一种温室系统及温室系统的控制方法与流程

本发明涉及温室种植领域，特别涉及一种温室系统及温室系统的控制方法。

背景技术：

随着科技的发展，很多技术和设施被应用到种植业中，其中，温室就是一种常用的种植设置。温室，也称暖房，能透光、保温(或加温)，即使在不适宜植物生长的季节或者室外温度低于植物生长需要时，温室也能为植物提供良好的生长环境，并且实现增产的目的。温室里一般需要加热系统来进行热量的供应，目前，大多数温室都是通过燃烧天然气等化石燃料来获取热量，同时，也产生既能保温又为植物生长所需的二氧化碳。

但是，本发明的发明人发现，在上述措施中，燃烧的天然气等化石燃料属于不可再生能源，并且燃烧天然气等化石燃料产生的二氧化碳，常在温室温度过高而需要开窗散热时流散到室外，不仅造成温室中二氧化碳的损失，还会加剧全球变暖，不利于绿色环保。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种温室系统及温室系统的控制方法，其能有效调控温室温度的同时，不消耗不可再生能源，也不泄露二氧化碳，绿色环保。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种温室系统，包括：温室；热交换器，设置在温室内；热泵，与热交换器连通；蓄冷装置，存储有冷源介质，蓄冷装置经由热泵与热交换器连通；蓄热装置，存储有热源介质，蓄热装置经由热泵与热交换器连通；加热温室时，蓄热装置中的热源介质经过热泵传输至热交换器、热源介质在热交换器中与温室交换热量而成为低温介质、继而经由热泵传输至蓄冷装置，热泵将热量从低温介质转移至热源介质；冷却温室时，蓄冷装置中的冷源介质经过热泵传输至热交换器、冷源介质在热交换器中与温室交换热量而成为高温介质、继而经由热泵传输至蓄热装置，热泵将热量从冷源介质转移至高温介质。

本发明的实施方式还提供了一种温室系统的控制方法，包括：将具有第一温度的介质经由热泵传输至热交换器中；使介质与温室进行热量的交换、并成为中间介质；将中间介质传输向热泵、并利用热泵将中间介质与具有第一温度的介质的热量从温度低的一者转移到温度高的一者、并使中间介质成为具有第二温度的介质；接收经由热泵传输出的具有第二温度的介质。

本发明实施方式相对于现有技术而言，当温室需要加热时，热源介质(此时热源介质为具有第一温度的介质)经热泵传输至热交换器中、并经由热交换器将热量交换至温室内，同时，从热交换器中流出的低温介质(此时低温介质为中间介质)在经过热泵时，被热泵将热量交换至即将经由热泵流入温室的热源介质中、而使热源介质的温度更高、以利于加热温室，同时，被热泵转移了热量的低温介质成为冷源介质(此时冷源介质为具有第二温度的介质)并被储存在蓄冷装置中，以备需要冷却温室时使用；

当温室需要冷却时，冷源介质(此时冷源介质为具有第一温度的介质)经热泵传输至热交换器中、并经由热交换器吸收温室内多余的热量，同时，从热交换器中流出的高温介质(此时高温介质为中间介质)在经过热泵时，热泵将即将经由热泵流入温室的冷源介质中的热量交换至所述高温介质中、而使被降温了的冷源介质更利于冷却温室，同时，被加热了的所述高温介质成为热源介质(此时热源介质为具有第二温度的介质)并被储存在蓄热装置中，以备需要加热时使用。

如此，温室的加热因不需燃烧化石燃料而无需消耗不可再生能源，温室的冷却因不需开窗散热而不会泄露二氧化碳，该温室系统有效的进行加热或冷却的同时，具有绿色环保的优点。

另外，还包括与热泵相连的热泵控制装置，热泵控制装置调控热泵的工作效率。通过调控热泵的工作效率，可以更好地实现热源介质与低温介质之间、以及冷源介质与高温介质之间温度的转移，并且能进一步的调控经由热泵输入热交换器中的热源介质或冷源介质的温度，最终有助于对温室的加温或者降温效率。

另外，热泵控制装置还控制经过热泵的介质的环流速度。对介质环流速度的控制，一方面有助于热泵对介质的热量转换效率的调控，另一方面也助于热交换器对热源介质或冷源介质与温室之间的热交换的调控。

另外，还包括温度传感器，温度传感器检测温室内的温度，热泵控制装置根据温度调控经过热泵的介质的环流速度。

另外，还包括二氧化碳控制装置，二氧化碳控制装置对温室内部进行二氧化碳的浓度进行调控。

另外，还包括二氧化碳检测装置，二氧化碳检测装置检测温室内的二氧化碳浓度，当检测到二氧化碳浓度低于或高于预设范围时，二氧化碳控制装置调控温室内的二氧化碳浓度。二氧化碳检测装置的设置，有助于对温室内部的二氧化碳浓度的准确检测，并在检测之后，通过二氧化碳控制装置及时的对温室内部的二氧化碳浓度进行调控。

另外，还包括与热泵连接的太阳能装置，太阳能装置接收太阳能、并将接收的太阳能转换成电能，并对热泵进行供电。

另外，还包括：通过热泵控制装置控制热泵的工作效率。

另外，还包括：通过热泵控制装置控制经过热泵的介质的环流速度。

另外，还包括：检测温室的温度，根据温度调控经过热泵的介质的环流速度。

另外，还包括：调控温室内的二氧化碳浓度。

另外，还包括：调控温室内的二氧化碳浓度具体包括：检测温室内的二氧化碳的浓度，当检测到二氧化碳的浓度低于或高于预设范围时，控温室内的二氧化碳浓度。

另外，还包括：接收太阳能并转换为电能，利用电能对热泵供电。

附图说明

图1是本发明第一实施方式提供的温室系统的模块示意图；

图2是本发明第一实施方式提供的温室系统的结构示意图；

图3是本发明第二实施方式提供的温室系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种温室系统100，如图1和图2所示，包括：温室11；设置在温室11内部的热交换器12；与热交换器12连通的热泵13；蓄冷装置14，存储有冷源介质，蓄冷装置14经由热泵13与热交换器12连通；蓄热装置15，存储有热源介质，蓄热装置15经由热泵13与热交换器12连通；加热温室11时，蓄热装置15中的热源介质经过热泵13传输至热交换器12、热源介质在热交换器12中与温室11交换热量而成为低温介质、继而经由热泵13传输至蓄冷装置14，热泵13将热量从低温介质转移至热源介质；冷却温室11时，蓄冷装置14中的冷源介质经过热泵13传输至热交换器12、冷源介质在热交换器12中与温室11交换热量而成为高温介质、继而经由热泵13传输至蓄热装置15，热泵13将热量从冷源介质转移至高温介质。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在蓄冷装置14中存储了冷源介质，在蓄热装置15中存储了热源介质：在温室11需要进行加热时，蓄热装置15中的热源介质经由热泵13传输至热交换器12中，并由热交换器12将热量交换至温室11中，从热交换器12中传出的低温介质经过热泵时13，被热泵13将热量交换至即将经由热泵13流入温室11的热源介质中、而使热源介质的温度更高、以利于加热温室11，同时，被热泵11转移了热量的低温介质成为冷源介质并被储存在蓄冷装置14中，以备需要冷却温室11时使用；

在温室11需要进行降温时，蓄冷装置14中的冷源介质经热泵13传输至交换器12中，并由热交换器12将温室11中多余的热量传输至冷源介质中，从热交换器12中流出的高温介质经过热泵13时，热泵13将即将经由热泵13流入温室11的冷源介质中的热量交换至所述高温介质中、而使被降温了的冷源介质更利于冷却温室11，同时，被加热了的所述高温介质成为热源介质并被储存在蓄热装置15中，以备需要加热时使用。

如此，该温室系统100能够有效的进行加热或冷却，另外，温室11的加热因不需燃烧化石燃料而无需消耗不可再生能源，温室的冷却因不需开窗散热而不会泄露二氧化碳，绿色环保。

在本实施方式中，如图2所示，还包括与热泵13连接的太阳能装置18，太阳能装置18接收太阳能，并将接收到的太阳能转换成电能，利用电能对热泵13进行供电，需要说明的是，在本实施方式中，既利用太阳能装置18将太阳能转换成电能，也利用太阳能天然的热量帮助温室加热(在有太阳的时候)，充分的利用了天然且绿色的能源。

作为一个优选的实施方式，热泵13的制冷系数可以达到5到7(这个制冷系数取决于温室11所需要的温度、以及流入温室和流出温室的介质的温度差)，也就是说，在温室系统100的原始动力中，只需要14％到20％的电力。举个例子，如果一个温室开始加热时，本需要200千瓦时的原始能量，通过本实施方式中利用热泵13的方式，可以将原始的200千瓦时的能量减少到28-40千瓦时。

另外，可以理解的是，热泵13的数量可以是一个，也可以是多个。同样的，热交换器12的数量也可以是一个、两个、三个或更多个，多个热交换器能够更好的帮助温室进行加热或者降温，本实施方式中，如图2所示，热交换器12的数量为多个，另外，温室11的个数也可以是一个或多个。

为了更好的控制热泵13，使其加热或冷却流入热交换器12中的热源介质或冷源介质的温度，以更好的实现温室11的加热或降温，在本实施方式中，优选的，还包括与热泵13相连的热泵控制装置16，热泵控制装置16可以调控热泵13的工作效率，除了调控热泵13加热或降温的速率外，还可以调控加热或降温的温度等。

除此之外，优选的，热泵控制装置16还控制经过热泵13的介质的环流速度，可以理解的是，介质的速率可以影响到热传递的效率，因此，本实施方式中，通过热泵控制装置16的控制，可以更有效的调控流经热泵13的介质的温度，也可以进一步的调控热交换器12对介质和温室11的热交换，并最终帮助到温室的加热或降温。

为了更好的控制温室11内部的温度，及时的进行加热或者降温，本实施方式中，还包括温度传感器(图中未示出)，温度传感器可以检测温室11内的温度，热泵控制装置16根据检测到的温度调控经过热泵13的介质的环流速度，由此进一步的调节热源介质或冷源介质的温度，最终实现对温室11及时的加热或降温。比如，期望温度为25度，当温度传感器检测到温室11内的温度为30度时，热泵控制装置16根据该温度与期望温度的差值，调控经过热泵13的介质的环流速度，以加快改变温室11温度的速率。

值得一提的是，由于植物生长的需要，温室11内部需要一定浓度的二氧化碳，二氧化碳既是植物光合作用所需要的原料，也可以帮助温室11保温，因此，本实施方式中，还包括二氧化碳控制装置(图中未示出)，二氧化碳控制装置对温室11内部进行二氧化碳的浓度进行调控，具体的说，二氧化碳控制装置可以向温室11内释放二氧化碳，也可以从温室11中抽取多余的二氧化碳，并对抽取的二氧化碳进行专门的存储。

合适的二氧化碳浓度可以帮助温室内的作物增产，因此，为了更准确的对二氧化碳的浓度进行调控，本实施方式中，还包括二氧化碳检测装置(图中未示出)，该二氧化碳检测装置检测温室11内的二氧化碳浓度，当检测到二氧化碳浓度低于或高于预设范围时，二氧化碳控制装置调控温室11内的二氧化碳浓度，具体的说，当二氧化碳检测装置检测到二氧化碳的浓度过低时，二氧化碳控制装置向温室11内释放二氧化碳，当二氧化碳检测装置检测到二氧化碳的浓度过高时，二氧化碳控制装置从温室11内抽取多余的二氧化碳，并对抽取的二氧化碳进行专门的存储。

作为一个优选的实施方式，将温室11中的二氧化碳浓度保持在一定浓度为佳，另外，仅通过优化co2浓度就能使温室11内的农作物额外获得20％-35％的产量。优选的，在本实施方式中，对温室11内的二氧化碳和温度控制一起进行优化，能够使温室11内的农作物的产量在两者合并优化后增加达到50％。值得一提的是，在本实施方式中，仅使用25％的能源，可以带来130％的产量，相对能源的使用从100％降到了20％。

另外，为了使温室11内的二氧化碳、氧气、热量等的分布较为均衡，本实施方式中，还包括侧窗和设置在温室11内部的环流风机17。侧窗可以帮助温室更好的透光，环流风机17可以利用风，在一定程度上使温室内(尤其是将二氧化碳调控装置和热交换器12周围)的二氧化碳、氧气、热量等分布的更为均衡。

另外，本实施方式中的介质是水，可以理解的是，该介质也可以是其他的介质，在此不再一一列举。

本发明第二实施方式涉及一种温室系统的控制方法，该控制方法与第一实施方式中温室系统相适应，如图3所示，包括：

s01：将具有第一温度的介质经由热泵13传输至热交换器12中；

s02：使介质与温室11进行热量的交换、并成为中间介质；

s03：将中间介质传输向热泵13、并利用热泵13将中间介质与具有第一温度的介质的热量从温度低的一者转移到温度高的一者、并使中间介质成为具有第二温度的介质；

s04：接收经由热泵13传输出的具有第二温度的介质。

本发明的实施方式相比于现有技术而言，通过将具有第一温度的介质经由热泵13传输至热交换器12之中、并被热交换器12交换了与温室之间的热量、形成了中间介质，当中间介质输向热泵13后，通过利用热泵13将中间介质与即将经由热泵13流入温室11的具有第一温度的介质的热量由温度低者转移至温度高的一者中，使得即将经由热泵13流入温室11的介质具有更多或者更少的热量，以使热交换器12能够将更多的热量交换进温室、或者将更多的热量从温室中交换出来，从而有效的帮助温室进行加热或者降温，代替了燃烧化石燃料等不可再生能源的方式来加热温室，也不需要通过开窗散热的方式给温室降温，绿色而环保。

具体的说，在这个过程中，当温室11需要加温时，具有第一温度的介质相当于热源介质，使该热源介质经热泵13传输至热交换器12中，并通过热交换器12与温室11进行热交换、同时形成低温介质(相当于上述中间介质)，使低温介质在传输至热泵13中后，通过热泵13将低温介质中的热量传输至即将经由热泵13流入温室11的热源介质，由此使热源介质具有更多的热量、并被传输向热交换器12，最终使热交换器12将更多的热量交换进温室11中，有效的实现了加热温室11，而不需要燃烧化石燃料等不可再生的能源，同时，低温介质经过热泵13后形成冷源介质(相当于具有第二温度的介质)，使系统接收该冷源介质以备冷却温室11时使用。

当温室11需要降温时，具有第一温度的介质相当于冷源介质，使该冷源介质经热泵13传输至热交换器12中，并通过热交换器12与温室11进行热交换、同时形成高温介质(相当于上述中间介质)，使高温介质在传输至热泵13中后，通过热泵13将即将经由热泵13流入温室11的冷源介质的热量传输至高温介质中，由此使冷源介质具有更少的热量、并被传输向热交换器12，最终使热交换器12将温室中更多多余的热量交换出来，有效的实现了对温室11的降温，而不需要通过开窗散热的方式给温室11降温，同时，高温介质经过热泵13后形成热源介质(相当于具有第二温度的介质)，使系统接收该热源介质以备加热温室11时使用。

另外，为了更好的控制热泵13，使其加热或冷却流入热交换器12中的热源介质或冷源介质的温度，以更好的实现温室11的加热或降温，在本实施方式中，优选的，还包括步骤：通过热泵控制装置16控制热泵的工作效率。需要说明的是，该步骤中，不仅可以通过热泵控制装置16调控热泵13加热或降温的速率，还可以调控加热或降温的温度等。

优选的，本实施方式中，还包括步骤：通过热泵控制装置16控制经过热泵13的介质的环流速度。由于介质的速率可以影响到热传递的效率，因此，本实施方式中，通过热泵控制装置16，可以更有效的调控流经热泵13的介质的温度，也可以进一步的调控热交换器12对介质和温室11的热交换，并最终帮助到温室的加热或降温。

另外，本实施方式中，还包括步骤：检测温室的温度，当检测到温室的温度低于或高于预设范围时，调控经过热泵的介质的环流速度。

值得一提的是，二氧化碳是植物光合作用所必须的原料，并且二氧化碳还具有保温的作用，一定浓度的二氧化碳是有利于温室内的植物的生长的，因此，本实施方式中，还包括步骤：调控温室11内的二氧化碳浓度。具体的，可以是通过二氧化碳控制装置控制温室11内的二氧化碳浓度。

为了更准确的对二氧化碳的浓度进行调控，本实施方式中，所述调控温室11内的二氧化碳浓度的步骤中，具体包括：检测温室11内的二氧化碳的浓度，当检测到二氧化碳的浓度低于或高于预设范围时，控温室11内的二氧化碳浓度。具体的说，通过二氧化碳检测装置检测到二氧化碳的浓度过低时，利用二氧化碳控制装置向温室11内释放二氧化碳，当通过二氧化碳检测装置检测到二氧化碳的浓度过高时，利用二氧化碳控制装置从温室11内抽取多余的二氧化碳，并对抽取的二氧化碳进行专门的存储。

由于太阳能可以转变为电能，本实施方式中，还包括步骤：接收太阳能并转换为电能，利用电能对所述热泵13供电。具体的说，通过太阳能装置18接收太阳能并转换为电能，利用电能对热泵13供电。需要说明的是，当太阳能足够时，可以通过将太阳能转变为电能以供电，当太阳能不足时，也可以通过系统内部其他未进行说明的结构进行供电。另外，在本实施方式中，既利用太阳能装置18将太阳能转换成电能，也利用太阳能天然的热量帮助温室加热(在有太阳的时候)，这充分的利用了天然且绿色的能源。

由于第一实施方式与第二实施方式是相互适应的系统和方法，因此，第一实施方式中提及的多个细节、举例、改进同样适应于本实施方式，为了避免重复，在此不再一一描述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。