CN1300181A - 温室 - Google Patents

Abstract

一种温室,包括一个基底(23)、不透光且绝热的侧壁(24)以及一个透明的屋顶,其特征在于:温室(3)的屋顶是由多条纵长的、近乎为平板的板条(2)组成的,这些板条是不透明的,并可绕其纵长方向上的一条轴线转动,因而,当它们都转到水平或平放状态时,就使得温室(3)的顶面实际上成为不透光的了;该温室还设置了用于转动这些板条(2)的装置(27—30)。

Description

温室

一种温室或暖房，它由基底、不透光且绝热的侧壁、以及一个透光的屋顶围成。

普通温室的侧壁和屋顶主要是由玻璃、合成材料等透明材料制成的。

这种温室基于这样的工作原理：穿过所说这些材料进入到温室中的太阳光在被温室中的地表或植物反射之后，波长会发生改变，而太阳光线在波长改变之后就不能穿过所说材料，因而热量就会聚集在温室中。

当太阳光很强烈时，温室内的温度会升得很高，这可通过在屋顶上铺设调光板(light-tempering mat)来削弱太阳光线的入射。

尽管这种温室在温带气候区有很好的使用效果，但它们却不适合用在沙漠等日照量很大的地区。

现有技术中已知的是：在这些地区可建造这样一种温室，其侧壁是不透明且绝热的，但却在透明顶上设置了可折迭垫板，这些垫板上带有例如为铝质的反射层，该反射层只允许限量的光线透过。

但这种可折迭垫板的价格相对较高，且不能挡住紫外线，还需要定期更换。

此外，即使设置了这些垫板，温室仍然需要进行冷却。而诸如空气冷却等冷却措施都要额外消耗一定的能源，因而在成本上是不经济的。此外，要实现整个温室的均匀冷却也是相当困难的。

本发明致力于设计一种温室，其克服了上述、以及其它一些未提到的缺点，从而在成本上相对较便宜，这种温室还可以用尽可能少的能量消耗实现温室中良好而又均匀的温度调节。

该发明目的按照本发明如下的设计可得以实现：在本发明中，温室的屋顶是由多条纵长的、近乎为平板的板条组成的，这些板条是不透明的，并可绕其纵长方向上的一条轴线转动，因而，当它们都转到水平或放倒状态时，就使得温室的屋顶实际上成为不透光的了；本发明还提供了用于转动这些板条的装置。

用来转动板条的那些装置可使各个板条单独转动、或几个板条成组进行转动、或所有的板条一起进行转动。

板条最好是绕其宽度二等分处的一条轴线转动。

温室的屋顶在一般设计成是平面，并保持水平状态。

板条的底面以漫反射的形式对光线进行反射。

板条的顶面最好是反射面，这也就意味着板条是长条平面镜。

因而上述板条的转动装置同时也是使条镜朝向太阳的装置。

这些条镜最好被布置在东西方向上，因而可随着季节的变化而跟踪太阳的运动。

上述板条为条镜的温室尤其适于用在蒸汽发生装置中，该装置所产生的蒸汽可用来推动蒸汽轮机进行发电，或用在一个蒸发器中来淡化海水，由此，在条镜的上方至少要设置一个集热器，在该集热器中流体被加热成蒸汽。

可贯穿温室设置一条管道，冷却水和/或所生产出的淡水流经该管道来对温室进行加温；和/或通过和该管道相连的喷洒器来灌溉温室中的植物；或调节温室中的湿度保持在理想的水平上。

为了更好地解释本发明的各个技术特征，下文参照附图对本发明所设计温室的最佳实施例展开描述，但这些实施例只作为示例，在任何意义上都是非限定性的，在附图中：

图1示意性地表示了一个太阳能装置，按照本发明设计的温室是该装置的一个部件；

图2是图1所示装置中本发明所设计温室的断面结构示意图；

图3是一个类似于图2的断面视图，但却对应于条镜在另一状态时的情形；

图4以放大的比例详细表示了图3中的F4区域；

图5、6和7示意地表示了温室上的条镜在一天中三个不同时刻时的状态。

图1示意表示的太阳能装置包括一个用来产生蒸汽的装置1，其主要包括几组(在图中所示的示例中为三组)并排布置的、可转动的条状平面镜2，由这些条镜形成了温室3的屋顶，一个集热器4-5，位于每组条镜2上方、且凹口朝向平面条镜2的曲面镜4，以及一条在接续在一起的曲面镜4下方延伸的热管5。

条镜2的纵长轴线位于东西方向，并能绕一条几何轴线转动，其中的轴线在条镜的宽度中央位置并沿其纵向延伸。

集热器4-5平行于条镜2的纵长方向。

下文将结合温室3的构造和工作原理对条镜2结构及其转动情况作进一步的详细介绍。

热管5接在一条带有一个水泵7的供水管6的下游方向，但接在蒸汽管8的上游位置。

蒸汽管8一方面经一条第一支管9和供水管6接通，在第一支管9中依次设置了一个管阀10、一个蒸汽轮机11、一个冷凝器13以及一个第二管阀14，其中的蒸汽轮机11和一个发电机12连接；在另一方面，蒸汽管8还和一条第二支管15相连，在第二支管15中依次设置了一个管阀16、一个蒸发器17和一个第二管阀18。

一条次级管路19流经蒸发器17，在次级管路19中设置了一个冷凝器20，次级管路还通向一条沿温室3设置的输送管21，而冷却管22则从冷凝器20中穿过。

下文将描述这样一种装置1是如何产生并利用蒸汽来工作的。

形成温室3屋顶的条状平面镜2将会聚的太阳辐射反射到竖在它们上方的曲面镜4上，由它再将辐射反射到热管5上。

因而，连续曲面镜4下方热管5中的水就被进行了加热，水受热蒸发形成蒸汽，而蒸汽又被加热成过热蒸汽。

该过热蒸汽经蒸汽管8以一定的分配比例流向支管9和15，其中的分配比例是由各个管阀10、14、16、18的开度而决定的。

支管9中的蒸汽推动蒸汽涡轮11作功，驱动发电机12发电，而作功后的冷凝蒸汽则经供水管6流回到热管5中，被重新加热成过热蒸汽。

支管15中的蒸汽可使得由管路19输入的海水在蒸发器17中被蒸发。而此处所产生的水蒸汽则在冷凝器20中冷凝成淡水，淡水随后被送到输送管21中。

本发明的特征之处在于，虽然温室3的结构类似于常说的人工育苗室，但其区别于现有技术的主要之处在于该温室的所有能量都是由太阳能来提供的，温室内的光线也不是由灯照产生，而是采用太阳光。

如图2和图3表示，与育苗室一样，每个温室3都包括一个基底23和四面直立的侧壁24，侧壁是不透明的，并高度绝热。

如上文所提到的那样，每个温室3的屋顶都是由一组条镜2组成的。

每个条镜2都是一个宽度例如为50厘米、长度为10米左右的窄条25，其上表面为例如贴了一层反射箔或镀了一层反射层的反光面，其下底面例如是镀了一个光散射镀层，对光线进行漫反射。

如图4详细所示的那样，窄条25的底面固定在一个支撑管26上，该支撑管26以轴承安装的方式安装在一个构架的几个地方，其中的安装方式在图中并没有表示出来。

在一台电机27经传动机构的驱动下，条镜2可绕其纵长方向的一条轴线转动，或者是一起进行转动、或者是单个转动、但最好是几个条镜(例如为四个)成组进行转动，所说的转动轴线和支撑管26的轴线是重合的。在所给出的实施例中，其中的传动机构包括一条皮带28，皮带28张压在支撑管26一端上的皮带轮29和电机27轴的皮带轮30上。

电机27由一个控制装置进行控制，这样就使得条镜2能始终将它们的上反射面朝向太阳，并将光线反射到曲面镜4上，但也可根据需要采用本实施例之外的其它方式。

这样，条镜2就能跟随太阳的运动，也就是说，由于它们是以东西方向排列的，因而伴随太阳位置的季节性改变，它们在冬季和夏季时有46度的仰角变化。

图2和图3表示了在纬度为30°地区时的情况。如图2所示，在初冬季节，太阳入射线和天顶线所成的夹角为53°，而在初夏时节，如图3所示，太阳光和所说天顶线的夹角仅为7°。

因而在该纬度地区，太阳终年位于天顶线的一侧。因而在东西方向上延伸的唯一一个集热器4-5应布置在组成屋顶的条镜组2中最北端条镜的正上方。

很显然，某些将太阳辐射反射到集热器4-5上的条镜2是要进行转动的。

这就意味着如同图4中用点划线31所表示的那样，太阳光可穿过两个相邻条镜2在转动后形成的缝隙直射到温室3中。点划线31之间的距离代表照射到温室3内的光束的宽度。

如图4中的箭头32所示，散射光也可以从相邻的条镜2之间透入。

当相邻的两个条镜2处于水平状态时，实际上它们就对接在了一起，因而无论是直射光、还是散射光都不能经它们之间射入到温室3中。

在每个温室3中都延伸了一条管道33，其通过一个水泵34和输送管21相连通。在温室3内，这些管道33上设置了喷水量可调的、朝向下方的喷洒器35和朝向上方的喷洒器36。此外，某些管道33上还设置了翅片37，用于和温室3中的空间进行热交换。

在屋顶的下方布置了一种灯管装置38，这种灯管是专为促进植物生长而设计的。

这些灯管装置带有朝向上方的反光罩，因而灯管38发出的光线将被反射向屋顶，从而也射向条镜2。

在下文描述上述温室3的工作过程。

在清晨的时候，太阳非常贴近地平线的高度，此时的太阳辐射能量不足以在热管5中产生过热蒸汽。

因而，所说的太阳辐射被完全照射到温室3中的植物上，所有条镜2都处于如图5示意表示的那样几乎为垂直的定位状态。由于条镜2的背面可对光线执行漫反射，因而，光辐射是以散射的形式照射到温室3中的。

一旦太阳辐射能可以产生足够的蒸汽，条镜2就进行转动，将太阳辐射反射到集热器4-5上，并先将管阀10和14打开，如果所产生的蒸汽量还足够使蒸发器17开始工作，则管阀16和18也随后被打开。

在中午时，由于太阳位于其一天中距离地平线的最高点，则如果为初冬季节，条镜2就处在图2所示的状态，如果为初夏季节，就处于图3所示的状态。

在两个转开的条镜2之间，将会有少部分直射光照射到温室3中，而在温室3内弥散的光线大部分是散射光。而且，对大多数植物来说，太强的直射光是不利于光合作用的。

如果所有的太阳辐射都直射到温室3中的植物上，则这些植物将会被灼伤。举例来说，喜阴植物只需要200到300瓦/平方米的辐射量，而在沙漠地区，太阳的辐射量却可高达1000瓦/平方米。

应当注意到，在冬季时，条镜2的平均倾斜角要大于在夏季的平均倾斜角，因而在冬季时，尽管日照时间变短，但由于和夏季时相比有更多的散射光进入到温室3中，因而夏季时的总散射辐射量和在冬季时相比并没有明显的区别。

条镜2的表面积为大余量设计，因而在一天中的大部分时间段内、尤其是在正午时分，条镜2所反射的太阳辐射要大于产生蒸汽所需要的能量。

通过依次将各组中的那几个条镜2转到近乎垂直的状态，该热量冗值被避免传递到集热器4-5上，而是导入到温室3的内部，其中的部分能量属于散射光。图6示意地表示了条镜的状态，所说各组中条镜的数目在所给出的示例中为四个。

通过条镜2上可对光线进行散射的底面，大量的散射光就能从所说条镜2之间的缝隙进入到温室3的内部空间。这样就有足够的能量进入到温室3中，使植物发生最佳的光合作用。

通过依次或顺序地转动其它条镜2，温室3的各个部分都能被依次照射到。

在夜间，所有形成温室3屋顶的条镜2都如图7所示意表示的那样，转成水平状态，这样就使温室3内部空间的热量尽可能少地散失到外界。植物由灯管38进行照射，灯管38的光线被条镜2可散射光线的底面漫反射到上述的空间内。

此时，用于推动蒸汽轮机11和进行海水淡化的蒸汽就是用一个蒸汽锅炉以常规的方式来产生了。

由于总的能量消耗在夜间要小于在白天，因而很容易分出部分电流来点亮灯管38。

由于入射光线主要是以散射光的形式进入、并散布到一个很大的面内，因而温室3空间内的温度很难升上去。而且，输入热或释出热所处的位置距离基底23相对较远，例如为四米，因而热量可从转开后的条镜2间的缝隙很快地散失出去。

因而，一旦有太多的热量从温室空间中散失出去，则需要对温室进行加热来保持最佳光合作用所需要的温度。

可利用管道33从输送管21中泵取淡化水到温室3中来进行加温，其中的管道33带有翅片37。输送管21中的水流是从冷凝器20获得的蒸汽冷凝水，它们是由例如为30℃到35℃的海水冷凝形成的，冷凝水的温度在40℃左右或更高。

这股水流在必要的时候还通过管道33上的遥控调节喷洒器35来灌溉植物，通过遥控调节喷洒器36则可将温室3中的湿度调节到理想的水平。

所有剩余的水流都可用于冷却冷凝器13或蒸汽涡轮机11。

这样，在白天时，温室3除了太阳能之外不再消耗其它形式的能源。整个装置1甚至还能盈余相当数量的电力，剩余的电力可用来作任何工作，例如提供空调所需能量。该装置还制造了植物生长所需的淡水。

因而，整个系统是非常经济的，植物的最佳生长条件也可以容易地获得保证。

很显然，温室3的数目并不仅限于三个，可以用这种方式建造几公顷大的温室区。

每个温室的屋顶并不一定只包括一组条镜2。每个温室3的屋顶可以是由几组条镜2组成；同样，也可以用一组条镜2来充当几个温室3的屋顶。

集热器4-5也并不需要必须布置在尽头处条镜2的上方。在一组条镜2上方同样还可竖立多个集热器4-5。

条镜2也并不必须要定位在东西向。它们的纵长方向同样也可以朝向南北方向，在这种情形下，用于产生蒸汽的条镜2在一天之中就随太阳的升落而转动。

在此情况中，各组条镜2同样是依次转动的，因而不会将所有的光线都反射向集热器4-5，而是还向温室3中折射散射光线。

虽然将温室3用在产生蒸汽的装置1中是非常有利的，但这种情况并不是绝对必须的，其中所说蒸汽在需要的时候可被用来发电或制造淡水，电力用于向温室3中设备等装置供电。条镜2也可用其它的板条来替代，它们的顶面可不具有反射性的。

本发明在任何意义上都不仅限于上述附图中表示的那些实施方式，恰恰相反，在本发明的范围内，这种温室可以有各种各样的变型。

Claims (10)

1．一种温室，包括一个基底(23)、不透光且绝热的侧壁(24)以及一个透明的屋顶，其特征在于：温室(3)的屋顶是由多条纵长的、近乎为平板的板条(2)组成的，这些板条是不透明的，并可绕其纵长方向上的一条轴线转动，因而当它们都转到其水平或平放状态时，就使得温室(3)的顶面实际上成为不透光的了；而且还设置了用于转动这些板条(2)的装置(27-30)。

2．根据权利要求1所述的温室，其特征在于：用来转动板条(2)的装置(27-30)可以使各个板条单独转动、或几个板条成组进行转动、或所有的板条一起进行转动。

3．根据权利要求1或2所述的温室，其特征在于：板条(2)可绕其宽度中位线进行转动。

4．根据上述权利要求之一所述的温室，其特征在于：所述的屋顶是一个平面并且水平的。

5．根据上述权利要求之一所述的温室，其特征在于：板条(2)的底面是光线漫反射面。

6．根据上述权利要求之一所述的温室，其特征在于：板条的顶面是反射面，这也就意味着板条是长条平面镜(2)，而且板条的所述转动装置(27-30)还是使条镜(2)朝向太阳的装置。

7．根据权利要求6所述的温室，其特征在于：条镜被布置在东西方向上，因而可随着季节的变化而跟踪太阳的运动。

8．根据权利要求6或7所述的温室，其特征在于：温室是一个蒸汽发生装置(1)的部件，其中所产生的蒸汽可用于蒸汽轮机(11)来发电和/或用于一个蒸发器(17)中来淡化海水，因而在条镜(2)的上方设置了至少一个集热器(4-5)，流体在该集热器中被加热成蒸汽。

9．根据权利要求8所述的温室，其特征在于：设置了一条穿过温室的管道(33)，冷却水和/或所生产的淡水流经该管道来对温室(3)加温、和/或通过连接到该管道上的喷洒器(35-36)来灌溉温室中的植物、或将温室(3)中的湿度保持在一个理想的水平上。

10．根据权利要求2、5或8所述的温室，其特征在于：其中用于转动温室(3)的条镜(2)的装置(27-30)受一个控制装置的控制，因而当太阳的辐射量很小时，条镜被转向直立位置，使得光线通过所说条镜(2)上漫反射面的一侧被散射到温室(3)内，而当太阳的辐射量足以产生蒸汽时，条镜被转向太阳和集热器(4-5)，并还可能使各组条镜(2)依次转到直立位置，从而也将太阳辐射以散射光的形式射入到温室(3)中。

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