CN117121745A - 一种沙漠温室组合供暖系统及其供暖方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沙漠温室组合供暖系统，包括储热模块，用于向沙漠温室提供由含有沙子的储热介质转换的热能；供能模块，包括能够独立地向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控热源的第一供能子模块和第二供能子模块；控制器，通信地耦合到供能模块，配置为基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式以保持植物所需的设定温度环境。本发明还涉及基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式的沙漠温室供暖方法，包括通过储热模块独立地向沙漠温室供暖或联合第一供能子模块和第二供能子模块为沙漠温室供暖。

Description

一种沙漠温室组合供暖系统及其供暖方法

技术领域

本发明涉及沙漠温室保温技术领域，尤其涉及一种沙漠温室组合供暖系统及其供暖方法。

背景技术

在沙漠环境中，温度的稳定对植物的生理活动和生长发育至关重要。近年来，沙漠温室的应用越来越广泛，沙漠温室是一种创新性的农业技术，结合了大棚和温室技术，在干旱、沙漠化地区提供了一种植物种植的有效解决方案。由此，沙漠温室在不同季节和天气条件下为植物创造适宜的可控生长环境。

沙漠温室的主要目标是通过控制环境参数来创造适宜的生长条件，让植物在干燥和高温环境中得以生长。但沙漠昼夜温差大，夜间时段室外温度会逐渐下降并影响温室内部温度，使室温偏离植物生长所需的适宜温度，因此人为向室内进行温度补偿是必要的。

普通温室种植的大多是温带或亚热带植物，这些植物生长周期较短，通常在数周到数个月之间，例如莴苣或小番茄可能在几周内就可以收获，时间跨度较小。与之不同的是，沙漠温室种植的往往是适应干旱或沙漠环境的植物，这些植物一般生长周期较长，有些沙漠植物例如龙舌兰可能需要几个月或甚至数年的时间才能成熟或达到收获的阶段，时间跨度较大。因此，相较于种植在普通温室的植物，种植在沙漠温室的植物由于其整个生长阶段会跨越多个季节，故其生长适宜的温度会更容易受到季节性环境温度的影响。此外，由于沙漠地区特殊的地理位置和气候条件，缺乏海洋、湖泊或大气环流等的调节作用，季节间的温度波动很大，使得植物的适宜生长温度的维持变得更具挑战。

CN104406253A公开一种用于沙漠的空气调节系统及其方法，空气调节系统包括供热系统、供冷系统和控制系统，供热系统和供冷系统通过共用的风机盘管相连接，控制系统与供热系统和供冷系统分别相连接。供热系统包括第一换热器、第一风机、第一三通阀门、第一储罐单元和风机盘管，其中第一换热器、第一风机、第一三通阀门和第一储罐单元通过通风管道依次组成回路；述风机盘管的一端通过第二风机与第一三通阀门相连接，风机盘管的另一端通过第一截止阀与第一换热器和第一储罐单元分别相连接。

针对沙漠地区温室的保温供热，现有技术通常利用保温池将白天的热量存放并用于夜间，具体为以沙子为蓄热物质，通过沙子蓄积日间的太阳光热能，并在夜间将热量提取释放至温室中。但仅凭保温池却不足以维持温室整夜的温度需求，因此需要能自发进行供能的装置以补充蓄热物质供热效能的不足。空气源热泵和传统电暖设备是常见的两种供热装置，其中，空气源热泵是一种利用空气热能进行能源转换的设备，其通过压缩冷却循环工作原理，将低温热能转化为高温热能供暖。相比传统的电加热或燃料供热设备，空气源热泵以较低的能耗提供相同的供暖效果，能够节省能源和降低能源成本。然而，空气源热泵的性能容易受到环境温度的影响，例如在极端低温环境下，其供热效能会受到影响而低于传统的电暖设备。相反传统电暖设备基于电能转换为热能的原理，通过电加热体产生热量来实现供暖，其通常不受环境温度的影响。不同供暖方式各有利弊，如何利用不同供暖设备组合供暖，以维持沙漠温室在夜间的适宜温度环境，是解决现有技术中沙漠温室保温效能不足、能源消耗偏高等技术问题亟待研究的手段。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种沙漠温室组合供暖系统及其供暖方法，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种沙漠温室组合供暖系统，包括：

储热模块，用于向沙漠温室提供由含有沙子的储热介质转换的热能；

供能模块，包括能够独立地向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控热源的第一供能子模块和第二供能子模块；

控制器，通信地耦合到供能模块，配置为基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

本发明基于两种供热机组在不同的室外温度下具有不同的供热效益的原理，获取两种供热机组在维持目标温室温度时的室外温度与耗电量的变化关系，将两种供热机组的室外温度与耗电量的变化曲线的交点定义为能耗温度平衡点，使得系统能够根据室外温度与该能耗温度平衡点的相关性来执行两种供热机组针对储热模块的供能状态的切换，以通过在不同时段使用不同供热机组的方式减小向沙漠温室供热时的总体能量消耗，降低能源负荷，有助于节省成本。本发明充分考虑沙漠温室昼夜温差大的特性，采用耗电量-温度曲线的方式来确定能耗温度平衡点，避免传统的基于固定时间点进行供热设备切换的供热局限性。此外，本发明采用组合供暖的方式，单一供热机组仅在与预设能耗温度平衡点相关的设定时段工作，避免工作人员难以对全天候工作的供热机组进行检修的情况，作为替代地是工作人员能够在其中一供热机组工作以用于维持温室内部温度恒定之时对另一供热机组进行维护，降低供热机组的故障率，保证供热系统的循环可持续。

优选地，控制器基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境包括：

若室外温度高于预设能耗温度平衡点，控制器启动第一供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第一热源以保持设定温度环境；

若室外温度不高于预设能耗温度平衡点，控制器启动第二供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第二热源以保持设定温度环境。

本发明综合空气源热泵和传统电热设备供能效力之优劣，降低单一供能设备长期持续供能产生的高额能量消耗，尤其避免单一供能设备长期供热受室外温度变化影响而使其供热效能频繁波动。

优选地，控制器启动第一供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第一热源以保持设定温度环境包括：

若储热模块的储存热值低于第二阈值，控制器按照使储热模块的储存热值不低于第二阈值的方式控制第一供能子模块以第一功率向储热模块提供可控的第一热源；

若储热模块的储存热值处于第二阈值，控制器按照使储热模块保持第二阈值的储存热值的方式控制第一供能子模块以第二功率向储热模块提供可控的第一热源。

本发明借助储热模块将沙漠地区的日间热量存储下来用于夜间使用，提高沙漠地区可再生能源的资源化利用，通过将储存热量跨时间地利用，减少沙漠温室供热的能量消耗。进一步地，本发明通过在预设能耗温度平衡点之前提高第一供热机组的运行功率的方式，通过提高第一供能子模块的运行功率或时间，使储热模块能够尽可能多地收集来自第一供能子模块的热量作为弥补室内温度的备份热量，减少传统第二供能子模块的输出，从而实现节省沙漠有限能源的消耗的目的。

优选地，控制器启动第二供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第二热源以保持设定温度环境包括：

若储热模块的储存热值高于第一阈值，控制器将第二供能子模块调整为激活待命状态，直至储热模块的储存热值达到第一阈值，控制器按照使储热模块保持第一阈值的储存热值的方式控制第二供能子模块以第三功率向储热模块提供可控的第二热源。

优选地，第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式的执行是以与储热模块中的含有沙子的储热介质的储存热值相关的第一阈值为触发事件而启动的。

优选地，预设能耗温度平衡点是与沙漠温室期望的设定温度阈值相关联地来确定的。基于室内目标温度设定值的变动，可以逐一获取不同目标温度下两种供热机组的室外温度和耗电量的变化关系，从而可以适应性地获得为维持室内目标温度设定值而对应的不同能耗温度平衡点，使得本系统能够对因不同季节、不同植物及其不同生长阶段等因素产生的不同室内目标温度设定值的需求起到节省能源消耗的作用。

优选地，第一供能子模块为空气源热泵，第二供能子模块为电暖设备。

优选地，本发明还提供一种基于沙漠温室组合供暖系统的供暖方法，该方法包括：

通过配置有含有沙子的储热介质的储热模块向沙漠温室提供热能；

提供能够独立地向储热模块中的储热介质提供可控热源的第一供能子模块和第二供能子模块；

基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

优选地，基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境包括：

若室外温度高于预设能耗温度平衡点，启动第一供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第一热源以保持设定温度环境；

若室外温度不高于预设能耗温度平衡点，启动第二供能子模块向储热模块中的含有沙子的储热介质提供可控的第二热源以保持设定温度环境。

优选地，本发明提供的基于沙漠温室组合供暖系统的供暖方法还包括：以与储热模块中的含有沙子的储热介质的储存热值相关的第一阈值为触发事件来执行第一供能子模块和第二供能子模块针对储热模块的热源提供。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的组合供暖系统的结构原理图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的第一供能子模块与第二供能子模块的供热效能与室外温度相关的变化曲线；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的储热模块的结构示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的储热模块中储热介质的热量变化示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的多个储热模块于沙漠温室外围的排布示意图。

附图标记列表

100：储热模块；101：保温壳体；102：上壳体；103：下壳体；104：储热腔；105：储热介质；106：换热介质入口；107：换热盘管；108：换热介质出口；109：测温单元；110：保温层；111：进料口；200：温度检测模块；300：控制器；400：供能模块；410：第一供能子模块；420：第二供能子模块；500：能耗检测模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解的是，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

图1示出了本发明提供的一种优选实施方式的沙漠温室组合供暖系统，该组合供暖系统可以包括：

储热模块100，用于向沙漠温室提供由含有沙子的储热介质105转换的热能；

供能模块400，包括可独立地向储热模块100中的含有沙子的储热介质105提供可控热源的第一供能子模块410和第二供能子模块420；

控制器300，通信地耦合到供能模块400，配置为基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

根据一种优选实施方式，本发明中，控制器300用于提供储热模块100、供能模块400及其他温室设备的启停及切换控制之功能。具体地，本发明所述的控制器300可以包括一个或多个微处理器、中央处理单元、微控制器、数字信号处理器或者类似装置中的任意一种或其组合。

图3示出了本发明提供的一种优选实施方式的储热模块100的结构示意图。具体地，本发明提供的储热模块100可以包括保温壳体101。保温壳体101包括可插接组合的上壳体102和下壳体103。具体地，上壳体102可构造为下部敞口的框壳结构，下壳体103可构造为具有与上壳体102的下部敞口相对的上部敞口的框壳结构。上壳体102和下壳体103可以彼此对接从而组合形成用于容置储热介质105的储热腔104。

根据一种优选实施方式，保温壳体101具有用于容置储热介质105的储热腔104，并在储热腔104顶部开设有用于添加储热介质105的进料口111。本发明中，储热模块100内配置的储热介质105为沙子，其为沙漠地区最为经济环保的蓄热材料。此外，本发明中，下壳体103横向侧壁构造有较短或较低的挡板，能够用于和上壳体102组合形成储热腔104。进一步地，在将上壳体102从下壳体103上方撤出时，积压在储热腔104中的储热沙子能够从下壳体103两侧溢出，以便于工作人员清理维护储热沙箱(即保温壳体101)。

根据一种优选实施方式，如图3所示，保温壳体101的储热腔104内可布设有允许换热介质可循环地流入以同储热腔104中的储热介质105交换热量的换热盘管107。作为非限制性实例的的说明，在通过储热模块100提取及释放存储的热量时，将换热介质从换热介质入口106导入换热盘管107中，由于换热盘管107直接置入储热腔104并与其中的储热介质105接触，因此换热介质与储热介质105换热以从储热介质105提取热量。进一步地，换热后的换热介质从换热介质出口108排出设备。特别地，换热盘管107可以构造为螺旋形式，以增加与储热腔104中储热介质105的接触面积，有利于提高热交换效率。本发明中，储热模块100内配置的换热介质可以是水或油。

根据一种优选实施方式，本发明中，针对储热腔104中储热介质105的加热充能可来自于太阳能集热系统(图中未示出)。具体地，可以在大棚顶部设置用于收集太阳能的太阳能集热器(如太阳能集热管、太阳能集热板等)，容置有储热沙子的一个或多个保温壳体101可埋设于沙层或优选沿温室大棚周向排布在大棚内侧或外侧，通过太阳能集热器可以将换热介质(如水或油)加热以将收集的太阳能转移至换热介质。进一步地，将加热升温的换热介质导入换热盘管107以同储热腔104中的储热介质105换热，从而将太阳能集热器收集的能量存储于蓄热沙箱(即保温壳体101)中的储热介质105。在将储热模块100应用至沙漠温室之时，将太阳能转换保存为可供沙漠温室使用的热能是更为经济环保的做法，因此本发明优选利用太阳能集热器(如太阳能集热管、太阳能集热板等)为储热腔104中储热沙子加热充能。另外，在冬季或者阳光不足的时段，若太阳能不足以维持室内设备供电，则可以启用备用柴油发电机。

应当理解的是，本领域技术人员也可通过其他方式加热储热介质105，例如利用电加热单元与储热介质105热接触来加热储热介质105，故上述内容不应视为对本发明的具体限制。优选地，电加热单元可以插入到储热腔104的储热介质105中，从而通过直接热接触将储热沙子加热。可选地，电加热单元可以是电加热丝。

根据一种优选实施方式，换热介质出口108处可设置有温度传感器(图中未示出)，以用于测量从换热盘管107中流出的经换热的换热介质的排出温度，并且结合换热介质进入换热盘管107前的初始温度，可以计算换热介质从储热腔104中的储热介质105处提取的热量。

根据一种优选实施方式，如图3所示，保温壳体101上可插拔地设置有部分置入储热腔104的测温单元109。该测温单元109的测量端置入储热腔104的储热介质105中。当测温单元109的温度测量结果达到设定值时，针对储热介质105的加热充能结束。特别地，测温单元109可以是测温热电偶。

根据一种优选实施方式，如图3所示，可在保温壳体101，或者上壳体102和/或下壳体103外壁设置保温层110，该保温壳体101内部空间可作为储热腔104。具体地，保温层110可以由气凝胶材料形成，用于防止储热腔104中的热量散失。

根据一种优选实施方式，储热模块100的设备壳体(保温壳体101)，即上壳体102和下壳体103可以采用木制结构或者塑料结构。可选地，本发明中，储热模块100上方的进料口111可构造为木制结构，由于进料口111所处位置容易被干沙或湿沙腐蚀，故木制的进料口111更利于拆除替换，并且在戈壁荒漠地区中，木材比钢材更容易获取，可以减少钢材运输的耗用。

根据一种优选实施方式，本发明中，第一供能子模块410可采用空气源热泵。第二供能子模块420可采用电暖设备。具体地，第一供能子模块410和第二供能子模块420可以通过向储热模块100中的储热腔104提供换热介质的方式各自独立地向储热模块100提供热源。具体而言，第一供能子模块410和/或第二供能子模块420可以将其加热转换后的换热介质(如水或空气)导入储热模块100的储热腔104中，从而允许来自第一供能子模块410和/或第二供能子模块420的换热介质向储热腔104中的储热介质105传递热量，以补充储热模块100的贮存热量。因此可以理解的是，图3所示的储热腔104中可进一步配置有用于接纳来自第一供能子模块410和/或第二供能子模块420的换热介质的至少另一个换热盘管107，该换热盘管107内的换热介质可以与储热腔104中的储热介质105换热，故图3所示结构的储热模块100不应视为对本发明的具体限制。

根据一种优选实施方式，第一供能子模块410，即空气源热泵利用环境中的空气热能作为低温热源来加热空气或水等介质，通过循环系统将热量提取和/或转移到室内，从而提供加热效果。特别地，当室内所需温度与室外环境温度之间的温差增大时，为使室内温度达到适应的设定值，空气源热泵需要消耗更多的能量来抵消这种温差。换言之，空气源热泵的供热效益(或能效比EER)会随着室外温度的持续下降而逐渐降低。与之相反的是，第二供能子模块420，即传统的电暖设备的供暖是利用电能产生热量，供暖过程及供暖效率通常不受室外温度或室内外温差的影响。一般来说，在室内外温度相差无几或两者温差较小时，若要提供相同的供热能力，空气源热泵消耗的能源较电暖设备更低，更加节能；而当室内外温度差值过大或者室外温度低于适宜标准阈值之时，若要提供相同的供热能力，则空气源热泵消耗的能源会比电暖设备更高，节能效果变差。

作为非限制性实例的说明，图2示出了为维持同一设定室内温度，空气源热泵和电暖设备供热效能的对比曲线。特别地，随着室外温度的持续变化，如夜间室外温度的下降与回升，为使温室内部温度维持在适宜作物生长生存的设定阈值，需要不断优化调整第一供能子模块410和第二供能子模块420的输出，以适应室内外温差变化带来的室内热量补给变化。

具体地，参见图2，为维持设定室内温度，在室外温度较高时，室内外温差较小，第一供能子模块410(即空气源热泵)的可利用热源较多，其耗电量低于第二供能子模块420(即电暖设备)，具有较高能耗比(EER)。而在室外温度下降导致室内外温差增大时，第一供能子模块410和第二供能子模块420输出增加以维持室温恒定，致使第一供能子模块410和第二供能子模块420耗电量增加。

另一方面，在室外温度持续下降的过程中，第一供能子模块410(即空气源热泵)的可利用热源减少，其供热效能受到影响，因而为维持恒定的设定温度阈值，第一供能子模块410(即空气源热泵)耗电量逐渐增大并高于第二供能子模块420(即电暖设备)，导致能耗比(EER)下降。而在第一供能子模块410(即空气源热泵)和第二供能子模块420(即电暖设备)的供热效能随室外温度或室内外温差变化波动的过程中，两者供热效能存在一个能耗温度平衡点，也即本发明所述的预设能耗温度平衡点，该预设能耗温度平衡点可以理解为：在该能耗温度平衡点下，第一供能子模块410(即空气源热泵)和第二供能子模块420(即电暖设备)的耗能几乎相同。

特别地，预设能耗温度平衡点可由如下方式获得：在仅运行第一供能子模块410(即空气源热泵)或仅运行第二供能子模块420(即电暖设备)的情况下，统计室外温度值和该室外温度值相对应的供热机组耗电量，耗电量可通过与设备相连的能耗检测模块500(如电表)得知，室内外温度可以通过温度检测模块200(如温度传感器)获得，通过汇总可以分别得到第一供能子模块410和第二供能子模块420两种供热设备的耗电量-室外温度曲线。取两曲线的交点，其含义为：在该室外温度下，为使温室保持同一设定温度，第一供能子模块410(即空气源热泵)和第二供能子模块420(即电暖设备)具有相同耗电量，则该温度可取为预设能耗温度平衡点。

根据一种优选实施方式，本发明中，第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100的供能模式是由控制器300基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性确定并调整的。具体地，在需要向温室内部额外补给热量以维持设定室温之时，响应于室外温度信息之获取，当室外温度处于预设能耗温度平衡点之前或高于预设能耗温度平衡点时，控制器300启动第一供能子模块410向执行热能输出的储热模块100提供第一热量补给。而当室外温度处于预设能耗温度平衡点之后或低于预设能耗温度平衡点时，控制器300将第一供能子模块410切换至第二供能子模块420以通过第二供能子模块420向执行热能输出的储热模块100提供第二热量补给。

根据一种优选实施方式，储热模块100执行热能输出的方式可以是如上所述的利用换热盘管107中的换热介质吸收提取储热腔104中储热介质105蓄积的热量。进一步地，第一供能子模块410和/或第二供能子模块420向储热模块100提供热量补给的方式可以是如上所述的将加热转换后的换热介质通过例如换热盘管107导入储热腔104，通过换热介质与储热介质105的换热以将第一供能子模块410和/或第二供能子模块420产出的热量转存至储热模块100。

尽管夜间时段温室内部需要维持的目标温度几乎是恒定的，但随着室内外温差的变大，两种供热设备的耗电量均会增加，这是由于随着室内外温差增大，室内热量散失加快且难以维持，因此需要供热设备增加其输出消耗以弥补这部分热量损耗。而在室外气温持续下降的过程中，空气源热泵的耗电增加并逐渐上升高于电暖设备，这是因为空气源热泵不仅需要提供更多的热量以补充室内热量的损耗，还会因为室外温度降低导致从外界环境吸取热量的难度增大，最终表现为随着室外温度的降低，空气源热泵的耗电量的变化趋势较传统电暖设备更大。电能是沙漠中极其珍贵的资源，为此，本发明在室外温度处于预设能耗温度平衡点之前启动空气源热泵；而在室外温度处于预设能耗温度平衡点之后启动电暖设备，综合两种供热设备供热效能之优劣，降低单一供热设备长期供热而产生的高额能量消耗，以及避免单一供热设备长期供热受室外温度变化影响而使其供热效能频繁波动。

进一步地，本发明中，针对温室内部的温度调节及保持主要是利用储热模块100与室内的热量交换来实现的，而并未采用供热机组(即第一供能子模块410和/或第二供能子模块420)直接向温室供热的方式，其原因在于：储热模块100的供热过程受室外温度影响小，相比于供热机组，特别是第一供能子模块410因室外温度波动致使其输出功率发生起伏，进而影响其供热效能而言，储热模块100利用沙子存蓄的热量进行供热更加稳定；其次，储热模块100自身作为蓄热池可利用日间存蓄的能量(如太阳能)为室内供热，可以提高沙漠地区的资源转化利用率，降低单一供热机组持续供能的消耗及浪费。

具体而言，在0℃条件下，空气源热泵机组的输出功率为额定条件下的70％左右；在-6℃条件下，为62％左右；而在-10℃条件下为55％左右。通常沙漠白天的平均气温接近40摄氏度，夜间沙漠温度则会下降很多，尤其冬季夜晚沙漠温度可以到达零下甚至更低。这样的温度变化会导致空气源热泵机组的输出功率波动剧烈。储热模块100不仅能储存外界环境中的热量，还能将供热机组提供的热量储存起来，特别是将供热效率更高但易受外界温度变化影响的第一供能子模块410产出的热量充分利用起来，延长第一供能子模块410实际供热时间，节省能源消耗。

根据一种优选实施方式，考虑到沙漠中夏季和冬季的昼夜温差变化，本发明中，针对夏季和冬季，储热腔104中可以分别储藏不同比热容的储热介质105(具体为沙子)。具体地，在夏季，储热腔104中可以储藏具有第一比热容的储热介质105；在冬季，储热腔104中可以储藏具有第二比热容的储热介质105；其中，第二比热容优选大于第一比热容。具体而言，在夏季，储热腔104中可以储藏干沙子，其比热容通常为1.1X10³J/(kg·℃)，而在冬季则可以储藏湿沙子，其比热容通常为1.5X10³J/(kg·℃)，由于冬季沙漠环境温度较低，室外可供空气源热泵利用的低温热源有限，因此通过储热腔104中储藏的具有较大比热容的湿沙子可以提高沙漠温室系统的储热能力，延长冬季低温环境下沙漠温室提供给作物的温度保持时间。根据一种优选实施方式，本发明中，第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100的供能模式的执行是以与储热模块100相关的热量阈值为触发事件而启动的。也即在第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100进行供能之前，对于温室内部温度的供热调控可由储热模块100利用其中含有沙子的储热介质105积蓄的盈余热量来完成。

特别地，控制器300针对第一供能子模块410和第二供能子模块420的供能模式的启停切换，以及针对供热机组(第一供能子模块410和第二供能子模块420)与储热模块100的联合供能之控制可以按照如下方式进行：

S1：当温室内的温度下降至需要额外补充热量时，启动储热模块100，以利用储热模块100中的储热物质105与换热盘管107中换热介质的热量交换提取储热物质105积蓄的热量以为温室供暖。

S2：当储热模块100积蓄的热量或温度下降到第一阈值时，控制器300启动第一供能子模块410，其中，第一供能子模块410的输出功率为第一功率。

S3：第一功率下的第一供能子模块410供给至储热模块100的热量大于储热模块100向温室输出的热量，从而储热模块100中储热介质105积蓄的热量或温度逐渐提升并达到第二阈值。换言之，第一供能子模块410按照使储热模块100的储存热值不低于第二阈值的方式以第一功率向储热模块100提供热源。

S4：在储热模块100积蓄的热量或温度提升至第二阈值时，第一供能子模块410的第一工作阶段(即第一功率模式)结束，控制器300将第一供能子模块410的输出功率调整为低于第一功率的第二功率，以使第二功率下的第一供能子模块410供给至储热模块100的热量与储热模块100释放到温室的热量(包括储热模块100自散发热量以及传热损失)基本维持平衡，从而使储热模块100积蓄的热量或温度保持在第二阈值。换言之，第一供能子模块410按照使储热模块100的储存热值保持在第二阈值的方式以第二功率向储热模块100提供热源。

S5：待室外温度下降至预设能耗温度平衡点时，控制器300将第一供能子模块410关闭，并将第二供能子模块420启动或者将第二供能子模块420调整为激活待命状态，而非直接向储热模块100提供热量补给。此时，温室内的热量供给回归步骤S1的情况，也即利用储热模块100中的储热介质105进行供暖。

S6：待储热模块100中的储热介质105积蓄的热量或温度从第二阈值回落至第一阈值时，第二供能子模块420以第三功率向储热模块100提供热量补给，该第三功率可以配置为使第二供能子模块420其产生或补给至储热模块100的热量与储热模块100释放到温室的热量(包括储热模块100自散发热量以及传热损失)基本维持平衡，也即第二供能子模块420提供的热量与温室所需的热量基本相等。换言之，待储热模块100的储存热值回落至第一阈值之时，第二供能子模块420从激活待命状态转换为使储热模块100保持第一阈值的储存热值的供能状态。

S7：当室外温度回升至预设能耗温度平衡点时，控制器300将第二供能子模块420关闭，切换至利用第一供能子模块410提供热量补给，并将第一供能子模块410的输出功率维持在如上所述的第二功率，也即在保证温室供暖的状态下，使储热模块100的热量输入和输出保持平衡。

S8：当室外温度上升至无需额外热源补给时，控制器300关闭第一供能子模块410，并可由储热模块100继续完成热量的补充，使储热模块100积蓄的热值上升。

根据一种优选实施方式，本发明中，储热模块100相当于蓄热池。第一供能子模块410和第二供能子模块420作为供热设备，其主要用于补充储热模块100储存的热量。具体地，在早期温室供暖期间，先利用储热模块100中储热介质105预先存储的热量供能，待储热模块100的存储热值或温度下降至第一阈值时，启用第一供能子模块410并使其以较高的第一功率为储热模块100的补充热量，以使储热模块100在持续输出热量的同时，能够积攒盈余的热量以作为备用。

进一步地，待储热模块100的存储热值或温度达到第二阈值时，将第一供能子模块410针对储热模块100的输出功率调整为第二功率，使储热模块100在释放热量的同时将存储热值保持在第二阈值。待室外温度下降至预设能耗温度平衡点之时，可以切换至第二供能子模块420使其待命备用，此时可先利用储热模块100积蓄的热量进行供暖，直到热量下降至第一阈值时，使第二供能子模块420保持能够使其产出的热量与储热模块100向室内释放的热量基本相等的功率。这样设置可使储热模块100内储存的热量得以充分利用；此外，还能在预设能耗温度平衡点前尽量多地将第一供能子模块410利用起来，以节省整体能源消耗。

具体地，本发明中，对储热模块100的储热量设定有至少两个阈值，其中，第一阈值可以表示储热模块100能够向温室供热的最小存储热量值。也即若储热模块100的热量值(或温度值)低于第一阈值，则向温室供热的效果并不能使温室内部温度达到设定阈值或难以维持设定温度阈值。第二阈值可以表示储热模块100的最大存储热量值。

应当理解的是，与储热模块100相关的第一阈值、第二阈值应当根据储热模块100的储热能力，如储热介质105的具体类型以及不同使用场景下针对储热模块100的供热需求来确定。进一步地，与储热模块100相关的第一阈值、第二阈值还与期望的设定温度阈值有关。具体地，第二阈值是储热模块100的自身属性，决定储热模块100的储热值上限。不同的储热模块100可具有不同的储热值上限，如采用不同的储热介质105。第一阈值不仅跟储热模块100本身属性有关，同时也与温室所需的温度值有关。由于储热模块100是通过热量交换维持温室所需温度，故第一阈值所对应的热量或温度通常高于温室所需的温度值，具有一定温差，以保证储热模块100在温差推动下向温室供热。温室所需温度值的变化将影响储热模块100的第一阈值，如温室所需温度值升高时，第一阈值提高；反之，第一阈值可适当降低。

根据一种优选实施方式，在夏季或日间气温过高的时段，若沙漠温室存在降温需求，则可以通过第一供能子模块410与沙漠温室内部进行换热以将多余热量吸收排向室外。作为优选地，可以通过第一供能子模块410将吸收的多余热量通过与储热模块100换热进而转存至储热腔104的储热介质105(即储热沙子)以作为热量备用。在如冬季一类气温较低的时段，若沙漠温室存在供暖需求，则可以通过将储热模块100存储的热量释放至温室内，或者通过第一供能子模块410或第二供能子模块420转化为室外低温热源并将产出的热量通过储热模块100提供至室内。

图4示出了储热模块100中储热介质105的热量变化示意图，结合图4说明上述储热模块100与供热机组(第一供能子模块410和第二供能子模块420)供能切换之关系。

具体地，在如图4所示的o-b阶段，温室处于无需额外供暖的状态，此时可由储热模块100自行积蓄热量(如利用太阳热能)至第二阈值并维持饱和状态(即维持第二阈值的热量或温度)，此阶段第一供能子模块410和第二供能子模块420处于非工作状态。

在如图4所示的b-c阶段，温室需要提供额外的热能供给，由储热模块100将蓄积的热量持续供给至温室直至其积蓄热量下降至第一阈值，此阶段第一供能子模块410和第二供能子模块420仍处于非工作状态。

在如图4所示的c-d阶段，由于储热模块100储存热值下降至第一阈值，且室外温度高于预设能耗温度平衡点，则启动第一供能子模块410使其以第一功率向储热模块100提供热量补给，使得储热模块100的储存热值上升至第二阈值。

在如图4所示的d-e阶段，在储热模块100储存热值上升至第二阈值后，将第一供能子模块410调整为以第二功率向储热模块100提供热量补给，使得储热模块100的储存热值维持在第二阈值。

在如图4所示的e-f阶段，利用储热模块100前序阶段储存的热量为温室供暖，直至其储存热值回落至第一阈值，且由于室外温度低于预设能耗温度平衡点，则将第一供能子模块410关闭，并将第二供能子模块420调整为激活待命状态。

在如图4所示的f-g阶段，按照使第二供能子模块420提供至储热模块100的热量与储热模块100释放到温室的热量(包括储热模块100自散发热量以及传热损失)基本维持平衡的方式来调整第二供能子模块420的输出功率。

在如图4所示的g-o阶段，当室外温度回升至预设能耗温度平衡点及以上时，将第二供能子模块420关闭，切换为通过第一供能子模块410提供热量补给，并按照使第一供能子模块410提供至储热模块100的热量与储热模块100释放到温室的热量基本相等的方式调整第一供能子模块410的输出功率，如维持上述的第二功率。

由于沙漠地区昼夜温差大导致热量在夜间散失较快，室内外温差会随着时间的推移而越来越大，直到夜半时分或者黎明前温度降到最低，使得很难将温室内部时刻保持在适宜的温度。为适应这种温度变化状态，保障温室作物夜间的生长生存需要，本发明中，以与供热机组的供热能耗相关的预设能耗温度平衡点为界限，在夜间温度下降波动时段，可以在预设能耗温度平衡点之前通过运行空气源热泵向室内提供热量补给以维持温室室内的预设温度；而到温度持续下降至低于预设能耗温度平衡点，使空气源热泵的供热效益逐渐下降至低于传统电暖设备时，控制器300便生成控制两种供热设备工作状态切换的指令，即控制空气源热泵停止工作而采取传统的电暖设备代替以维持预设温度，进而达到节省能源的目的。

如图5所示，本发明中，用于容置储热沙子的若干个储热模块100(或用于容置储热介质105的保温壳体101)可以彼此邻靠阵列在沙漠温室大棚周向，即若干储热模块100在横向和纵向上依次邻接组合形成用于阻挡沙漠风沙的“沙墙”；同时，组成“沙墙”的若干储热模块100作为沙漠温室的供热模块，用于向沙漠温室提供热量补给。具体地，相邻储热模块100(或用于容置储热介质105的保温壳体101)可以通过其内部换热盘管107的换热介质入口106和换热介质出口108相互流体地连通，以允许换热介质在各个储热模块100(或用于容置储热介质105的保温壳体101)中循环流动。或者，预设个数的储热模块100串联为储热单元，由预设个数的储热模块100串联组成的若干储热单元之间并联设置。

根据一种优选实施方式，储热模块100(或用于容置储热介质105的保温壳体101)底部可以构造为凹口形式，从而纵向的上下储热沙箱之间可以通过该凹口对接组合。若干储热模块100组合阵列在沙漠温室周向从而部分或全部地包围沙漠温室。更具体地，在将若干储热模块100组合成“沙墙”时，部分储热模块100可容置有储热沙子，如纵向上靠近中间的一层或多层的储热模块100，而其余储热模块100可作为空沙箱，如纵向和横向上处于外围的一个或多个储热模块100，从而外围的空沙箱可作为隔热部件，内层盛装有储热沙子的储热模块100可作为储热部件。

根据一种优选实施方式，本发明还提供一种基于沙漠温室组合供暖系统的供暖方法，该供暖方法可以包括如下步骤：

通过配置有含有沙子的储热介质105的储热模块100向沙漠温室提供热能；

提供能够独立地向储热模块100中的储热介质105提供可控热源的第一供能子模块410和第二供能子模块420；

基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

根据一种优选实施方式，基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节第一供能子模块410和第二供能子模块420针对储热模块100的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境可包括：

若室外温度高于预设能耗温度平衡点，启动第一供能子模块410向储热模块100中的含有沙子的储热介质105提供可控的第一热源以保持设定温度环境；

若室外温度不高于预设能耗温度平衡点，启动第二供能子模块420向储热模块100中的含有沙子的储热介质105提供可控的第二热源以保持设定温度环境。

根据一种优选实施方式，启动第一供能子模块410向储热模块100中的含有沙子的储热介质105提供可控的第一热源以保持设定温度环境可包括：

若储热模块100的储存热值低于第二阈值，控制器300按照使储热模块100的储存热值不低于第二阈值的方式控制第一供能子模块410以第一功率向储热模块100提供可控的第一热源；

若储热模块100的储存热值处于第二阈值，控制器300按照使储热模块100保持第二阈值的储存热值的方式控制第一供能子模块410以第二功率向储热模块100提供可控的第一热源。

根据一种优选实施方式，启动第二供能子模块420向储热模块100中的含有沙子的储热介质105提供可控的第二热源以保持设定温度环境可包括：

若储热模块100的储存热值高于第一阈值，控制器300将第二供能子模块420调整为激活待命状态，直至储热模块100的储存热值达到第一阈值，控制器300按照使储热模块100保持第一阈值的储存热值的方式控制第二供能子模块420以第三功率向储热模块100提供可控的第二热源。

根据一种优选实施方式，本发明中，预设能耗温度平衡点是与沙漠温室期望的设定温度阈值相关联地来确定的。具体而言，由于不同季节、不同时段和不同植物及其不同生长阶段等因素导致温室内部温度具有不确定性，因此设定温度阈值将鉴于上述因素之影响而有不同。为了维持不同的设定温度阈值，供热机组需要提供或产生不同能耗比的热量输出，以适宜不同设定温度阈值下的热量需求。除此之外，不同规格型号的供热机组将影响其供热效能，因此为维持相同的设定温度阈值，不同规格型号的供热机组的能耗比具有波动，从而导致不同供热机组具有相同能耗比之时对应的预设能耗温度平衡点也有所不同。

本领域技术人员应理解，只要能够实现本发明的目的，在上述各步骤前后或步骤之间还可包含其他步骤或操作，例如进一步优化和/或改善本发明所述的方法。此外，本发明所述的方法虽被显示和描述为按顺序执行的一系列动作，但是应当理解为该方法不受顺序的限制。例如，一些动作可以以与本文描述的顺序不同的顺序发生。或者，一个动作可以与另一个动作同时发生。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，包括：

储热模块(100)，用于向沙漠温室提供由含有沙子的储热介质(105)转换的热能；

供能模块(400)，包括能够独立地向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控热源的第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)；

控制器(300)，通信地耦合到所述供能模块(400)，配置为基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

2.根据权利要求1所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述控制器(300)基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境包括：

若室外温度高于所述预设能耗温度平衡点，所述控制器(300)启动所述第一供能子模块(410)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第一热源以保持所述设定温度环境；

若室外温度不高于所述预设能耗温度平衡点，所述控制器(300)启动所述第二供能子模块(420)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第二热源以保持所述设定温度环境。

3.根据权利要求1或2所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述控制器(300)启动所述第一供能子模块(410)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第一热源以保持所述设定温度环境包括：

若所述储热模块(100)的储存热值低于第二阈值，所述控制器(300)按照使所述储热模块(100)的储存热值不低于所述第二阈值的方式控制所述第一供能子模块(410)以第一功率向所述储热模块(100)提供可控的第一热源；

若所述储热模块(100)的储存热值处于第二阈值，所述控制器(300)按照使所述储热模块(100)保持所述第二阈值的储存热值的方式控制所述第一供能子模块(410)以第二功率向所述储热模块(100)提供可控的第一热源。

4.根据权利要求1～3任一项所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述控制器(300)启动所述第二供能子模块(420)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第二热源以保持所述设定温度环境包括：

若所述储热模块(100)的储存热值高于第一阈值，所述控制器(300)将所述第二供能子模块(420)调整为激活待命状态，直至所述储热模块(100)的储存热值达到第一阈值，所述控制器(300)按照使所述储热模块(100)保持所述第一阈值的储存热值的方式控制所述第二供能子模块(420)以第三功率向所述储热模块(100)提供可控的第二热源。

5.根据权利要求1～4任一项所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的供能模式的执行是以与所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)的储存热值相关的第一阈值为触发事件而启动的。

6.根据权利要求1～5任一项所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述预设能耗温度平衡点是与沙漠温室期望的设定温度阈值相关联地来确定的。

7.根据权利要求1～6任一项所述的沙漠温室组合供暖系统，其特征在于，所述第一供能子模块(410)为空气源热泵，所述第二供能子模块(420)为电暖设备。

8.一种沙漠温室组合供暖系统的供暖方法，其特征在于，包括：

通过配置有含有沙子的储热介质(105)的储热模块(100)向沙漠温室提供热能；

提供能够独立地向所述储热模块(100)中的所述储热介质(105)提供可控热源的第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)；

基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境。

9.根据权利要求8所述的供暖方法，其特征在于，所述基于室外温度信息与预设能耗温度平衡点的相关性动态地调节所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的供能模式以保持沙漠温室提供至植物的设定温度环境包括：

若室外温度高于所述预设能耗温度平衡点，启动所述第一供能子模块(410)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第一热源以保持所述设定温度环境；

若室外温度不高于所述预设能耗温度平衡点，启动所述第二供能子模块(420)向所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)提供可控的第二热源以保持所述设定温度环境。

10.根据权利要求8或9所述的供暖方法，其特征在于，还包括：

以与所述储热模块(100)中的含有沙子的储热介质(105)的储存热值相关的第一阈值为触发事件来执行所述第一供能子模块(410)和第二供能子模块(420)针对所述储热模块(100)的热源提供。