CN202503966U - 基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于太阳能及浅层地热能利用技术领域,尤其是涉及一种基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统。它解决了现有大棚系统供热成本高、供热效果差、能效比低等技术问题。本基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,包括设在太阳能集热器、地暖盘管系统和地下换热器系统,所述的太阳能集热器、地暖盘管系统和地下换热器系统分别与蓄热装置相连,所述的太阳能集热器上设有用于检测太阳能集热器内水温的温度传感器,所述的温度传感器能够检测到的太阳能集热器水温从而控制整个温室大棚系统工作。本实用新型具有节约能源,减少环境污染,特别能够根据区域和季节调整以满足不同供热需要,适用范围广等优点。

Description

基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统
技术领域
本实用新型属于太阳能及浅层地热能利用技术领域,涉及温室大棚系统,尤其是涉及一种基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统。
背景技术
土壤中的温度分布是大棚作物地下部分的环境要素之一。土壤温度可影响根系的生长发育和土壤中微生物的活动,由于各地的气候和土壤特性存在较大的差异,在高寒地区作物越冬,除了要有适宜的空气温度,而且还要有适宜的土壤温度。适宜的空气温度可通过建筑温室来解决,适宜的土壤温度则要通过对地下供热来解决。其中,最为节能环保的方式是通过太阳能对地下供热,然而,通常太阳能温室只对空气加热,空气的热容较小,因而不易保温,冬季尚须增加辅助的供热装置。目前,一般采用暖风炉进行加温,虽然可以满足加热和保温的要求,但是需要燃烧大量的燃料,燃料成本较大,增加了温室大棚的运行费用,严冬时室内地温不足.难以满足喜温蔬菜对温度的要求。
为了解决现有技术存在的问题,人们进行了长期的探索,提出了各种各样的解决方法,然而,已有的研究成果都存在一定的不足之处。例如,中国专利文献公开了一种温室大棚地热供热系统[申请号:201120132678.7],由散热器、循环泵、水箱、热交换器及联接管构成;散热器由若干串联的管子构成,散热器的一端口与循环泵的出口相联,循环泵的进口与水箱相通,散热器的另一端口通过联接管与热交换器的进水口相联,热交换器的出水口与水箱相联;水箱、循环泵、散热器、联接管及热交换器构成一封闭的循环系统;水箱上装有补水管及阀门;热交换器为一根蛇形管或螺旋管。散热器装在大棚棚架上,水箱放在大棚内,热交换器深埋在地下3米以下。
上述方案在一定程度上改进了现有技术,降低了燃料损耗,减少了运行成本,对环境的污染较小。然而,上述方案仅采用单一的地热供热系统,不能根据地域和季节的变化利用成本和污染都很小的太阳能,不能较好地节约能源,实际推广意义不大。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题,提供一种能够节约能源,减少环境污染,特别是能够根据区域和季节调整以满足不同市场需要,适用范围广的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统。
为达到上述目的,本实用新型采用了下列技术方案:本基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,包括设在温室大棚外的太阳能集热器、水平埋设在温室大棚地下的地暖盘管系统和埋设于地暖盘管系统下方的地下换热器系统,所述的太阳能集热器、地暖盘管系统和地下换热器系统分别与蓄热装置相连,在太阳能集热器与蓄热装置之间连接有第一水驱动机构和第一切换机构,在地暖盘管系统与蓄热装置之间连接有第二水驱动机构和第二切换机构,在地下换热器系统与蓄热装置之间连接有第三水驱动机构和第三切换机构,所述的太阳能集热器上设有用于检测太阳能集热器内水温的温度传感器,所述的温度传感器、第一水驱动机构、第一切换机构、第二水驱动机构、第二切换机构、第三水驱动机构和第三切换机构均与控制器相连且该控制器能根据温度传感器检测到的太阳能集热器水温控制整个温室大棚系统工作。
当传感器检测到太阳能集热器中的出水温度达到30度以上时,太阳能集热器与蓄热装置之间的第一切换机构连通,地暖盘管系统与蓄热装置之间的第二切换机构连通,地下换热器系统与蓄热装置之间的第三切换机构断开,此时通过蓄热装置进行蓄热,并由太阳能集热器采集的热量通过蓄热装置为地暖盘管系统供热。当传感器检测到太阳能集热器中的出水温度低于30度时,太阳能集热器与蓄热装置之间的第一切换机构断开,地下换热器系统与蓄热装置之间的第三切换机构、地暖盘管系统与蓄热装置之间的第二切换机构均连通,通过地下换热器系统向地暖盘管系统供热,从而保障作物生长所需的土壤温度。当然,在太阳能集热器中的出水温度低于30度但高于地暖盘管系统温度时,还可以由太阳能集热器和地下换热器系统同时为地暖盘管系统供热。此时,太阳能集热器与蓄热装置之间的第一切换机构连通,地下换热器系统与蓄热装置之间的第三切换机构连通,地暖盘管系统与蓄热装置之间的第二切换机构均连通;并且第一切换机构和第三切换机构可以根据地暖盘管系统的热量需求调整开度(即调整太阳能集热器和地下换热器系统向蓄热装置提供热量的比例),从而最大程度地利用太阳能,减少地热的使用,确保环境健康。冬季,大气温度较低,但部分时段地区有阳光,应加以利用,利用太阳能集热器供热,当太阳能集热器的供热能力不足时,开启地下换热器为地暖盘管提供热源,利用浅层地热能加热温室大棚。春季和秋季过渡季节,能够合理分配热源,白天主要采用太阳能供热,辅以地下换热器系统,晚上用地热能供热,深秋季节阳光较强烈时,也可利用白天的太阳能蓄热。
在上述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统中,所述的太阳能集热器与地下换热器系统之间连接有第四水驱动机构和第四切换机构,所述的第四水驱动机构和第四切换机构均与控制器连接。夏季时,由于地表温度较高,温室土壤具备作物生长的正常温度,此时开启第四水驱动机构和第四切换机构,同时关闭第一水驱动机构、第一切换机构、第二水驱动机构、第二切换机构、第三水驱动机构和第三切换机构,通过太阳能集热器直接给地下土壤蓄热,为冬季供热做好准备。
作为优选,在上述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统中,所述的第一水驱动机构、第二水驱动机构、第三水驱动机构和第四水驱动机构均为循环水泵。这里的第一水驱动机构、第二水驱动机构、第三水驱动机构和第四水驱动机构可以根据水驱动需要采取多种各样的结构形式,可以为相同的水驱动结构,也可以为不同的水驱动结构。
作为优选,在上述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统中,所述的第一切换机构、第二切换机构、第三切换机构和第四切换机构均为电磁阀。同样地,这里的第一切换机构、第二切换机构、第三切换机构和第四切换机构可以根据实际需要采取多种各样的结构形式。
在上述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统中,所述的温室大棚四周设有防寒沟。防寒沟的设置可以利用沟内填充隔热材料或沟中不对流空气,阻止温室大棚内地下热量扩散,减少蓄热损失。
在上述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统中,所述的太阳能集热器与温室大棚的面积比为1∶3至1∶6之间。为了达到更好的供热和节能效果,太阳能集热器与温室大棚应当选择合适的比例,如果太阳能集热器面积过小,可能导致供热能力不足,如果太阳能集热器面积过大,则会增加温室大棚系统的成本,太阳能集热器与温室大棚的面积比处于1∶3至1∶6之间时能够达到较好的效果,当太阳能集热器与温室大棚的面积比为1∶5时,本温室大棚系统的供热能效比最高。
与现有的技术相比,本基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统的优点在于:能够节约能源,减少环境污染,特别是能够根据区域和季节调整以满足不同市场需要,适用范围广的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统。
附图说明
图1是本实用新型提供的实施例1结构示意图。
图2是本实用新型提供的实施例2结构示意图。
图中,太阳能集热器1、温度传感器11、地暖盘管系统2、地下换热器系统3、蓄热装置4、控制器5、第一水驱动机构B1、第二水驱动机构B2、第三水驱动机构B3、第四水驱动机构B4、第一切换机构F1、第二切换机构F2、第三切换机构F3、第四切换机构F4。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示,本基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,包括设在温室大棚外的太阳能集热器1、水平埋设在温室大棚地下的地暖盘管系统2和埋设于地暖盘管系统2下方的地下换热器系统3,太阳能集热器1、地暖盘管系统2和地下换热器系统3分别与蓄热装置4相连,在太阳能集热器1与蓄热装置4之间连接有第一水驱动机构B1和第一切换机构F1,在地暖盘管系统2与蓄热装置4之间连接有第二水驱动机构B2和第二切换机构F2,在地下换热器系统3与蓄热装置4之间连接有第三水驱动机构B3和第三切换机构F3。太阳能集热器1上设有用于检测太阳能集热器1内水温的温度传感器11,温度传感器11、第一水驱动机构B1、第一切换机构F1、第二水驱动机构B2、第二切换机构F2、第三水驱动机构B3和第三切换机构F3均与控制器5相连且该控制器5能根据温度传感器11检测到的太阳能集热器1水温控制整个温室大棚系统工作。
作为优选,本实施例中的第一水驱动机构B1、第二水驱动机构B2和第三水驱动机构B3均为循环水泵,第一切换机构F1、第二切换机构F2和第三切换机构F3均为电磁阀。这里的第一水驱动机构B1、第二水驱动机构B2和第三水驱动机构B3可以根据水驱动需要采取多种各样的结构形式,可以为相同的水驱动结构,也可以为不同的水驱动结构;同样地,这里的第一切换机构F1、第二切换机构F2和第三切换机构F3也可以根据实际需要采取多种各样的结构形式。在温室大棚四周设有防寒沟,防寒沟的设置可以利用沟内填充隔热材料或沟中不对流空气,阻止温室大棚内地下热量扩散,减少蓄热损失。本实施例中太阳能集热器1与温室大棚的面积比为1∶5,这里的太阳能集热器1与温室大棚的面积比为1∶3至1∶6之间时能达到最佳的供热能效比。
本实用新型能够节约能源,减少环境污染,特别是能够根据区域、气候、阳光和季节调整供热状态。冬季供热时,当传感器5检测到太阳能集热器1中的出水温度达到30度以上时,太阳能集热器1与蓄热装置4之间的第一切换机构F1连通,地暖盘管系统2与蓄热装置4之间的第二切换机构F2连通,地下换热器系统3与蓄热装置4之间的第三切换机构F3断开,此时通过蓄热装置4进行蓄热,并由太阳能集热器1采集的热量通过蓄热装置4为地暖盘管系统2供热。当传感器5检测到太阳能集热器1中的出水温度低于30度时,太阳能集热器1与蓄热装置4之间的第一切换机构F1断开,地下换热器系统3与蓄热装置4之间的第三切换机构F3、地暖盘管系统2与蓄热装置4之间的第二切换机构F2均连通,通过地下换热器系统3向地暖盘管系统2供热,从而保障作物生长所需的土壤温度。当然,在太阳能集热器1中的出水温度低于30度但高于地暖盘管系统2温度时,还可以由太阳能集热器1和地下换热器系统3同时为地暖盘管系统2供热。此时,太阳能集热器1与蓄热装置4之间的第一切换机构F1连通,地下换热器系统3与蓄热装置4之间的第三切换机构F3连通,地暖盘管系统2与蓄热装置4之间的第二切换机构F2均连通;并且第一切换机构F1和第三切换机构F3可以根据地暖盘管系统2的热量需求调整开度(即调整太阳能集热器1和地下换热器系统3向蓄热装置4提供热量的比例),从而最大程度地利用太阳能,减少地热的使用,确保环境健康。
春季和秋季过渡季节,白天主要采用太阳能集热器1供热,辅以地下换热器系统2,晚上用地热能供热,深秋季节阳光较强烈时,也可利用白天的太阳能蓄热。夏季时,由于地表温度较高,温室土壤具备作物生长的正常温度,此时开启第一水驱动机构B1、第一切换机构F1、第三水驱动机构B3和第三切换机构F3,关闭第二水驱动机构B2和第二切换机构F2,通过太阳能集热器1直接给地下土壤蓄热,为冬季供热做好准备。
冬季,大气温度较低,但部分时段地区有阳光,应加以利用,利用太阳能集热器供热,当太阳能集热器的供热能力不足时,开启地下换热器为地暖盘管提供热源,利用浅层地热能加热温室大棚。春季和秋季过渡季节,能够合理分配热源,白天主要采用太阳能供热,辅以地下换热器系统,晚上用地热能供热,深秋季节阳光较强烈时,也可利用白天的太阳能蓄热。
实施例2:
如图2所示,本实施例中太阳能集热器1与地下换热器系统3之间连接有第四水驱动机构B4和第四切换机构F4。第四水驱动机构B4和第四切换机构F4均与控制器5连接。第四水驱动机构B4为循环水泵;第四切换机构F4为电磁阀。本实施例的其余结构均与实施例1类同。本实施例的主要特点在于:具有两种向土壤直接蓄热的方式。
第一种方式与实施例1类同,即开启第一水驱动机构B1、第一切换机构F1、第三水驱动机构B3和第三切换机构F3,关闭第二水驱动机构B2和第二切换机构F2,通过太阳能集热器1直接给地下土壤蓄热。此时,第四水驱动机构B4和第四切换机构F4处于关闭状态。通过太阳能集热器1经蓄热装置4给地下土壤蓄热,为冬季供热做好准备。
第二种方式为开启第四水驱动机构B4和第四切换机构F4,同时关闭第一水驱动机构B1、第一切换机构F1、第二水驱动机构B2、第二切换机构F2、第三水驱动机构B3和第三切换机构F3,通过太阳能集热器1直接给地下土壤蓄热,为冬季供热做好准备。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了太阳能集热器1、温度传感器11、地暖盘管系统2、地下换热器系统3、蓄热装置4、控制器5、第一水驱动机构B1、第二水驱动机构B2、第三水驱动机构B3、第四水驱动机构B4、第一切换机构F1、第二切换机构F2、第三切换机构F3、第四切换机构F4等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质,把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (6)

1.一种基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,本温室大棚系统包括设在温室大棚外的太阳能集热器(1)、水平埋设在温室大棚地下的地暖盘管系统(2)和埋设于地暖盘管系统(2)下方的地下换热器系统(3),所述的太阳能集热器(1)、地暖盘管系统(2)和地下换热器系统(3)分别与蓄热装置(4)相连,在太阳能集热器(1)与蓄热装置(4)之间连接有第一水驱动机构(B1)和第一切换机构(F1),在地暖盘管系统(2)与蓄热装置(4)之间连接有第二水驱动机构(B2)和第二切换机构(F2),在地下换热器系统(3)与蓄热装置(4)之间连接有第三水驱动机构(B3)和第三切换机构(F3),所述的太阳能集热器(1)上设有用于检测太阳能集热器(1)内水温的温度传感器(11),所述的温度传感器(11)、第一水驱动机构(B1)、第一切换机构(F1)、第二水驱动机构(B2)、第二切换机构(F2)、第三水驱动机构(B3)和第三切换机构(F3)均与控制器(5)相连且该控制器(5)能根据温度传感器(11)检测到的太阳能集热器(1)水温控制整个温室大棚系统工作。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,所述的太阳能集热器(1)与地下换热器系统(3)之间连接有第四水驱动机构(B4)和第四切换机构(F4),所述的第四水驱动机构(B4)和第四切换机构(F4)均与控制器(5)连接。
3.根据权利要求2所述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,所述的第一水驱动机构(B1)、第二水驱动机构(B2)、第三水驱动机构(B3)和第四水驱动机构(B4)均为循环水泵。
4.根据权利要求2或3所述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,所述的第一切换机构(F1)、第二切换机构(F2)、第三切换机构(F3)和第四切换机构(F4)均为电磁阀。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,所述的温室大棚四周设有防寒沟。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于太阳能和浅层地热能的农业温室大棚系统,其特征在于,所述的太阳能集热器(1)与温室大棚的面积比为1∶3至1∶6之间。
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