CN204762526U - 太阳能和地热能复合温室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了太阳能和地热能复合温室，其包括太阳能聚热器、地下步进异态交互储能系统和温室，太阳能聚热器通过管道与地下步进异态交互储能系统连通后形成蓄能循环系统，地下步进异态交互储能系统、进风管道、出风管道和温室连通后形成暖风输送系统。那么在夏天或者白天的时候，通过太阳能聚热器将太阳能储存在地下步进异态交互储能系统中，在冬天或者夜晚的时候，通过暖风输送系统将暖风输送到温室中，保证温室一年四季都处于正常工作状态；减轻对土壤热响应能力的要求，通过较高频率的蓄放热提供土壤蓄能的恢复能力，解决了土壤由于冬夏季负荷不匹配造成的冷热堆积问题，增加土壤长期使用的能力，减少对土壤的平衡的破坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能应用领域的一种太阳能和地热能复合温室。
背景技术
太阳能本身的不连续（阴晴，日夜），加上供热空调使用的不连续（上下班，工作日/周末等），使得太阳能空调系统的蓄能显得尤为重要。而蓄能的手段选择也对系统的经济性构成很大影响。现有的一般是采用水储能或者地源热泵系统储能。地源热泵系统是利用土壤作为低温热源，由热泵机组及其配套设备所构成的完整系统，冬季从土壤中提取热量并通过热泵机组升温为建筑物供暖，夏季将室内温度较高的热量转移到土壤中并向室内释放温度较低的热量的可再生能源暖通空调系统，并利用土壤蓄能。然而在实际的使用过程中，如果单纯从地下取冷，45天或者3个月以后，地下温度将超过37℃，地源传热恶化，不再适合进行空气调节，可能频繁出现停机保护。如果单纯从地下取热，两个月后，埋地换热器附近的地下温度将减少到不足20℃。为了保护好地源，使其成为可持续利用的土壤源，从地下取冷量和从地下取热量应该相对平衡。采用地下热源泵储能存在以下缺点：1）、对土壤中蓄能期待过高，以未经使用的土壤温度作为长期可保持的温度看待；2）、土壤中所蓄冷量迅速衰竭，系统在空调季节后期出现能耗过大、甚至频繁停机保护的现象；3）系统在长年运行后出现能效比逐年下降，无法保证使用的现象。现有的技术中，为克服上述状况不得不加大埋管数量，以及主机功率，以按照最不利情况满足使用需求。然而夏季冷凝温度过高和冬季蒸发温度过低都是目前无法避免的技术问题。如何改进上述问题，实现太阳能的储能，实现空调系统的持续运行，并用于温室是急需研究的方向。
实用新型内容
本实用新型的目的，在于提供一种太阳能和地热能复合温室。
本实用新型解决其技术问题的解决方案是：太阳能和地热能复合温室，其包括太阳能聚热器、地下步进异态交互储能系统、温室、进风管道和出风管道，所述太阳能聚热器通过管道与地下步进异态交互储能系统连通后形成蓄能循环系统，所述地下步进异态交互储能系统、进风管道、出风管道和温室连通后形成暖风输送系统。
作为上述技术方案的进一步改进，所述地下步进异态交互储能系统包括由土壤围绕而成的步进异态导热储能腔，所述步进异态导热储能腔内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器，所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与外界连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述地下步进异态交互储能系统包括由土壤围绕而成的步进异态导热储能系腔，所述步进异态导热储能系腔内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器，部分所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与太阳能聚热器并联，余下的部分所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与温室连通。
作为上述技术方案的进一步改进，所述相变储能材料与土壤之间均设置有异态步进导热区及绝热层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述交互热交换器包括两根平行设置的传热管以及多根平行设置在两根传热管之间的循环管。
作为上述技术方案的进一步改进，多组所述交互热交换器平行布置在相变储能材料内。
作为上述技术方案的进一步改进，相邻的两组所述交互热交换器中的循环管错位布置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述温室与其下方的土壤之间设有异态步进导热区及绝热层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述温室内布置有塑料薄膜送风通道，所述塑料薄膜送风通道的一端安装在所述出风管道的出口外侧，或塑料薄膜送风通道的一端伸入所述出风管道的出口，塑料薄膜送风通道中靠近出风管道的一侧分布的出风孔比其远离出风管道的一侧分布的出风孔疏远。
作为上述技术方案的进一步改进，所述蓄能循环系统内设有第一循环泵，所述第一循环泵位于太阳能聚热器的进口与地下步进异态交互储能系统的出口之间的管道上，所述进风管道安装有第二循环泵。
作为上述技术方案的进一步改进，所述地下步进异态交互储能系统还设有用于补充热源的天然气锅炉或者电加热设备或者空气能热泵系统。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置地下步进异态交互储能系统，那么在夏天或者白天的时候，通过太阳能聚热器将太阳能储存在地下步进异态交互储能系统中，在冬天或者夜晚的时候，通过暖风输送系统将暖风输送到温室中，保证温室一年四季都处于正常工作状态；通过建立地下步进异态交互储能系统，减轻对土壤热响应能力的要求，通过较高频率的蓄放热提供土壤蓄能的恢复能力，尤其是在日夜交替方式，还有，解决了土壤由于冬夏季负荷不匹配造成的冷热堆积问题，增加土壤长期使用的能力，减少对土壤的平衡的破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型中地下步进异态交互储能系统的结构示意图；
图3是本实用新型中交互热交换器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
参照图1～图3，太阳能和地热能复合温室，其包括太阳能聚热器1、地下步进异态交互储能系统2、温室5、进风管道3和出风管道4，所述太阳能聚热器1通过管道与地下步进异态交互储能系统2连通后形成蓄能循环系统，所述地下步进异态交互储能系统2、进风管道3、出风管道4和温室5连通后形成暖风输送系统。
通过设置地下步进异态交互储能系统2，那么在夏天或者白天的时候，通过太阳能聚热器1将太阳能储存在地下步进异态交互储能系统2中，在冬天或者夜晚的时候，通过暖风输送系统将暖风输送到温室5中，保证温室5一年四季都处于正常工作状态；通过建立地下步进异态交互储能系统2，减轻对土壤热响应能力的要求，通过较高频率的蓄放热提供土壤蓄能的恢复能力，尤其是在日夜交替方式，还有，解决了土壤由于冬夏季负荷不匹配造成的冷热堆积问题，增加土壤长期使用的能力，减少对土壤的平衡的破坏。
进一步作为优选的实施方式，所述地下步进异态交互储能系统2包括由土壤20围绕而成的步进异态导热储能腔22，所述步进异态导热储能腔22内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器23，所述交互热交换器23的进口端和出口端穿过土壤后与外界连通。
进一步作为优选的实施方式，所述地下步进异态交互储能系统2包括由土壤20围绕而成的步进异态导热储能系腔22，所述步进异态导热储能系腔22内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器23，部分所述交互热交换器23的进口端和出口端穿过土壤20后与太阳能聚热器1并联，余下的部分所述交互热交换器23的进口端和出口端穿过土壤20后与温室5连通。通过相变蓄热后将热量储能起来。相变蓄热是依靠物质相变过程（固－液态转化）中必须吸收或放出大量相变潜热的物理现象进行能量的存储和释放。由于单位体积的相变蓄热材料能够蓄存的能量远远大于单位体积的显热蓄能材料能够承受的范围，因此相变蓄热材料具有极大的应用范围。
通过在地表浅层的土壤20内部挖出一个步进异态导热储能系腔22，充分利用公共空间浅层土壤20，避免岩石打井，不占用室内空间，并在步进异态导热储能系腔22内填充满相变储能材料，通过交互热交换器23将太阳能的热量储存在步进异态导热储能系腔22中的相变储能材料中，减轻对土壤20热响应能力的要求，通过较高频率的蓄放热提供土壤20蓄能的恢复能力，尤其是在日夜交替方式，调节土壤20温度方便，还有，解决了土壤20由于冬夏季负荷不匹配造成的冷热堆积问题，冬夏季均无明显缺点，增加土壤20长期使用的能力，减少对土壤20的平衡的破坏。
进一步作为优选的实施方式，所述相变储能材料与土壤20之间均设置有异态步进导热区及绝热层21。通过在土壤20和相变储能材料之间设置绝热层21后防止热量通过土壤20散发出去，降低热量的损耗。
进一步作为优选的实施方式，所述交互热交换器23包括两根平行设置的传热管24以及多根平行设置在两根传热管24之间的循环管25。其中一根传热管24为交互热交换器23的进口端，另一根传热管24为交互热交换器23的出口端，通过循环管25实现将从传热管24的热量交换到相变储能材料。或者，在热量输出时，热量从相变储能材料中交换到循环管25后从传热管24中传递外界。传热管24的一端穿过土壤20后与外界连通，当然传热管24也穿过绝热层21。其中一根传热管24为交互热交换器23的进口端，另一根传热管24为交互热交换器23的出口端。所述传热管24插入所述步进异态导热储能系腔22内部的部分外表面包裹有相变储能材料，所述循环管25的外表面包裹有相变储能材料，便于热交换。
进一步作为优选的实施方式，多组所述交互热交换器23平行布置在相变储能材料内。
进一步作为优选的实施方式，相邻的两组所述交互热交换器23中的循环管25错位布置。过错位布置不同组的循环管25，使得热传递时，热量传递均匀，快速，避免同一位置的相变储能材料中的使用过度，进而提高整个相变储能材料的使用率以及使用寿命。
进一步作为优选的实施方式，所述温室5与其下方的土壤20之间设有异态步进导热区及绝热层21。通过在温室5和其下方的土壤20之间设有绝热层21，那么在冬天的时候，可以防止热量从温室5下方的土壤20中流失，降低温室5在冬季使用时的能耗。
进一步作为优选的实施方式，所述温室5内布置有塑料薄膜送风通道8，所述塑料薄膜送风通道8的一端安装在所述出风管道4的出口外侧，或塑料薄膜送风通道8的一端伸入所述出风管道4的出口，塑料薄膜送风通道8中靠近出风管道4的一侧分布的出风孔比其远离出风管道4的一侧分布的出风孔疏远。通过塑料薄膜送风通道8将暖风均匀分布到整个温室5中。对于作物悬挂在温室5内，塑料薄膜送风通道8位于作物的下方；对于作物放置在温室5的地面上，塑料薄膜送风通道8位于作物的旁。
进一步作为优选的实施方式，所述蓄能循环系统内设有第一循环泵6，所述第一循环泵6位于太阳能聚热器1的进口与地下步进异态交互储能系统2的出口之间的管道上，所述进风管道3安装有第二循环泵7。当然还设置相应的控制系统，通过控制系统控制第一循环泵6和第二循环泵7的开闭，控制蓄能循环系统和暖风输送系统的开闭，以适应白天与晚上的交替或者夏天与冬天的交替。
进一步作为优选的实施方式，所述地下步进异态交互储能系统2还设有用于补充热源的天然气锅炉或者电加热设备或者空气能热泵系统。通过能源补充，使得温室5适应多种环境的使用。
相变储能材料由以下质量份数的原料均匀混合后干压而成：480-520份的氯化石蜡、80-120份的金属化合物、380-420份的非金属添加剂、3800-4200份的石墨。述相变储能材料具有以下优点：1、储热密度大，能够通过相变在恒温条件下吸收或释放大量的热能；2、稳定性好，不易发生离析现象；3、无毒、无腐蚀、不易燃易爆，且价格较低廉；4、导热系数大，能量可以及时的储存或取出，导热系数可以达到610-617W/m·K；5、具有合适的使用温度；6、生产成本低。
以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (11)
1.太阳能和地热能复合温室，其特征在于：其包括太阳能聚热器、地下步进异态交互储能系统、温室、进风管道和出风管道，所述太阳能聚热器通过管道与地下步进异态交互储能系统连通后形成蓄能循环系统，所述地下步进异态交互储能系统、进风管道、出风管道和温室连通后形成暖风输送系统。
2.根据权利要求1所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述地下步进异态交互储能系统包括由土壤围绕而成的步进异态导热储能腔，所述步进异态导热储能腔内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器，所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与外界连通。
3.根据权利要求1所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述地下步进异态交互储能系统包括由土壤围绕而成的步进异态导热储能系腔，所述步进异态导热储能系腔内填充满相变储能材料，所述相变储能材料内镶嵌有交互热交换器，部分所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与太阳能聚热器并联，余下的部分所述交互热交换器的进口端和出口端穿过土壤后与温室连通。
4.根据权利要求2所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述相变储能材料与土壤之间均设置有异态步进导热区及绝热层。
5.根据权利要求2或3或4所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述交互热交换器包括两根平行设置的传热管以及多根平行设置在两根传热管之间的循环管。
6.根据权利要求5所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：多组所述交互热交换器平行布置在相变储能材料内。
7.根据权利要求6所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：相邻的两组所述交互热交换器中的循环管错位布置。
8.根据权利要求2或3或4所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述温室与其下方的土壤之间设有异态步进导热区及绝热层。
9.根据权利要求1所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述温室内布置有塑料薄膜送风通道，所述塑料薄膜送风通道的一端安装在所述出风管道的出口外侧，或塑料薄膜送风通道的一端伸入所述出风管道的出口，塑料薄膜送风通道中靠近出风管道的一侧分布的出风孔比其远离出风管道的一侧分布的出风孔疏远。
10.根据权利要求1所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述蓄能循环系统内设有第一循环泵，所述第一循环泵位于太阳能聚热器的进口与地下步进异态交互储能系统的出口之间的管道上，所述进风管道安装有第二循环泵。
11.根据权利要求1或2或3所述的太阳能和地热能复合温室，其特征在于：所述地下步进异态交互储能系统还设有用于补充热源的天然气锅炉或者电加热设备或者空气能热泵系统。
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| CN105009998A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-11-04 | 栗世芳 | 太阳能和地热能复合温室 |
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