CN107155730A - 智能温室*** - Google Patents

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赵永敢
徐立珍
李定凯
刘嘉
秦文斌
禚玉群
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Tsinghua University
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Abstract

本发明公开了一种智能温室***。该智能温室***包括：温室本体；温室供热装置，所述温室供热装置设置在所述温室外；能源装置，所述能源装置包括生物质成型燃料锅炉和太阳能电池板，其中，所述生物质成型燃料锅炉与所述温室供热装置相连，所述太阳能电池板设置在所述温室本体的屋顶上；二氧化碳供给装置，所述二氧化碳供给装置设置在所述温室本体内；通风装置，所述通风装置设置在所述温室本体的侧壁和/或顶棚上；加湿装置，所述加湿装置设置在所述温室本体的侧壁和/或内部；以及控制装置，所述控制装置与所述能源装置、所述二氧化碳供给装置、所述通风装置和所述加湿装置相连，用于控制所述温室本体内的温度、湿度和二氧化碳浓度。

Description

智能温室***
技术领域
本发明涉及农业领域，具体地，涉及智能温室***。
背景技术
我国北方冬季天气寒冷，最低气温可达摄氏零下三十度，一般的温室仅靠白天日光照射，夜晚棉帘保温不足以维持作物生长所需的温度。如果采用燃煤锅炉供暖，则会增加散煤燃烧的面源污染物排放。在冬季如果采用通风补充由于作物光合作用所消耗的二氧化碳，则会造成温室内热量的流失。夏季温室内的温度、湿度也需要调节。
由此，能够清洁高效地自动调控北方地区太阳能温室的温度、湿度和二氧化碳浓度的智能温室有待研究。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种智能温室***，该智能温室***将生物质成型燃料锅炉和太阳能光伏发电相结合，既解决了北方地区温室供热的问题，又减少了大气污染，节能减排，经济效益显著提高，尤其适合于在我国北方冬季气温最低气温可达摄氏零下30度的地区推广使用。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种智能温室***。根据本发明的实施例，该智能温室***包括：
温室本体；
温室供热装置，所述温室供热装置设置在所述温室本体内；
能源装置，所述能源装置包括生物质成型燃料锅炉和太阳能电池板，其中，所述生物质成型燃料锅炉与所述温室供热装置相连，所述太阳能电池板设置在所述温室本体的屋顶上；
二氧化碳供给装置，所述二氧化碳供给装置设置在所述温室本体内；
通风装置，所述通风装置设置在所述温室本体的侧壁和/或顶棚上；
加湿装置，所述加湿装置设置在所述温室本体的侧壁和/或内部；以及
控制装置，所述控制装置与所述能源装置、所述二氧化碳供给装置、所述通风装置和所述加湿装置相连，用于控制所述温室本体内的温度、湿度和二氧化碳浓度。
根据本发明实施例的智能温室***，该智能温室***将生物质成型燃料锅炉和太阳能光伏发电相结合，在北方地区既解决了温室供热的问题，又减少了大气污染，节能减排，经济效益显著提高。并且，该智能温室***利用控制装置控制能源装置调节温度，二氧化碳供给装置供给二氧化碳，通风装置和加湿装置调节温室内的湿度，使温室内保持适宜的温度、湿度和二氧化碳浓度，使温室内的作物一年四季都可以正常生长。此外，该生物质成型燃料锅炉以低排放生物质为燃料，既能在冬季利用生物质能为北方地区温室大棚供热，又能帮助解决北方农村的秸秆散烧问题，减少大气污染、降低雾霾。同时，生物质燃烧排放的烟气中的二氧化碳可以作为温室作物的二氧化碳气肥，促进作物生长。由此，该智能温室***尤其适合于在我国北方冬季气温最低气温可达摄氏零下30度的地区推广使用。
另外，根据本发明上述实施例的智能温室***还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述生物质成型燃料锅炉包括：炉体，所述炉体内限定出燃烧炉膛，且所述燃烧炉膛的侧壁为水冷壁；链式炉排，所述链式炉排位于所述燃烧炉膛的底部；一次风分室，所述一次风分室位于所述链式炉排下部，所述一次风用于为生物质成型燃料燃烧供氧；炉拱，所述炉拱设置在所述燃烧炉膛内，将所述燃烧炉膛分为一次燃烧区和二次燃烧区，且所述炉拱呈交错设置；以及二次风管路，所述二次风管路的出风口位于交错设置的所述炉拱之间。
根据本发明的实施例，所述生物质成型燃料锅炉进一步包括：保温层，所述保温层设置在所述炉体的外壁上。
根据本发明的实施例，所述生物质成型燃料锅炉进一步包括：锅炉回水电加热组件，所述锅炉回水电加热组件位于生物质成型燃料锅炉的给水管路上，且所述锅炉回水电加热组件与所述太阳能电池板相连。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：生物质压块机，所述生物质压块机与所述燃料锅炉相连，用于为所述生物质成型燃料锅炉提供燃料。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：保温帘，所述保温帘设置在所述温室本体的内壁上，且所述保温帘与所述控制装置相连。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：遮荫装置，所述遮荫装置设置在所述温室本体的顶壁上，且所述遮荫装置与所述控制装置相连。
根据本发明的实施例，所述太阳能电池板呈间隔设置。
根据本发明的实施例，所述温室本体内的温度为12-32摄氏度。
根据本发明的实施例，所述温室本体内的湿度为50-80％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的智能温室***的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的燃料锅炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个装置内部的连通或两个装置的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种智能温室***。参考图1，根据本发明的实施例，该智能温室***包括：温室本体100、温室供热装置200、能源装置300、二氧化碳供给装置400、通风装置500、加湿装置600和控制装置700。根据本发明的实施例，温室供热装置200设置在温室本体100内；能源装置300包括燃料锅炉310和太阳能电池板320，其中，燃料锅炉310与温室供热装置200相连，太阳能电池板320设置在温室本体100的屋顶上；二氧化碳供给装置400设置在温室本体100内；通风装置500设置在温室本体100的侧壁/或顶棚上；加湿装置600设置在温室本体100的侧壁和/或内部；控制装置700与能源装置300、二氧化碳供给装置400、通风装置500和加湿装置600相连，用于控制温室本体100内的温度、湿度和二氧化碳浓度。
根据本发明实施例的智能温室***，该智能温室***将燃料锅炉和太阳能光伏发电相结合，在北方地区既解决了温室供热的问题，又减少了大气污染，节能减排，经济效益显著提高。并且，该智能温室***利用控制装置控制能源装置调节温度，二氧化碳供给装置供给二氧化碳，通风装置和加湿装置调节温室内的湿度，使温室内保持适宜的温度、湿度和二氧化碳浓度，使温室内的作物一年四季都可以正常生长。该智能温室***尤其适合于在我国北方冬季气温最低气温可达摄氏零下30度的地区推广使用。
根据本发明的实施例，加湿装置600为湿帘加湿器。由此，加湿效果好、成本低，适于为温室加湿。
根据本发明的实施例，通风装置500包括侧墙通风装置510和顶棚通风装置520。由此，通风效果好。
参考图2，根据本发明的实施例，燃料锅炉310包括：炉体311、链式炉排312，一次风分室313、炉拱314和二次风管路315，其中，炉体311内限定出燃烧炉膛，且该燃烧炉膛的侧壁为水冷壁；链式炉排312位于燃烧炉膛的底部，用于滚动输送燃料；一次风分室313位于链式炉排312下部，用于为链式炉排312燃烧供氧；炉拱314设置在燃烧炉膛内，且位于所述链式炉排上部，将所述燃烧炉膛分为一次燃烧区和二次燃烧区，，且该炉拱314呈交错设置；二次风管路315的出风口位于交错设置的炉拱之间，用于辅助燃烧。由此，在各种负荷下，合理分配一、二次风比例，调节一次风沿链式炉排长度的分配，可以提高燃烧效率，降低过量空气系数，控制燃料层温度，以提高锅炉热效率和防止炉排上结渣。并且燃烧炉膛采用膜式水冷壁，可以加强炉内辐射传热，减小锅炉体积，减轻锅炉重量。同时，一次风混合适量的再循环烟气可以减少氮氧化物的排放。并且，采用控制装置控制生物质成型燃料锅炉的工作，提高了燃料锅炉的效率，并降低大气污燃物排放，节能环保。
根据本发明的实施例，该生物质成型燃料锅炉310进一步包括：保温层(图中未示出)，该保温层设置在炉膛311的外壁上。由此，该保温层显著加强炉内辐射传热，减小锅炉体积，减轻锅炉重量。
根据本发明的实施例，该生物质成型燃料锅炉310进一步包括：锅炉回水电加热组件330，该锅炉回水电加热组件位于生物质成型燃料锅炉的回水管路上，且锅炉回水电加热组件与太阳能电池板相连。由此光伏电能补热生物质成型燃料锅炉回水，实现多能互补，确保冬季温室内的温度保持在植物生长所需的范围。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：生物质压块机(图中未示出)，该生物质压块机与燃料锅炉310相连，生物质压块机生产的生物质燃料块输送至燃料锅炉310为燃料锅炉310提供燃料。由此，该燃料锅炉以低排放生物质为燃料，既能在冬季利用生物质能为北方地区温室大棚供热，又能帮助解决北方农村的秸秆散烧问题，减少大气污染、降低雾霾。同时，生物质燃烧排放的烟气中的二氧化碳可以作为温室作物的二氧化碳气肥，促进作物生长。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：保温帘900，该保温帘900设置在温室本体100的内壁上，且该保温帘900与控制装置700相连。其中，保温帘可以是顶部棉帘910和/或侧墙棉帘920。由此，白天阳光充足，拉起保温帘为温室内的作物提供充足的阳光，夜晚通过控制装置放下保温帘为温室保温，节约燃料。
根据本发明的实施例，该***进一步包括：遮荫装置800，该遮荫装置800设置在温室本体100的顶壁上，且该遮荫装置800与控制装置700相连。由此，利用遮荫装置减少阳光照射调节温室内的温度。
根据本发明的实施例，太阳能电池板320呈间隔设置。由此，使阳光通过太阳能电池板之间的间隔照射入温室，保证植物生长所需的足够的阳光。
根据本发明的实施例，控制装置700具有温度传感器监测仪、湿度传感监测仪和二氧化碳浓度传感监测仪。由此，控制装置通过温度传感器监测仪、湿度传感监测仪和二氧化碳浓度传感监测仪检测温室内的温度、湿度和二氧化碳浓度，根据温度、湿度和二氧化碳浓度是否在设定的范围内，控制各装置的工作状态，保持温室内的温度、湿度和二氧化碳浓度处于适当的水平。
根据本发明的实施例，温室本体内的温度不受特别的限制，本领域技术人员可以根据作物种类和外界温度环境等因素进行调节。根据本发明的一些实施例，温室本体100内的温度为12-32摄氏度。由此，保证温室内的作物处于适宜的温度条件下，有利于作物的生长。
根据本发明的实施例，温室本体内的湿度不受特别的限制，本领域技术人员可以根据作物种类和外界温度和湿度环境等因素进行调节。根据本发明的一些实施例，温室本体100内的湿度为50-80％。由此，保证温室内的作物处于适宜的湿度条件下，有利于作物的生长。
为了便于理解前述智能温室***，在此对智能温室***调节温室内的温度、湿度和二氧化碳浓度的方法进行解释说明：
(1)温度调节：冬季利用燃料锅炉310和太阳能电池板320的光伏电能辅助加热设备组成的能源装置300为温室供热。白天阳光充足时可以通过控制装置调节减少生物质成型燃料锅炉310的供热，夜晚通过控制装置700放下顶部侧墙保温帘为温室保温，节约燃料。春夏秋季通过控制装置700调节侧墙和顶窗的通风装置500、遮荫装置800来控制温室内的温度。当控制装置700的温度传感器监测仪到温室温度高于上限值时，控制装置700陆续打开侧墙和顶窗的通风装置500、遮荫装置800进行通风散热或/和减少阳光照射。反之，当温室温度低于下限值时，控制***则要减小通风散热或/和增加阳光照射。
(2)湿度调节：当控制装置700的湿度传感监测仪监测到温室内的湿度低于下限值时，控制装置700打开湿帘加湿器600为温室增加湿度。当温室内的湿度高于上限值时，控制装置打开侧墙和顶窗通风装置500为温室通风除湿。
(3)二氧化碳浓度调节：通过控制装置700的二氧化碳浓度传感监测仪检测温室内的二氧化碳浓度。当二氧化碳浓度值低于下限值时，冬季通过二氧化碳供给装置400为温室补充二氧化碳，以利于作物进行光合作用，其中，二氧化碳的气源可以部分来自生物质成型燃料锅炉310排放的烟气。春夏秋季通过侧墙和顶窗的通风装置500为温室补充新鲜空气，增加棚内二氧化碳的浓度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能温室***，其特征在于，包括：
温室本体；
温室供热装置，所述温室供热装置设置在所述温室本体内；
能源装置，所述能源装置包括生物质成型燃料锅炉和太阳能电池板，其中，所述生物质成型燃料锅炉与所述温室供热装置相连，所述太阳能电池板设置在所述温室本体的屋顶上；
二氧化碳供给装置，所述二氧化碳供给装置设置在所述温室本体内；
通风装置，所述通风装置设置在所述温室本体的侧壁和/或顶棚上；
加湿装置，所述加湿装置设置在所述温室本体的侧壁和/或内部；以及
控制装置，所述控制装置与所述能源装置、所述二氧化碳供给装置、所述通风装置和所述加湿装置相连，用于控制所述温室本体内的温度、湿度和二氧化碳浓度。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述生物质成型燃料锅炉包括：
炉体，所述炉体内限定出燃烧炉膛，且所述燃烧炉膛的侧壁为水冷壁；
链式炉排，所述链式炉排位于所述燃烧炉膛的底部；
一次风分室，所述一次风分室位于所述链式炉排下部，用于为生物质成型燃料燃烧供氧；
炉拱，所述炉拱设置在所述燃烧炉膛内，且位于所述链式炉排上部，将所述燃烧炉膛分为一次燃烧区和二次燃烧区，且所述炉拱呈交错设置；以及
二次风管路，所述二次风管路的出风口位于交错设置的所述炉拱之间。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述燃料锅炉进一步包括：
保温层，所述保温层设置在所述炉体的外壁上。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述燃料锅炉进一步包括：
锅炉回水电加热组件，所述锅炉回水电加热组件位于生物质成型燃料锅炉的给水管路上，且所述锅炉回水电加热组件与所述太阳能电池板相连。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，进一步包括：
生物质压块机，所述生物质压块机与所述燃料锅炉相连，用于为所述燃料锅炉提供燃料。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括：
保温帘，所述保温帘设置在所述温室本体的内壁上，且所述保温帘与所述控制装置相连。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，进一步包括：
遮荫装置，所述遮荫装置设置在所述温室本体的顶壁上，且所述遮荫装置与所述控制装置相连。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述太阳能电池板呈间隔设置。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述温室本体内的温度为12-32摄氏度。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述温室本体内的湿度为50-80％。
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