开关，自动卷帘机停止工作，卷被完成，控制中心将运行情况发送给用户；

2)温室通风与二氧化碳补充：温室内温湿度传感器检测温室内作物冠层温度并发送给控制中心，当温度T≥20℃，温室内作物冠层二氧化碳浓度C2＜400ppm时，控制中心下达指令，控制温室外自动放风机、底部内通风口自动放风机启动，并通过第一限位开关、第三限位开关的反馈，结束通风口的开放并向用户发送运行情况，进入二氧化碳补充阶段，此时温室进气通道和排气通道打开，温室双层膜间几乎处于静止状态且浓度较高的二氧化碳，由于密度比空气大，会自发向温室内流动，同时温室内热空气密度较小上升，通过排气通道流出，便会使温室内气体流动，进一步促使温室内外膜间二氧化碳进入到温室中，在补充二氧化碳的同时，降低温室内作物冠层温度，第二二氧化碳传感器、第三二氧化碳传感器和温湿度传感器实时监测温室内二氧化碳浓度、温室底部双层膜间和作物冠层温度、湿度，发送信号到控制中心做出判断，控制二氧化碳发生器、变频风机启动，促进双层膜间二氧化碳进入温室内，促进气体循环并降温；该过程主要有两个阶段，一个阶段是将双层膜间较高浓度的二氧化碳气体分两次输入到温室中，主要是通过变频风机的运行实现，即当T≥20℃且C2＜400ppm时底部内通风口打开，变频风机低风速运行75秒，将双层膜间近一半的高浓度二氧化碳气体输入到温室中并使温度降低，随后关闭底部通风口，随着光照增强和光合作用的进行，温度升高，二氧化碳浓度降低；当T≥25℃或C2＜400ppm时，底部内通风口打开，变频风机低风速运行150秒，补充二氧化碳并降低温度；第二阶段为二氧化碳发生器补充温室二氧化碳，该阶段是通过二氧化碳发生器和变频风机的协调运行实现，该过程中设备的控制以及温室内环境的状况会即时发送给用户；

3)膜间注气保温：当室外光照强度为15000lux时，向温室内补充最后一次二氧化碳，使第二二氧化碳传感器检测到作物冠层二氧化碳浓度C2≥1000ppm后，传递信号到控制中心，控制中心做出判断并发布指令到底部内通风口自动放风机，关闭温室底部内通风口，控制二氧化碳发生器向温室双层膜间均匀注入二氧化碳至第一二氧化碳传感器检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm时，二氧化碳发生器停止二氧化碳的产生，此过程用时控制在40分钟左右，此过程结束后向用户发送操作信息；

4)温室内积累热量：第一二氧化碳传感器检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm且温湿度传感器检测到温室内温度≤20℃，发送信号到控制中心，控制中心下达指令到温室外自动放风机，温室外自动放风机启动关闭温室外通风口，触碰到第二限位开关，工作完成并发送信息给用户；

5)铺被保温：铺放保温被，温湿度传感器和光照传感器检测温室内温度和室外光照强度，当温室内温度＜20℃或光照强度＜7000lux时，控制中心发送指令控制自动卷帘机启动，铺放保温被，触碰到第六限位开关，铺放保温被完毕并发送信息给用户说明完成情况，此时无阳光射入，直至次日揭开保温被进入下一循环；

6)夜间除湿保温：夜间，温湿度传感器检测到温室内相对湿度≥75％或温度＜12℃时，控制中心发送指令到加热丝、变频风机，对温室进行加温并低风速(0.3m/s)使室内气体循环，使室内夜间相对湿度＜75％且温室内部温度≥12℃。

本发明公开了一种利用二氧化碳的温室保温系统及方法，其主要应用场景包括二氧化碳作为填充气体应用于双层膜或充气膜温室；二氧化碳作为气体肥料补充温室内二氧化碳不足的情况，与此同时，该温室配备了自动放风机、自动卷帘机、二氧化碳发生器、变频风机、限位开关、光照传感器、二氧化碳传感器、温湿度传感器等设备。本发明充分利用了二氧化碳作为“温室气体”具有透过太阳短波辐射，吸收地面长波辐射的特点，同时与空气相比其热导率更低，保温效果好；以及二氧化碳是作物进行光合作用的原料。本发明具有成本低、对二氧化碳的利用充分、增强温室保温性能、底部通风的形式改善温室通风状况、温室智能化管理等优点。

附图说明

图1为本发明的结构及通风时气体流向示意图；

图2为本发明的双层膜温室结构底部内通风口关闭、生成二氧化碳时气体流向示意图；

图3为本发明的方法示意图一；

图4为本发明的方法示意图二。

附图标记说明如下：

1、双层膜温室外通风口；101、温室外自动放风机；102、第一限位开关；103、第二限位开关；2、顶部内通风口；3、底部内通风口；301、底部内通风口自动放风机；302、第三限位开关；303、第四限位开关；4、分流杆；5、自动卷帘机；501、第五限位开关；502、第六限位开关；503、光照传感器；6、二氧化碳发生器；601、第一二氧化碳传感器；602、第二二氧化碳传感器；603、第三二氧化碳传感器；7、变频风机；701、加热丝；8、温湿度传感器；9、控制中心。

具体实施方式

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，不能以此来限制本发明的保护范围。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。

参见1、2，本发明利用二氧化碳的温室保温系统具体实施例的结构包括双层膜温室外通风口1、顶部内通风口2、底部内通风口3、分流杆4、自动卷帘机5、二氧化碳发生器6、变频风机7、温湿度传感器8和控制中心9。其具体应用在双层膜温室上，双层膜温室包括温室外层拱架和温室内层拱架，温室内层拱架设置在温室外层拱架下方，温室外层拱架和温室内层拱架上均覆盖有膜，温室外层拱架和温室内层拱架之间形成空气通道。

双层膜温室外通风口1位于温室外层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室的上端，外设有防虫网；双层膜温室外通风口1由分流杆4分流形成两通道，分别为经过底部内通风口3的进气通道和经过顶部内通风口2出气通道；双层膜温室外通风口1外设有温室外自动放风机101，控制温室进气通道和出气通道的大小；双层膜温室外通风口1边界上、下各设有第一限位开关102、第二限位开关103，用于限制温室外自动放风机101的运行。

顶部内通风口2位于顶部温室内层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室内拱架上，与温室外通风口1构成温室出气通道。底部内通风口3位于底部温室内层拱架上，其上设有底部内通风口自动放风机301，可以进行通风量的调节以及与温室外自动放风机101共同控制形式双层膜间封闭体系；底部内通风口3边界上、下各设有第三限位开关302、第四限位开关303，用于限制底部内通风口自动放风机301的运行。

分流杆4上覆盖有内层薄膜，将双层膜温室外通风口1分为进气通道和出气通道，进气通道与出气通道所占比例为2:1，即出气通道在无风机作用下，无大量气体交换。分流杆4可为固定式或活动式，固定式分流杆分别连接温室内层拱架和温室外层拱架，通过焊接或铰接的方式连接；活动式分流杆包括电动机、齿条、转轴等结构，可使分流杆以转轴为中心旋转一定角度。

自动卷帘机5设置在温室顶部外侧，在温室顶部和底部还分别配套了第五限位开关501、第六限位开关502，用于控制自动卷帘机5的运行；自动卷帘机5的启动由光照传感器503控制，光照传感器503安装在温室顶部。

二氧化碳发生器6设置在底部内通风口3外侧，二氧化碳发生器6配备了分别位于顶部内通风口2、温室内作物冠层以及底部内通风口3的第一二氧化碳传感器601、第二二氧化碳传感器602、第三二氧化碳传感器603；二氧化碳发生器6或其出气口位于温室底部双层膜间，用于提供双层膜间保温和温室中补充的二氧化碳。

变频风机7位于温室底部前端，进行二氧化碳的输送，使温室内气体分布更加均匀；变频风机7前端设置有加热丝701，加热丝701用于必要情况下的温室加温。

温湿度传感器8设置在温室内作物冠层，用于检测作物周围温湿度状况。

控制中心9分别与自动卷帘机5、光照传感器503、第一限位开关102、第二限位开关103、第三限位开关302、第四限位开关303、第五限位开关501、第六限位开关502、温湿度传感器8、温室外自动放风机101、底部内通风口自动放风机301、第一二氧化碳传感器601、第二二氧化碳传感器602、第三二氧化碳传感器603、二氧化碳发生器6、变频风机7和加热丝701连接。控制各元件或设备工作。控制中心可采用现有的各种控制柜或控制平台。

参见图3、4，本发明实施例将以日光温室种植番茄为例，进行系统、细致、清晰的描述。实施例中系统运行流程如下：

卷帘揭被：在冬季晴天上午8:30左右，光照传感器503感受光照强度，将信号发送到控制中心9，控制中心9自检各设施状态并做出判断，当光强≥5000lux时，控制中心9控制自动卷帘机5启动进行卷被，保温被卷至温室顶部触碰到第五限位开关501，自动卷帘机5停止工作，卷被完成，控制中心9将运行情况发送给用户。此时经过晚上作物的呼吸作用，温室内二氧化碳浓度较高，随着光照的增强，温室内温度升高，同时作物光合速率提高，二氧化碳浓度下降。

温室通风与二氧化碳补充：上午9:30左右，温室内温湿度传感器8检测温室内作物冠层温度并发送给控制中心9，当温度T≥20℃，温室内作物冠层二氧化碳浓度C2＜400ppm时，控制中心9下达指令，控制温室外自动放风机101、底部内通风口自动放风机301启动，并通过第一限位开关102、第二限位开关302的反馈，结束通风口的开放并向用户发送运行情况。进入二氧化碳补充阶段，此时温室进气通道和排气通道打开，温室双层膜间几乎处于静止状态且浓度较高的二氧化碳，由于密度比空气大，会自发向温室内流动，同时温室内热空气密度较小上升，通过排气通道流出，便会使温室内气体流动，进一步促使温室内外膜间二氧化碳进入到温室中，在补充二氧化碳的同时，降低温室内作物冠层温度。第二二氧化碳传感器602、第三二氧化碳传感器603和温湿度传感器8实时监测温室内二氧化碳浓度、温室底部双层膜间和作物冠层温度、湿度，发送信号到控制中心9做出判断，控制二氧化碳发生器6、变频风机7等启动，促进双层膜间二氧化碳进入温室内，促进气体循环并降温，该过程主要有两个阶段，一个阶段是将双层膜间较高浓度的二氧化碳气体分两次输入到温室中，主要是通过变频风机的运行实现，即当T≥20℃且C2＜400ppm时底部内通风口打开，变频风机低风速运行75秒，将双层膜间近一半的高浓度二氧化碳气体输入到温室中并使温度降低，随后关闭底部内通风口3，随着光照增强和光合作用的进行，温度升高，二氧化碳浓度降低；当T≥25℃或C2＜400ppm时，底部内通风口3打开，变频风机7低风速运行150秒，补充二氧化碳并降低温度。第二阶段为二氧化碳发生器6补充温室二氧化碳，该阶段是通过二氧化碳发生器6和变频风机7的协调运行实现(该阶段中温度、湿度与二氧化碳浓度的调控方案参考表1)，该过程中设备的控制以及温室内环境的状况会即时发送给用户。该过程由于冷风不直接进入温室，而是通过双层膜的间隙的进气通道进入，与温室顶部的气体进行部分热交换起到缓冲的作用，防止温差过大对作物产生的影响，同时起到对温室起到降温的作用，区别于传统的顶部通风的方式，该温室底部通风的形式可以促进作物底部空气流动，使气体更加均匀的同时减少病虫害的发生。

膜间注气保温：下午15:00左右，当室外光照强度为15000lux时，向温室内补充最后一次二氧化碳，使第二二氧化碳传感器602检测到作物冠层二氧化碳浓度C2≥1000ppm后，传递信号到控制中心9，控制中心9做出判断并发布指令到底部内通风口自动放风机301，关闭温室的底部内通风口3，控制二氧化碳发生器6向温室双层膜间均匀注入二氧化碳，至第一二氧化碳传感器601检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm时，二氧化碳发生器6停止二氧化碳的产生，此过程用时控制在40分钟左右，此过程结束后向用户发送操作信息。此过程中，由于二氧化碳密度比空气大，因此双层膜间空气被二氧化碳挤压从进气通道排出，使得双层膜间二氧化碳浓度增高。此时双层膜温室外通风口1和顶部内通风口2处于开放状态，仍能够通过排气通道进行部分气体交换。

温室内积累热量：下午15:40左右，第一二氧化碳传感器601检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm且温湿度传感器8检测到温室内温度≤20℃，发送信号到控制中心9，控制中心9下达指令到温室外自动放风机101，温室外自动放风机101启动关闭双层膜温室外通风口1，触碰到第二限位开关103，工作完成并发送信息给用户。此时，双层膜间隙呈密闭状态，由于较高的二氧化碳浓度吸收地面长波辐射，温室内部热量开始进行积累。

铺被保温：至16:00时左右，铺放保温被，温湿度传感器8和光照传感器503检测温室内温度和室外光照强度，当温室内温度＜20℃或光照强度＜7000lux时，控制中心9发送指令控制自动卷帘机5启动，铺放保温被，触碰到第六限位开关502，铺放保温被完毕并发送信息给用户说明完成情况。此时无阳光射入。直至次日揭开保温被进入下一循环。

夜间除湿保温：夜间，温湿度传感器8检测到温室内相对湿度≥75％或温度＜12℃时，控制中心9发送指令到加热丝701、变频风机7，对温室进行加温并低风速(0.3m/s)使室内气体循环，使室内夜间相对湿度＜75％且温室内部温度≥12℃。

冬季连续雨雪或大雾天气，光照传感器503感受光照强度＜5000lux时，不揭保温被。此时，如温室内温湿度传感器8检测到温室内相对湿度≥75％或温度＜12℃时，控制中心9发送指令到加热丝701、变频风机7，对温室进行加温并低风速使室内气体循环，使室内夜间相对湿度＜75％且温室内部温度≥12℃。

在本实施例中进行以下计算，以清楚地说明本发明的科学性。

以长70米，跨度10米，拱架14米，作物冠层高度2米，双层膜间距4cm，膜间注气浓度40％，配置4台5m³/h的二氧化碳发生器，其中二氧化碳发生器产生二氧化碳气体浓度为98％，配备3台变频风机的日光温室为例，分析二氧化碳在量上的可行性。

温室双层膜间的容积(展开看作是长方体)：由V＝l1·d·l，因为l1＝14m，l＝70m，d＝0.04m得V＝39.2m³，即双层膜间的气体体积为39.2m³。

作物冠层以下气体体积：由V1＝l·d0·h，因为l＝70m，d0＝10m，h＝2m得V1＝1400m³，即作物冠层以下气体体积为1400m³。

注气所耗时间：根据

因为l1＝14m，l＝70m，d＝0.04m，c＝40％，n＝4，v＝5m3/h，c0＝98％得t＝0.8h，即膜间注气需48分钟，在合理范围内，并可以通过进一步提高二氧化碳发生器的效率，减少注气时间。

双层膜间气体输入到温室阶段：以半径为0.3m,风速0.3m/s，3个变频风机通风75秒，忽略膜间二氧化碳由于重力或外界因素影响自发进入温室的量，风机工作时，将膜间二氧化碳吹入温室中所能达到的浓度

单位时间内通风量Q＝v0·S，因为l＝70m，d0＝10m，h＝2m，c＝40％，n0＝3，v0＝0.3m/s，S＝0.283m²，t＝75s得c1＝0.0055,即5500ppm且75秒内通风量n0·Q·t＝19.075m³，低于双层膜间气体体积39.2m³，可以达到预期目标。第二次输送，由于二氧化碳浓度减半，运行150秒便可将双层膜间二氧化碳输送到温室中。

二氧化碳发生器产生二氧化碳补充到温室的阶段：3台变频风机以0.5m/s运行10分钟，4台二氧化碳发生器以5m³/h运行5分钟，变频风机运行5分钟后，二氧化碳发生器开始与变频风机同时运行5分钟。释放二氧化碳时，根据进入温室的气体总量Q0＝n0·Q·t，Q＝v0·S，因为n0＝3，v0＝0.5m/s，s＝0.283m²，t＝300s得Q0＝127.2m³小于作物冠层以下气体体积1400m³，此时温室内二氧化碳浓度

因为n＝4，v＝5m³/h，c0＝98％，t＝0.083h，l＝70m，d0＝10m，h＝2m得C1＝0.0012，即1200ppm，可以达到预期目标。

表1白天通风、二氧化碳补充阶段，温度与二氧化碳浓度的调控参考方案

注：(1)T1：温室内作物冠层实际温度，T2：白天番茄适宜生长的理想温度(在本实施例中取20℃)，实际温度与理想温度差ΔT＝T1-T2。

(2)C2：温室内作物冠层实际二氧化碳浓度，C3：温室底部双层膜间二氧化碳浓度。

(3)风速为用户设定值(在本实施例中，低风速为0.3m/s,中风速为0.4m/s,高风速为0.5m/s)。

附：设备参数选择参考公式

(1)膜间注气保温阶段所需时间：

其中，l1为温室拱架长度，m；d为双层膜间距，m；l为温室长度，m；c为膜间注气浓度，无量纲参数；n为温室中放置的二氧化碳发生器数目，无量纲参数；v为二氧化碳发生器产气速率，m³/h；c0为二氧化碳发生器产生二氧化碳气体浓度。

(2)认为二氧化碳填充到作物冠层及以下即可，忽略膜间二氧化碳由于重力或外界因素影响自发进入温室的量，风机工作时，将膜间二氧化碳吹入温室中所能达到的浓度

单位时间内通风量Q＝v0·S

其中，l为温室长度，m；d0为温室跨度，m；h为作物冠层高度，m；c为膜间注气浓度，无量纲参数；n0为温室中放置的变频风机数目，无量纲参数；变频风机吹出的风量Q，m³/s；v0为变频风机吹出的风速，m/s；S为变频风机出风口截面积，m²；t为变频风机工作时间，s。

注：方法示意图：图3、图4为方法的完整示意图，并非割裂的两张示意图，其中除特殊说明外，所提变频风机均指3台同时同频运行，二氧化碳发生器均指4台同时同频运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“出气通道”、“进气通道”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”“设置”“相连”“连接”等词应作广义理解，例如，可以是固定连接安装，也可以是可拆卸连接安装，或一体式连接安装；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

Claims (10)

1.一种利用二氧化碳的温室保温系统，包括温室，所述温室包括温室外层拱架和温室内层拱架，所述温室内层拱架设置在温室外层拱架下方，所述温室外层拱架和温室内层拱架上均覆盖有膜，所述温室外层拱架和温室内层拱架之间形成空气通道，其特征在于：所述温室保温系统还包括双层膜温室外通风口、顶部内通风口、底部内通风口、分流杆和二氧化碳发生器，所述双层膜温室外通风口位于温室外层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室外层拱架的顶部，所述顶部内通风口位于温室内层拱架上，沿温室的长度方向安装在温室内拱架的顶部，所述底部内通风口位于温室内层拱架上，安装在温室内层拱架的底部，所述双层膜温室外通风口与顶部内通风口之间设置有分流杆，所述分流杆一端和顶部内通风口右侧的温室内层拱架连接，另一端伸于双层膜温室外通风口之间，所述底部内通风口外侧设置有二氧化碳发生器，所述分流杆上覆盖有内层薄膜，将双层膜温室外通风口分为进气通道和出气通道，分别为经过底部内通风口的进气通道和经过顶部内通风口的出气通道。

2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述双层膜温室外通风口外设有温室外自动放风机，所述双层膜温室外通风口的上边界设置有第一限位开关，下边界设置有第二限位开关。

3.根据权利要求2所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述底部内通风口外设有底部内通风口自动放风机，所述底部内通风口的上边界设置有第三限位开关，下边界设置有第四限位开关。

4.根据权利要求3所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述温室顶部外侧设置有自动卷帘机，所述温室顶部和底部分别设置了用于控制自动卷帘机的运行的第五限位开关和第六限位开关；所述自动卷帘机接光照传感器，所述光照传感器设置在温室顶部。

5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述温室保温系统还包括分别位于顶部内通风口、温室内作物冠层以及底部内通风口的第一二氧化碳传感器、第二二氧化碳传感器和第三二氧化碳传感器。

6.根据权利要求5所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述温室保温系统还包括变频风机和设置在变频风机前端的加热丝；所述变频风机位于底部内通风口前端。

7.根据权利要求6所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述温室保温系统还包括温湿度传感器，所述温湿度传感器设置在温室内作物冠层。

8.根据权利要求7所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述温室保温系统还包括控制中心，所述控制中心分别与自动卷帘机、光照传感器、第一限位开关、第二限位开关、第三限位开关、第四限位开关、第五限位开关、第六限位开关、温湿度传感器、温室外自动放风机、底部内通风口自动放风机、第一二氧化碳传感器、第二二氧化碳传感器、第三二氧化碳传感器、二氧化碳发生器、变频风机和加热丝连接。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的利用二氧化碳的温室保温系统，其特征在于：所述进气通道与出气通道所占比例为2:1。

10.一种实现根据权利要求1所述的利用二氧化碳的温室保温系统的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)卷帘揭被：光照传感器感受光照强度，将信号发送到控制中心，控制中心自检各设施状态并做出判断，当光强≥5000lux时，控制中心控制自动卷帘机启动进行卷被，保温被卷至温室顶部触碰到第五限位开关，自动卷帘机停止工作，卷被完成，控制中心将运行情况发送给用户；

2)温室通风与二氧化碳补充：温室内温湿度传感器检测温室内作物冠层温度并发送给控制中心，当温度T≥20℃，温室内作物冠层二氧化碳浓度C2＜400ppm时，控制中心下达指令，控制温室外自动放风机、底部内通风口自动放风机启动，并通过第一限位开关、第三限位开关的反馈，结束通风口的开放并向用户发送运行情况，进入二氧化碳补充阶段，此时温室进气通道和排气通道打开，温室双层膜间几乎处于静止状态且浓度较高的二氧化碳，由于密度比空气大，会自发向温室内流动，同时温室内热空气密度较小上升，通过排气通道流出，便会使温室内气体流动，进一步促使温室内外膜间二氧化碳进入到温室中，在补充二氧化碳的同时，降低温室内作物冠层温度，第二二氧化碳传感器、第三二氧化碳传感器和温湿度传感器实时监测温室内二氧化碳浓度、温室底部双层膜间和作物冠层温度、湿度，发送信号到控制中心做出判断，控制二氧化碳发生器、变频风机启动，促进双层膜间二氧化碳进入温室内，促进气体循环并降温；该过程主要有两个阶段，一个阶段是将双层膜间较高浓度的二氧化碳气体分两次输入到温室中，主要是通过变频风机的运行实现，即当T≥20℃且C2＜400ppm时底部内通风口打开，变频风机低风速运行75秒，将双层膜间近一半的高浓度二氧化碳气体输入到温室中并使温度降低，随后关闭底部通风口，随着光照增强和光合作用的进行，温度升高，二氧化碳浓度降低；当T≥25℃或C2＜400ppm时，底部内通风口打开，变频风机低风速运行150秒，补充二氧化碳并降低温度；第二阶段为二氧化碳发生器补充温室二氧化碳，该阶段是通过二氧化碳发生器和变频风机的协调运行实现，该过程中设备的控制以及温室内环境的状况会即时发送给用户；

3)膜间注气保温：当室外光照强度为15000lux时，向温室内补充最后一次二氧化碳，使第二二氧化碳传感器检测到作物冠层二氧化碳浓度C2≥1000ppm后，传递信号到控制中心，控制中心做出判断并发布指令到底部内通风口自动放风机，关闭温室底部内通风口，控制二氧化碳发生器向温室双层膜间均匀注入二氧化碳至第一二氧化碳传感器检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm时，二氧化碳发生器停止二氧化碳的产生，此过程用时控制在40分钟左右，此过程结束后向用户发送操作信息；

4)温室内积累热量：第一二氧化碳传感器检测到双层膜间二氧化碳浓度C1≥400000ppm且温湿度传感器检测到温室内温度≤20℃，发送信号到控制中心，控制中心下达指令到温室外自动放风机，温室外自动放风机启动关闭温室外通风口，触碰到第二限位开关，工作完成并发送信息给用户；

5)铺被保温：铺放保温被，温湿度传感器和光照传感器检测温室内温度和室外光照强度，当温室内温度＜20℃或光照强度＜7000lux时，控制中心发送指令控制自动卷帘机启动，铺放保温被，触碰到第六限位开关，铺放保温被完毕并发送信息给用户说明完成情况，此时无阳光射入，直至次日揭开保温被进入下一循环；

6)夜间除湿保温：夜间，温湿度传感器检测到温室内相对湿度≥75％或温度＜12℃时，控制中心发送指令到加热丝、变频风机，对温室进行加温并低风速(0.3m/s)使室内气体循环，使室内夜间相对湿度＜75％且温室内部温度≥12℃。

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