CN113170687A - 一种大棚供暖***及供暖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种大棚供暖***，包括依次连接成闭合回路的储热***、循环***、换热***和集热***，所述换热***安装在大棚的土壤内。***可利用太阳能补充根系热量以及利用根系热量补充空气热量，不仅能满足根系所需温度，也能同时满足空气所需温度，实现热量的高效利用、灵活调配，极大节约能量消耗，弥补了传统供暖***只能提高空气温度的缺陷。

Description

一种大棚供暖***及供暖方法
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种大棚供暖***及供暖方法。
背景技术
我国设施农业起步较晚，但发展很快，主要以玻璃温室大棚、普通塑料大棚、塑料日光温室等形式为主。
玻璃温室大棚骨架主要为镀锌钢管，门窗框架、屋脊主要为铝合金材质，主要以透明玻璃为覆盖材料。从目前玻璃温室的生产状态看，普遍存在安装维护不方便，经营成本高。很多都用在培养花卉、蔬菜种苗及农业科研上种植和观赏性示范。
普通塑料大棚和塑料日光温室在北方运用广泛，与玻璃温室相比，其骨架结构轻便、造价低、使用寿命长，运行成本低。塑料日光温室北墙具备保温功能，在环境控制上也基本能满足用户需求，所以，用户接受度较高。
我国设施农业普遍存在诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、能源浪费严重、运营管理成本高、管理技术水平低劳动生产率低等问题。温室普及率低，高中档温室基本被机关、团体、农场和科研机构采用，很少被个体及一般农户采用，普通农户基本使用的是自建拱棚，占我国温室总量的60%。
目前大棚供暖多为供暖炉、热风炉、空气源热泵、水源热泵等热源作为大棚供暖的热源，末端采用外置式散热器、风机、风盘等，通过循环泵将热水循环至末端，使大棚空气温度得以提高。
这几类供暖热源能耗高、污染大，消耗的能量与产出的热量差比大，浪费资源；同时所需设备较多导致占地面积大、稳定性差、不方便维修，大多数已不符合国家战略规划及作物生长的需求，能效利用率太低。外置式散热器、风机、风盘等，虽然能控制提高空气温度，但无法提升作物根系所需温度，导致作物生长不良，使作物无法及时可靠的达标达产，这也造成冬天大部分大棚都是闲置状态。
为此找到一种经济、环保、合理、先进的大棚供暖技术及***已迫在眉睫。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种大棚供暖***及供暖方法，应用平板或真空管太阳能，设备少、结构简单，通过各个***合理控制热能，满足作物生长需要。本发明采用的技术方案为：
一种大棚供暖***，包括依次连接成闭合回路的储热***、循环***、换热***和集热***，所述换热***安装在大棚的土壤内。
上述大棚供暖***，还包括可产热的多能互补***，所述多能互补***连通储热***。
上述大棚供暖***，所述多能互补***利用电加热、电锅炉、空气源热泵、水源热泵、地源热泵、燃气锅炉、清洁煤或生物质中的任意一种或几种作为能源产出热能。
上述大棚供暖***，还包括控制***，所述控制***用于控制多能互补***的启停、储热***的温度采集、集热***的温度采集、循环***的启停、大棚内根系温度采集和大棚内空气温度采集。
上述大棚供暖***，所述储热***为储热水箱或换热***周围的土壤。
一种利用上述大棚供暖***的供暖方法，包括以下步骤：
S1)通过控制***中设定好大棚中作物所需的根系温度、空气温度以及达到上述温度所需要的时间等；
S2)集热***将光能转换成介质的热能，介质经储热***、循环***将热能传至换热***，之后换热***内介质降温再回至集热***，集热***连续产生热能直至达到控制***设定的根系土壤所需温度。
上述供暖方法，当大棚内的空气温度低于控制***所设定的温度时，热能经储热***、循环***和换热***输送至集热***中，直至达到控制***所设定的空气温度。
上述供暖方法，若在控制***中所设定的时间内仍没有达到所需根系温度或空气温度时，多能互补***启动以补给储热***热能，直到达到所需根系温度或空气温度后，多能互补***停止运行。
本发明的有益效果是：
其一，***可利用太阳能补充根系热量以及利用根系热量补充空气热量，不仅能满足根系所需温度，也能同时满足空气所需温度，实现热量的高效利用、灵活调配，极大节约能量消耗，弥补了传统供暖***只能提高空气温度的缺陷。
其二，在农闲期间启动该***，实现土壤杀菌消毒功能，避免下一季病虫害的发生。也可以在采暖前45天启动***，使深层土壤预热，提前蓄能。
其三，多能互补***能够进一步补充空气热量，提高空气升温速度，能够模拟作物生长所需的自然环境温度，有利于作物产量的提高，大棚在冬天也能种植作物不会闲置。
其四，充分利用太阳能和土壤热能，有良好的经济效益和环境效益；***占地面积小、污染小、使用寿命长，便于维护、能节省人力劳动，满足国家战略规划。
附图说明
图1为本发明实施例的***构成示意图。
图中：1为多能互补***、2为储热***、3为循环***、4为换热***、5为控制***、6为集热***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释说明。
本实施例的主要改进技术点如下：
1、首创太阳能集热、蓄热、供热一体化***及内置安装技术；
2、采用新型温室种植地暖循环***，根、温双控技术；
3、集集热、蓄热、供热为一体，利用当前信息技术***还可以集成有智能温控技术；
4、大棚独立运行、无需二次供热管网；使用寿命达12年之久；
5、集热器安装在大棚内，无需保温和防冻；
6、采暖前35~45天可启动***，使深层土壤预热，提前蓄能；太阳能***贡献率达到70％以上；
7、集热器为非真空***，如果大棚内空气温度低，***启动循环，由集热器散热加热大棚内空气温度。
8、多能互补***1的辅助能源宜电则电、宜生物质则生物质，根据当地资源情况适当选择。
以上技术点具体通过下述实施方式实现。
本实施例的大棚供暖***，包括依次连接形成闭合管路的储热***2、循环***3、换热***4和集热***6，还包括控制***5和多能互补***1，所述集热***6主要包括太阳能集热器、散热器、支架、数个阀门以及管件；储热***2可以是储热箱及或其他储热体，比如所述换热***4周围的土壤均可作为储热体，利用土壤热能实现节约能源的效果；换热***4主要包括换热管和换热器；循环***3主要包括循环泵及***主管道；控制***5主要包括主控器、传感器和电动阀门。该供暖***结构精简，非常便于施工、维护，节约成本。
所述集热***6安装在大棚相应位置，所述储热***2的储热箱可安装在地表或地下，换热***4安装在大棚土壤的地下。储热***2连通有多能互补***1；所述控制***5分别控制多能互补***1的启停、储热***2的温度采集、集热***6的温度采集、循环***3的启停、大棚内根系温度采集和大棚内空气温度采集等。
由于多数蔬菜和水果的生长根系主要分布地表以下40~50cm，侧根系分布在5~20cm深处，侧根一般长30~40cm，因而在40cm以下深处埋设管道等***，不会影响蔬菜根系的生长。这种采暖方式无遮阴，无占地，提高温室利用率，不影响耕作。
多能互补***1可以利用电、燃气或固体材料产热，比如电加热、电锅炉、空气源热泵、水源热泵、地源热泵、燃气锅炉、清洁煤或生物质等。
本供暖***的供暖原理是：
S1)通过控制***5中设定好大棚中作物所需的根系温度、空气温度以及达到上述温度所需要的时间等；
S2)集热***6将光能转换成热能，经储热***2、循环***3将热能传至换热***4，对换热***4周围的根系土壤进行提温，此时换热***4内降温再回至集热***6，集热***6连续产生热能直至达到控制***5设定的根系土壤所需温度；
S3)当大棚内的空气温度低于控制***5所设定的温度时，热能经储热***2、循环***3和换热***4输送至集热***6中，此时集热***6作为散热器散热，使大棚内空气温度提升，直至达到控制***5所设定的空气温度；
S4)如果在控制***5中所设定的时间内仍没有达到所需根系温度或空气温度时，多能互补***1启动，补给储热***2热能，直到达到所需根系温度或空气温度后，多能互补***1停止运行。
本实施例带来的技术进步如下：
其一，传统的北墙土墙蓄热方式为被动蓄热，通过夏季太阳光照射，使北墙温度提升，冬季土墙缓慢释放热量，保证棚内有一定温度。应用本大棚由土墙被动蓄热变成了太阳能***主动蓄热，夜间根据棚内温度变化进行主动的热量补偿，达到棚内温度可控。
其二，该***针对北方冬季日光温室中的菜、果、花等作物根区温度达不到适宜生长要求的问题，解决了作物长期处于亚健康的状态，同时取代单纯利用煤炭、电、生物质等常规能源加温的现有方案，避免了污染重、能耗大、热值低、成本高等问题。
其三，在农闲期间实现土壤杀菌消毒功能，可在8月份农闲时期，使***保持50℃-60℃高温运行20天，达到土壤杀菌消毒的目的，避免下一季病虫害的发生。
其四，采暖前45天可启动***，使深层土壤预热，提前蓄能；加热土壤比加热大棚空气，更利于作物生长。
其五，冬季用40~50度的低温水循环加热，可设置自动控制混流器和温控分水器，埋设感温探头并与混流器相连，实现人为设定出水温度，便于控制室内和地面温度。按照大棚温度区分，可分为低温棚和中温棚。低温大棚土壤温度要求9℃-10℃，适合叶类蔬菜以及草莓等，中温大棚土壤温度要求14℃-16℃，适合果类蔬菜，如西红柿、辣椒、黄瓜等。

Claims (8)

1.一种大棚供暖***，其特征在于：包括依次连接成闭合回路的储热***（2）、循环***（3）、换热***（4）和集热***（6），所述换热***（4）安装在大棚的土壤内。
2.根据权利要求1所述的大棚供暖***，其特征在于：还包括可产热的多能互补***（1），所述多能互补***（1）连通储热***（2）。
3.根据权利要求2所述的大棚供暖***，其特征在于：所述多能互补***（1）利用电加热、电锅炉、空气源热泵、水源热泵、地源热泵、燃气锅炉、清洁煤或生物质中的任意一种或几种作为能源产出热能。
4.根据权利要求2所述的大棚供暖***，其特征在于：还包括控制***（5），所述控制***（5）用于控制多能互补***（1）的启停、储热***（2）的温度采集、集热***（6）的温度采集、循环***（3）的启停、大棚内根系温度采集和大棚内空气温度采集。
5.根据权利要求1所述的大棚供暖***，其特征在于：所述储热***（2）为储热水箱或换热***（4）周围的土壤。
6.一种利用如权4所述大棚供暖***的供暖方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)通过控制***（5）中设定好大棚中作物所需的根系温度、空气温度以及达到上述温度所需要的时间等；
S2)集热***（6）将光能转换成介质的热能，介质经储热***（2）、循环***（3）将热能传至换热***（4），之后换热***（4）内介质降温再回至集热***（6），集热***（6）连续产生热能直至达到控制***（5）设定的根系土壤所需温度。
7.根据权利要求6所述的供暖方法，其特征在于：当大棚内的空气温度低于控制***（5）所设定的温度时，热能经储热***（2）、循环***（3）和换热***（4）输送至集热***（6）中，直至达到控制***（5）所设定的空气温度。
8.根据权利要求7所述的供暖方法，其特征在于：若在控制***5中所设定的时间内仍没有达到所需根系温度或空气温度时，多能互补***（1）启动以补给储热***（2）热能，直到达到所需根系温度或空气温度后，多能互补***（1）停止运行。
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