CN207948341U - 可调温区地源热泵农业大棚系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可调温区地源热泵农业大棚系统。解决了现有大棚能耗高，不够环保等技术问题。包括若干具有内腔的大棚主体，大棚主体上设有透光结构，在大棚主体上设有通风结构，大棚主体内分别设有大棚能源保障结构，大棚能源保障结构包括水环热泵机组和/或地源热泵机组，水环热泵机组或地源热泵机组连接有传热管组，传热管组与垂直地埋管和/或棚内光导管散热器相连，且相邻两个大棚主体的大棚能源保障结构之间通过热能转移转换连通结构相连。优点在于：充分优先利用太阳能光热，以电力驱动，因地制宜、经济合理地利用不受地面天气影响而又无污染可持续的清洁地热能，通过配置多个大棚间的不同栽种品种对环境温度要求高低不一的因素。

Description

可调温区地源热泵农业大棚系统

技术领域

本实用新型属于农业设备技术领域，尤其是涉及一种可调温区地源热泵农业大棚系统。

背景技术

在设施农业大棚兴起之前，就有通过透光材料围护，利用太阳热能加热小空间环境使其内栽种物能跨季节、跨地域生长的技术手段，设施农业更加优化更大规模地推广这一技术手段，如采用燃煤/燃气/电的方式获取热量来维持大棚内的设计温度。目前存在的主要问题是价格低的设备容易污染环境、运行费用高，价格高的设备又导致初投资升高，经济性差。随着人们生活质量水平的提高，对新鲜蔬菜水果的就地跨季消费需求越来越大，故对设施大棚的建设量需求也随之大增，但能耗高、污染环境的矛盾就被突出出来。

为了解决现有技术存在的不足，人们提出了各种解决方案。例如，中国专利文献公开了一种基于太阳能和地源热泵耦合利用的实验室型温室蔬菜大棚[申请号：201611101115.5]，包括温室蔬菜大棚、暖气系统、地源热泵供热系统和PLC控制系统。在气温低的冬季和阴雨天，单独依靠太阳能不能维持温室大棚所需的热能时，由PLC控制系统通过控制地源热泵系统、暖气系统为温室大棚提供热能，使大棚保持蔬菜生长所需的温度；在炎热的夏季和阳光充足时，关闭地源热泵系统，采用温室大棚的遮阳附件遮挡阳光，降低大棚内的气温。

上述方案虽然在一定程度上解决了传统大棚能耗大，不够环保的问题，但是该方案依然存在着：制热效果差，无法因地制宜、经济合理地利用清洁地热能等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供可调温区地源热泵农业大棚系统；解决了现有技术所存在的制热效果差的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本可调温区地源热泵农业大棚系统，包括若干具有内腔的大棚主体，所述的大棚主体上设有透光结构，在大棚主体上设有通风结构，其特征在于，所述的大棚主体内分别设有大棚能源保障结构，且所述的大棚能源保障结构包括水环热泵机组和/或地源热泵机组，所述的水环热泵机组或地源热泵机组连接有传热管组，且所述的传热管组与垂直地埋管和/或棚内光导管散热器相连，且相邻两个大棚主体的大棚能源保障结构之间通过热能转移转换连通结构相连。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的大棚主体包括沿竖直方向设置的支撑板，所述的支撑板内侧具有和支撑板平行设置的蓄热墙，所述的支撑板包括位于靠近蓄热墙一侧的单面钢聚苯板，所述的单面钢聚苯板外侧设有混凝土结构板。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的通风结构包括设置在蓄热墙和支撑板之间的通风道，所述的支撑板上自上向下依次设有若干新风/排风口，所述的新风/排风口外侧和外界相连通，所述的新风/排风口内侧和通风道相连通，所述的蓄热墙上自上向下依次设有回风口和送风口，且所述的回风口和送风口外侧分别与通风道相连通，所述的回风口和送风口内侧分别与内腔相连通。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的透光结构包括大棚采光体，所述的大棚采光体呈弧形或直角状，且所述的大棚采光体一端和大棚主体相连，另一端设置在地面上。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的大棚采光体内侧设有保温调光结构，所述的保温调光结构包括大棚支撑杆和覆盖于大棚支撑杆外部的覆盖物，所述的覆盖物具有保温层，且所述的覆盖物为手动或电动驱动的可卷曲结构。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的传热管组包括分别和水环热泵机组或地源热泵机组相连的高中低温水管，所述的地埋保温水管和高中低温水管相连，所述的高中低温水管连接有垂直地埋管或棚内光导管散热器。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的水环热泵机组和地源热泵机组分别设置在蓄热墙和支撑板之间，且所述的水环热泵机组位于通风道上方，所述的地源热泵机组位于通风道下方。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的热能转移转换连通结构包括若干设置在相邻两个大棚主体之间的埋地保温水管，所述的埋地保温水管依次分布设置且相互连接，相邻的两个埋地保温水管之间设有蓄水池。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的大棚能源保障结构还包括分别与水环热泵机组和地源热泵机组相连的电器柜，所述的电器柜和控制柜相连。

在上述的可调温区地源热泵农业大棚系统中，所述的大棚主体呈阵列状分布设置，且所述的埋地保温水管分别穿过大棚主体，且大棚主体分别和高中低温水管或棚内光导管散热器相连。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：

1、充分优先利用太阳能光热，以电力驱动，因地制宜、经济合理地利用不受地面天气影响而又无污染可持续的清洁地热能。

2、通过配置多个大棚间的不同栽种品种对环境温度要求高低不一的因素，主动调度太阳能光热，甚至于采用不同的大棚结构，以经济性优先原则搭配合适的建设比例。

3、采用节能环保的能源系统形式，综合利用可再生能源，降低能源消耗。

4、系统就地安装，无需集中机房，且系统配置部署等方面是灵活的。

5、可被广泛地应用于寒冷地区的设施农业系统中。

附图说明

图1是本实用新型提供的实施例一的大棚断面示意图；

图2是本实用新型提供的实施例一的大棚平面布置图；

图3是本实用新型提供的实施例二的大棚断面示意图；

图4是本实用新型提供的实施例三的大棚断面示意图；

图中，大棚主体1、支撑板11、蓄热墙12、单面钢聚苯板13、混凝土结构板14、透光结构2、大棚采光体21、大棚支撑杆22、覆盖物23、通风结构3、通风道31、新风/排风口32、回风口33、送风口34、大棚能源保障结构4、水环热泵机组41、地源热泵机组42、棚内光导管散热器43、高中低温水管44、垂直地埋管45、热能转移转换连通结构5、埋地保温水管51、蓄水池52。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例一

如图1-2所示，本可调温区地源热泵农业大棚系统，包括若干具有内腔的大棚主体1，大棚主体1上设有透光结构2，在大棚主体1上设有通风结构3，大棚主体1内分别设有大棚能源保障结构4，且大棚能源保障结构4包括水环热泵机组41和/或地源热泵机组42，水环热泵机组41或地源热泵机组42连接有传热管组，优选地，这里的传热管组包括分别和水环热泵机组41或地源热泵机组42相连的高中低温水管44，高中低温水管44连接有垂直地埋管45或棚内光导管散热器43，且相邻两个大棚主体1的大棚能源保障结构4之间通过热能转移转换连通结构5相连。其中，这里的水环热泵机组41和地源热泵机组42分别设置在蓄热墙12和支撑板11之间，且水环热泵机组41位于通风道31上方，地源热泵机组42位于通风道31下方。

其中：垂直地埋管45：

根据需求和实际条件，采取闭式或开式抽水循环循环，吸收土壤中的热量。

地源热泵机组42：

通过电力驱动，当流经土壤吸收热量后的循环热水或抽取的地下热水的温度不足以满足大棚的负荷需求时，开启热泵主机供热。

棚内光导管散热器43：

采取明装或暗装的方式，盘管数量根据负荷确定，可置于植栽物托盘下/埋设于浅层土壤中，将热水中的热量散发到大棚内空气或土壤中。

水环热泵机组41：通过循环水管道将大棚群相互连接，利用水环热泵跟踪负荷能力强，对冷热负荷需求不一的大棚群进行内部平衡调节，以减少外部能量的输入。

具体来说，这里的大棚主体1包括沿竖直方向设置的支撑板11，支撑板11内侧具有和支撑板11平行设置的蓄热墙12，支撑板11包括位于靠近蓄热墙12一侧的单面钢聚苯板13，单面钢聚苯板13外侧设有混凝土结构板14。优选地，这里采用钢筋混凝土的独立基础或者采用砌体结构砖、石的条形基础，基础顶部常设置钢筋混凝土圈梁以安装埋件和增加基础强度。钢结构：主要包括温室承重结构和保证结构稳定性所设的支撑、连接件、坚固件等。

进一步地，这里的通风结构3包括设置在蓄热墙12和支撑板11之间的通风道31，支撑板11上自上向下依次设有若干新风/排风口32，新风/排风口32外侧和外界相连通，新风/排风口32内侧和通风道31相连通，所述的蓄热墙12上自上向下依次设有回风口33和送风口34，且所述的回风口33和送风口34外侧分别与通风道31相连通，所述的回风口33和送风口34内侧分别与内腔相连通。大棚通风装置采用自然通风或者机械通风两种。自然通风系统主要以开窗系统为主，依靠电源驱动或人工手动的方式，通过机械传导控制设备来操作大棚顶部或侧面窗口打开或闭合。机械通风系统主要指以风机通风，通过使用吸、排风机实现换气。

其中，这里的透光结构2包括大棚采光体21，所述的大棚采光体21呈弧形，优选采用单坡弧形，且大棚采光体21一端和大棚主体1相连，另一端设置在地面上。以采光覆盖材料作为全部或部分维护结构材料，通常为专用透光薄膜/玻璃。大棚采光体21内侧设有保温调光结构，保温调光结构包括大棚支撑杆22和覆盖于大棚支撑杆22外部的覆盖物23，覆盖物23具有保温层，且覆盖物23为手动或电动驱动的可卷曲结构。这样可以起到防风保温，防寒效果显著，

本实施例中的保温调光结构采用手动或者电动，能反射部分阳光，保护作物免遭强光灼伤。当温室大棚内温度不适宜植物生长时，将外遮阳展开，不需要时将遮阳收起，另外，大棚主体内设有大棚人工光源色温光谱装置，可单点或多点测量大棚内色温光谱、实时显示或储存测定值的装置。大棚主体内还可以设置滴灌水肥系统装置，根据植物生长特性和需求，采用水肥一体化技术的滴灌施肥系统，包括依次连接的化肥溶解装置，化肥溶解装置用于配置预定浓度的化肥溶液，注肥装置用于将来自化肥溶解装置的化肥溶液泵入到滴灌装置中，由滴灌装置滴入到土壤中。

优选地，这里的热能转移转换连通结构5包括若干设置在相邻两个大棚主体1之间的埋地保温水管51，地埋保温水管51和高中低温水管44相连，埋地保温水管51依次分布设置且相互连接，相邻的两个埋地保温水管51之间设有蓄水池52。

其中，这里的大棚能源保障结构4还包括分别与水环热泵机组41和地源热泵机组42相连的电器柜，电器柜和控制柜相连，大棚主体1呈阵列状分布设置，且埋地保温水管51分别穿过大棚主体1，且大棚主体1分别和高中低温水管44或棚内光导管散热器43相连。

其中，热能转移转换连通结构5中：

埋地保温水管51：连接大棚群间的管道，管道内水流可根据需要设计不同水温，以达到在不同大棚间调蓄热量的作用。

电力供应分配设备

主要包括热泵主机的电气柜、控制柜等电力设备。

当系统运行时：第一优先利用顺序是充分利用太阳能光热，白天通过水环热泵的运行进行棚间或者棚内热量的调控与转移，夜间通过棚内浅层水平盘管将土壤蓄热向棚内空气释放；雨雪天气、夜间太阳能不足时，启动地源热泵和水环热泵制热向大棚供热；通过季节间、空置棚间有计划的热泵反向运行可将棚内余热转移至地源系统蓄存，以利于地源系统的冷热平衡。

例如：以极寒地区为例

当大棚群系统处于供暖运行状态时：

a.运行：参数值：不同大棚棚温设计温度为30℃/20℃/10℃或设定的其他温度

b.调节：参数值：三管制水环热泵系统连接，高/中/低温水管水温为45℃/35℃/25℃或设定的其他温度，通过切换水环热泵机组的制冷/供热工况实现不同大棚间的热量调蓄

实施例二

如图3所示，本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于：本实施例中的大棚主体1的大棚采光体为无坡弧形结构，且大棚主体1内不设置地源热泵机组42，采用水环热泵机组41直接通过高中低温水管44和棚内光导管散热器43相连。

实施例三

如图4所示，本实施例的结构、原理以及实施步骤与实施例一类似，不同的地方在于：本实施例中的大棚主体1的大棚采光体为直角形状，优选采用无坡玻璃采光大棚体，且大棚主体1内不设置保温调光结构。

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大棚主体1、支撑板11、蓄热墙12、单面钢聚苯板13、混凝土结构板14、透光结构2、大棚采光体21、大棚支撑杆22、覆盖物23、通风结构3、通风道31、新风/排风口32、回风口33、送风口34、大棚能源保障结构4、水环热泵机组41、地源热泵机组42、棚内光导管散热器43、高中低温水管44、垂直地埋管45、热能转移转换连通结构5、埋地保温水管51、蓄水池52

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 (10)

1.一种可调温区地源热泵农业大棚系统，包括若干具有内腔的大棚主体(1)，所述的大棚主体(1)上设有透光结构(2)，在大棚主体(1)上设有通风结构(3)，其特征在于，所述的大棚主体(1)内分别设有大棚能源保障结构(4)，且所述的大棚能源保障结构(4)包括水环热泵机组(41)和/或地源热泵机组(42)，所述的水环热泵机组(41)或地源热泵机组(42)连接有传热管组，且所述的传热管组与垂直地埋管(45)和/或棚内光导管散热器(43)相连，且相邻两个大棚主体(1)的大棚能源保障结构(4)之间通过热能转移转换连通结构(5)相连。

2.根据权利要求1所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的大棚主体(1)包括沿竖直方向设置的支撑板(11)，所述的支撑板(11)内侧具有和支撑板(11)平行设置的蓄热墙(12)，所述的支撑板(11)包括位于靠近蓄热墙(12)一侧的单面钢聚苯板(13)，所述的单面钢聚苯板(13)外侧设有混凝土结构板(14)。

3.根据权利要求2所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的通风结构(3)包括设置在蓄热墙(12)和支撑板(11)之间的通风道(31)，所述的支撑板(11)上自上向下依次设有若干新风/排风口(32)，所述的新风/排风口(32)外侧和外界相连通，所述的新风/排风口(32)内侧和通风道(31)相连通，所述的蓄热墙(12)上自上向下依次设有回风口(33)和送风口(34)，且所述的回风口(33)和送风口(34)外侧分别与通风道(31)相连通，所述的回风口(33)和送风口(34)内侧分别与内腔相连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的透光结构(2)包括大棚采光体(21)，所述的大棚采光体(21)呈弧形或直角状，且所述的大棚采光体(21)一端和大棚主体(1)相连，另一端设置在地面上。

5.根据权利要求4所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的大棚采光体(21)内侧设有保温调光结构，所述的保温调光结构包括大棚支撑杆(22)和覆盖于大棚支撑杆(22)外部的覆盖物(23)，所述的覆盖物(23)具有保温层，且所述的覆盖物(23)为手动或电动驱动的可卷曲结构。

6.根据权利要求3所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的传热管组包括分别和水环热泵机组(41)或地源热泵机组(42)相连的高中低温水管(44)，所述的高中低温水管(44)连接有垂直地埋管(45)或棚内光导管散热器(43)。

7.根据权利要求6所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的水环热泵机组(41)和地源热泵机组(42)分别设置在蓄热墙(12)和支撑板(11)之间，且所述的水环热泵机组(41)位于通风道(31)上方，所述的地源热泵机组(42)位于通风道(31)下方。

8.根据权利要求6所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的热能转移转换连通结构(5)包括若干设置在相邻两个大棚主体(1)之间的埋地保温水管(51)，所述的地埋保温水管(51)和高中低温水管(44)相连，所述的埋地保温水管(51)依次分布设置且相互连接，相邻的两个埋地保温水管(51)之间设有蓄水池(52)。

9.根据权利要求8所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的大棚能源保障结构(4)还包括分别与水环热泵机组(41)和地源热泵机组(42)相连的电器柜，所述的电器柜和控制柜相连。

10.根据权利要求8所述的可调温区地源热泵农业大棚系统，其特征在于，所述的大棚主体(1)呈阵列状分布设置，且所述的埋地保温水管(51)分别穿过大棚主体(1)，且大棚主体(1)分别和高中低温水管(44)或棚内光导管散热器(43)相连。