一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：主動集熱裝置、保溫蓄熱水箱、輔助加熱裝置、遮陽裝置、熱水輸送管路、散熱裝置以及溫度傳感控制裝置；主動集熱裝置由菲涅爾透鏡陣列、透鏡陣列骨架和吸收器組成；主動集熱裝置安裝在溫室緩沖間屋頂，和溫室建筑形成一體；保溫蓄熱水箱放置在溫室緩沖間內(nèi)，采用不銹鋼內(nèi)膽，中間聚氨酯噴涂保溫，外面附加彩鋼板；輔助加熱裝置位于保溫蓄熱水箱中。本實用新型供熱系統(tǒng)能夠充分地收集和利用太陽輻射熱，替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐的供暖系統(tǒng)，供暖過程不產(chǎn)生任何污染；本實用新型供熱系統(tǒng)的蓄熱水箱可以在夜晚放熱，使水保持較高的溫度；本實用新型供熱系統(tǒng)造價低廉。
【專利說明】
一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本實用新型涉及農(nóng)業(yè)工程技術(shù)領域，更具體涉及一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]適宜的溫度是保證植物生長的必要因素，溫室內(nèi)部的溫度易受外界影響，冬季經(jīng)常出現(xiàn)不能滿足植物生長要求的低溫現(xiàn)象。在一些特殊設計的溫室中，更容易出現(xiàn)這種情況。比如，近些年來新興發(fā)展的陰陽溫室，由于其陰棚處于北向背陰面，不能直接得到太陽熱輻射，因此冬季陰棚內(nèi)的溫度比普通的日光溫室更低。在我國北方的冬季，如何在寒冷的室外氣象條件下，保證溫室保持適于植物生長的溫度條件，是溫室設計、建造和使用中最重要的問題。
[0003]傳統(tǒng)的溫室供暖方式通常采用燃煤鍋爐加熱，來提高室內(nèi)溫度，這種加熱方式不僅投資和運行費用高、效率低，而且還會產(chǎn)生大量的有害氣體，對環(huán)境造成污染。
[0004]有關資料顯示，我國是太陽能資源十分豐富的國家，三分之二的國土面積年日照量在2200小時以上，年輻射總量大約在每年3340?8360MJ/平方米，相當于110?250kg標準煤/平方米。從全國太陽年輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大。
[0005]如果能利用好太陽能這種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源，為溫室生產(chǎn)提供加熱，將會大大減少對燃煤的依賴，實現(xiàn)溫室的節(jié)能高效生產(chǎn)。
[0006]另外，經(jīng)過一體化設計的供熱系統(tǒng)和溫室建筑相結(jié)合，可以有效的利用溫室建筑的屋頂空間，在外觀上可以與建筑和諧統(tǒng)一，有利于形成有個性的溫室建筑藝術(shù)形象。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題就是如何充分地收集和利用太陽輻射熱，替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐的供暖系統(tǒng)，供暖過程不產(chǎn)生任何污染;如何充分吸收太陽輻射熱，能有效節(jié)省能源，實現(xiàn)溫室的低碳節(jié)能高效生產(chǎn);如何使一體化設計的供熱系統(tǒng)和溫室建筑相結(jié)合，有效的利用溫室建筑的屋頂空間，在外觀上與建筑和諧統(tǒng)一，有利于形成有個性的溫室建筑藝術(shù)形象；如何采用自動化控制，有利于精確控制溫室內(nèi)的小環(huán)境;如何保溫蓄熱使夜晚放熱，繼續(xù)加熱水箱中的水，使水保持較高的溫度，節(jié)省能源;而且方便更換構(gòu)件，降低成本；從而提供一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:主動集熱裝置、保溫蓄熱水箱、輔助加熱裝置、遮陽裝置、熱水輸送管路、散熱裝置以及溫度傳感控制裝置;主動集熱裝置由菲涅爾透鏡陣列、透鏡陣列骨架和吸收器組成；主動集熱裝置安裝在溫室緩沖間(管理房)屋頂，和溫室建筑形成一體，用于收集、聚集和吸收太陽輻射熱;保溫蓄熱水箱放置在溫室緩沖間(管理房)內(nèi)，采用不銹鋼內(nèi)膽，中間聚氨酯保溫墊層，外面附加彩鋼板，用于儲存主動集熱裝置加熱的熱水;輔助加熱裝置位于保溫蓄熱水箱中，用于保證全天候的熱水供應;遮陽裝置由半圓形輕鋼骨架、遮陽幕布以及驅(qū)動機組成，主要用于夏季溫度過高或者維修時來遮擋陽光；熱水輸送管路用于向溫室內(nèi)輸送熱水;散熱裝置用于提升溫室內(nèi)的土壤地溫及溫室內(nèi)空氣溫度;溫度傳感控制裝置由溫度傳感器、電磁閥、溫度控制器和循環(huán)水栗組成，電磁閥與溫度控制器以及循環(huán)水栗相連接，在達到一定的溫度要求時，控制電磁閥以及循環(huán)水栗的開啟或關閉，從而實現(xiàn)溫室供熱的自動化控制。
[0011]優(yōu)選地，所述的透鏡陣列骨架是由半圓球形的輕鋼骨架相互交錯形成固定的網(wǎng)格，陣列骨架直接與溫室緩沖間屋頂上預埋的鐵件相連接。
[0012]優(yōu)選地，所述的菲涅爾透鏡陣列是在半圓球形的輕鋼骨架網(wǎng)格中，鑲嵌多個菲涅爾透鏡，透鏡焦點位于吸收器表面，焦距為菲涅爾透鏡到吸收器表面切線的距離。
[0013]優(yōu)選地，所述的吸收器是采用鋼板制作成半球形內(nèi)空容器，外面涂太陽能選擇性涂層;吸收器外接冷水進水管與熱水出水管。
[0014]優(yōu)選地，所述的溫室緩沖間，其位置設在溫室一側(cè)，屋面采用平屋頂，屋面板采用鋼筋混凝土板，主動集熱裝置安裝在屋面板上，主動集熱裝置與屋面板之間設置聚氨酯保溫墊層。
[0015]優(yōu)選地，所述的保溫蓄熱水箱的內(nèi)膽外面再附加一層鋼板，兩層鋼板之間采用蓄熱材料填充。
[0016]優(yōu)選地，所述的輔助加熱裝置位于保溫蓄熱水箱中，采用電加熱方式；當保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫低于某限值時，可以自動開啟，用于保證全天候的熱水供應；當保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫高于某限值時，可以自動關閉以節(jié)省能源;所述的輔助加熱裝置采用手動開啟和自動開啟兩種方式。
[0017]優(yōu)選地，所述的遮陽裝置安裝在主動集熱裝置外側(cè)，半圓形輕鋼骨架根數(shù)為三根，遮陽幕布和輕鋼骨架通過卡槽和卡簧相連接，以主動集熱裝置的直徑為轉(zhuǎn)動軸進行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方式采用手動或者齒輪驅(qū)動機驅(qū)動。
[0018]優(yōu)選地，所述的主動集熱裝置出水口以及保溫蓄熱水箱中設置溫度傳感器，當集熱裝置內(nèi)熱水溫度達到設定的溫度時，溫度控制器命令電磁閥啟動，將熱水排入保溫蓄熱水箱中，提升保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫；當集熱裝置內(nèi)水溫低于設定的溫度時，溫度控制器命令電磁閥啟動，將水排入保溫蓄熱水箱中，實現(xiàn)排空防凍。
[0019]優(yōu)選地，所述的保溫蓄熱水箱中的水位達到設定的上限位置時，電磁閥關閉；當主動集熱裝置內(nèi)熱水溫度與保溫蓄熱水箱中的水的溫差達到設定的上限時，循環(huán)水栗啟動，提升保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫；當主動集熱裝置內(nèi)熱水溫度與保溫蓄熱水箱中的水的溫差達到設定的下限時，循環(huán)水栗停止工作。
[0020](三)有益效果
[0021]本實用新型供熱系統(tǒng)能夠充分地收集和利用太陽輻射熱，替代傳統(tǒng)燃煤鍋爐的供暖系統(tǒng)，供暖過程不產(chǎn)生任何污染;本實用新型供熱系統(tǒng)能夠充分吸收太陽輻射熱，能有效節(jié)省能源，實現(xiàn)溫室的低碳節(jié)能高效生產(chǎn);經(jīng)過一體化設計的供熱系統(tǒng)和溫室建筑相結(jié)合，可以有效的利用溫室建筑的屋頂空間，在外觀上可以與建筑和諧統(tǒng)一，有利于形成有個性的溫室建筑藝術(shù)形象;采用自動化控制，有利于精確控制溫室內(nèi)的小環(huán)境；易于更換構(gòu)件，造價相對比較低廉;保溫蓄熱水箱可以在夜晚放熱，繼續(xù)加熱水箱中的水，使水保持較高的溫度，節(jié)省能源。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是溫室南立面示意圖；
[0024]圖2是溫室側(cè)立面示意圖；
[0025]圖3是溫室屋頂示意圖；
[0026]圖4是溫室管理房及主動集熱裝置示意圖；
[0027]圖5是本實用新型供熱系統(tǒng)運行原理圖；
[0028]附圖標記:1、菲涅爾透鏡陣列，2、吸收器，3、遮陽裝置，4、溫室緩沖間(管理房)，5、溫室大棚，6、溫室緩沖間(管理房)屋頂面、7、手動或齒輪驅(qū)動機，8、聚氨酯保溫墊層，9、保溫蓄熱水箱。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。
[0030]本實用新型中的菲涅爾透鏡陣列尺寸以及吸收器的容積和溫室的屋面面積有關，以下以普通溫室為例，闡述上述發(fā)明設計中溫室供熱總負荷和吸收器體積之間關系的計算方法與步驟:
[0031](I)、溫室采暖總熱負荷計算:
[0032]溫室的采暖總熱負荷按照下列公式計算:
[0033]Q = ala2Ql+Q2+Q3 (1-1)
[0034]式中:Q—溫室的采暖總熱負荷(W);
[0035]al —溫室結(jié)構(gòu)附加系數(shù);對于日光溫室的陽棚可以取1.0，對于陰棚可以取1.02;
[0036]a2—風力附加系數(shù);和風速有關，一般風速為6.71m/s可以取1.0，風速為15.65m/s可以取1.16，中間取差值計算；
[0037]Ql—溫室的基本傳熱量(W)；
[0038]Q2—溫室的冷風滲透熱負荷(W);
[0039]Q3—溫室的地面?zhèn)鳠崃?W);
[0040](2)、吸收器體積的計算:
[0041]當供暖系統(tǒng)設計熱負荷及供、回水溫度已經(jīng)確定時，則為滿足總熱負荷所需要的熱水流量(循環(huán)量)為:
[0042]G = 3.6Q/(T1-T2)C (2-2)
[0043]式中:Q—溫室的采暖總熱負荷(W);
[0044]Tl—給水管溫度(°C);本實用新型實驗數(shù)據(jù)表明取95°C
[0045]T2—出水管溫度(°C);本發(fā)明實驗數(shù)據(jù)表明取60°C
[0046]C一水的比熱，4.1868(J.kg-1.°C-1)；
[0047]將各個參數(shù)代入(2-2)得出:
[0048]G = 0.021129Q (3-3)
[0049]假設在冬季的晴好天氣，本實用新型吸收器可以從上午9:00工作到下午3:00，按照6小時計算，在這6小時內(nèi)，溫室的供暖熱負荷由吸收器吸收的太陽輻射熱量承擔，其余時間不足部分由輔助熱源滿足。
[0050]所以吸收器的日熱水產(chǎn)量應該為6小時的熱水總循環(huán)量為:V6 = 6*0.021129Q =0.1267Q
[0051]經(jīng)過大量試驗證明，本實用新型在采暖期的集熱、儲熱和供熱的綜合效率在0.35-
0.45之間，按照保守計算，吸收器的體積與溫室的采暖總熱負荷之間的關系:
[0052]吸收器的體積￥吸收器=0.12670/0.35= 0.3650 1113 (3-3)
[0053](3)、保溫蓄熱水箱體積的計算:
[0054]在晴朗的冬季，對于單面日光溫室，從上午9:00-下午3:00的6個小時的區(qū)域內(nèi)，可以近似的認為棚內(nèi)溫度適合于植物的生長發(fā)育，不需要供暖，這6個小時所產(chǎn)生的熱水儲存在保溫蓄熱水箱內(nèi)，供其余時間段供暖;再加上夜晚排空防凍的水的體積，因此，
[0055]蓄熱保溫水箱的體積V= 0.1267Q+0.365Q = 0.4917Q m3 (4-4)
[0056]取蓄熱保溫水箱體積V = 0.5Q m3。
[0057]下面以建造雙面溫室安裝本實用新型所述的集熱供熱系統(tǒng)實施例對本實用新型作進一步說明。
[0058]實施例1
[0059]雙面溫室長度為60m，陽棚跨度為8m，陰棚跨度為4.5m，陽棚北墻墻體高度為2.6米，溫室的脊高高度為3.6m，溫室內(nèi)骨架的間距為1.0m。溫室的緩沖間(管理房)尺寸為3.6*3.6米，緩沖間高度為3.8米，溫室施工建造時應提前按圖紙預留各種洞口，預埋各種管道。
[0060]如圖1、圖4所示，溫室緩沖間(管理房)4設在溫室大棚5—側(cè)，屋面采用平屋頂，屋面板采用鋼筋混凝土板。在設計時，應按照混凝土板上部的菲涅爾透鏡陣列1、遮陽裝置3以及吸收器2里的水等的總荷載，來計算混凝土板的厚度及配筋。施工時，應該預留各種管道洞口及預埋件，混凝土板施工完畢后，噴涂60毫米厚聚氨酯保溫墊層8并找平。
[0061]如圖1、圖2、圖4所示，提前制造出半圓形的吸收器2，吸收器2可以采用兩個構(gòu)件螺絲口連接，預留好冷水進水管與熱水出水管，然后在屋面的聚氨酯保溫墊層8上安裝吸收器2，其外面涂太陽能選擇性涂層。提前計算菲涅爾透鏡陣列I骨架的半徑尺寸，要求透鏡焦點位于吸收器2表面，焦距為菲涅爾透鏡到吸收器2表面切線的距離。
[0062]如圖1、圖2、圖4所示，由菲涅爾透鏡陣列1、透鏡陣列骨架和吸收器2組成的主動集熱裝置安裝在溫室緩沖間(管理房)屋頂面6上，菲涅爾透鏡陣列I骨架由半圓球形的輕鋼骨架相互交焊接成固定網(wǎng)架，對于本實施例采用500*500毫米的正交網(wǎng)格。待吸收器2安裝完畢后，安裝陣列骨架。陣列骨架直接與溫室緩沖間(管理房)4屋頂上預埋的鐵件焊接或者螺栓連接，和溫室建筑形成一體。
[0063]如圖1、圖2、圖4所示，在半圓球形的輕鋼骨架網(wǎng)格中，鑲嵌上多個菲涅爾透鏡，透鏡可以采取圓形或者方形，也可以根據(jù)不規(guī)則形狀的網(wǎng)格及進行定做或剪裁，本實施例采用500*500毫米的正方形的透鏡片。
[0064]如圖1、圖3所示，在安裝好主動集熱裝置后，安裝遮陽裝置3。遮陽裝置3安裝在菲涅爾透鏡陣列I外側(cè)，其中半圓形輕鋼骨架根數(shù)為三根，白色遮陽幕和輕鋼骨架通過卡槽和卡簧相連接，以菲涅爾透鏡陣列I的直徑為轉(zhuǎn)動軸進行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方式可以采用手動或者齒輪驅(qū)動機7驅(qū)動。
[0065]如圖4所示，分別安裝和連接輔助加熱裝置、循環(huán)水栗、電磁閥、溫度控制器等設備并形成回路。本系統(tǒng)中，保溫蓄熱水箱9、溫度控制器、循環(huán)水栗電磁閥均放置在溫室緩沖間(管理房)4內(nèi)，雙面溫室陰棚內(nèi)的散熱器采用D125光管散熱器，分布安裝在陰棚內(nèi)，其余熱水連接管采用PE管。
[ΟΟ??]安裝完畢后，調(diào)試系統(tǒng)。
[0067]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而非對本實用新型的限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，對本實用新型的技術(shù)方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:主動集熱裝置、保溫蓄熱水箱、輔助加熱裝置、遮陽裝置、熱水輸送管路、散熱裝置以及溫度傳感控制裝置;主動集熱裝置由菲涅爾透鏡陣列、透鏡陣列骨架和吸收器組成;主動集熱裝置安裝在溫室緩沖間屋頂，和溫室建筑形成一體;保溫蓄熱水箱放置在溫室緩沖間內(nèi)，采用不銹鋼內(nèi)膽，中間聚氨酯保溫墊層，外面附加彩鋼板;輔助加熱裝置位于保溫蓄熱水箱中；遮陽裝置由半圓形輕鋼骨架、遮陽幕布以及驅(qū)動機組成;熱水輸送管路連接保溫蓄熱水箱和散熱裝置，散熱裝置采用溫室內(nèi)安裝或者土中埋管的方式;溫度傳感控制裝置由溫度傳感器、電磁閥、溫度控制器和循環(huán)水栗組成，電磁閥與溫度控制器以及循環(huán)水栗相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的透鏡陣列骨架是由半圓球形的輕鋼骨架相互交錯形成固定的網(wǎng)格，陣列骨架直接與溫室緩沖間屋頂上預埋的鐵件相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的菲涅爾透鏡陣列是在半圓球形的輕鋼骨架網(wǎng)格中，鑲嵌多個菲涅爾透鏡，透鏡焦點位于吸收器表面，焦距為菲涅爾透鏡到吸收器表面切線的距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的吸收器是采用鋼板制作成半球形內(nèi)空容器，外面涂太陽能選擇性涂層;吸收器外接冷水進水管與熱水出水管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫室緩沖間，其位置設在溫室一側(cè)，屋面采用平屋頂，屋面板采用鋼筋混凝土板，主動集熱裝置安裝在屋面板上，主動集熱裝置與屋面板之間設置聚氨酯保溫墊層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的保溫蓄熱水箱的內(nèi)膽外面再附加一層鋼板，兩層鋼板之間采用蓄熱材料填充。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的輔助加熱裝置位于保溫蓄熱水箱中，采用電加熱方式；當保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫低于某限值時，可以自動開啟，用于保證全天候的熱水供應;當保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫高于某限值時，可以自動關閉以節(jié)省能源;所述的輔助加熱裝置采用手動開啟和自動開啟兩種方式。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的遮陽裝置安裝在主動集熱裝置外側(cè)，半圓形輕鋼骨架根數(shù)為三根，遮陽幕布和輕鋼骨架通過卡槽和卡簧相連接，以主動集熱裝置的直徑為轉(zhuǎn)動軸進行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方式采用手動或者齒輪驅(qū)動機驅(qū)動。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的主動集熱裝置出水口以及保溫蓄熱水箱中設置溫度傳感器，當集熱裝置內(nèi)熱水溫度達到設定的溫度時，溫度控制器命令電磁閥啟動，將熱水排入保溫蓄熱水箱中，提升保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫；當集熱裝置內(nèi)水溫低于設定的溫度時，溫度控制器命令電磁閥啟動，將水排入保溫蓄熱水箱中，實現(xiàn)排空防凍。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的與溫室建筑一體化的供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述的保溫蓄熱水箱中的水位達到設定的上限位置時，電磁閥關閉；當主動集熱裝置內(nèi)熱水溫度與保溫蓄熱水箱中的水的溫差達到設定的上限時，循環(huán)水栗啟動，提升保溫蓄熱水箱內(nèi)的水溫；當主動集熱裝置內(nèi)熱水溫度與保溫蓄熱水箱中的水的溫差達到設定的下限時，循環(huán)水栗停止工作。
【文檔編號】F24J2/08GK205536054SQ201620212076
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】傅澤田, 馬云飛, 李鑫星, 張領先, 溫皓杰, 呂雄杰, 郭蕾, 劉菲, 陳迪, 李慧玲
【申請人】中國農(nóng)業(yè)大學