一种与温室建筑一体化的供热系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种与温室建筑一体化的供热系统，该系统包括：主动集热装置、保温蓄热水箱、辅助加热装置、遮阳装置、热水输送管路、散热装置以及温度传感控制装置；主动集热装置由菲涅尔透镜阵列、透镜阵列骨架和吸收器组成；主动集热装置安装在温室缓冲间屋顶，和温室建筑形成一体；保温蓄热水箱放置在温室缓冲间内，采用不锈钢内胆，中间聚氨酯喷涂保温，外面附加彩钢板；辅助加热装置位于保温蓄热水箱中。本实用新型供热系统能够充分地收集和利用太阳辐射热，替代传统燃煤锅炉的供暖系统，供暖过程不产生任何污染；本实用新型供热系统的蓄热水箱可以在夜晚放热，使水保持较高的温度；本实用新型供热系统造价低廉。
【专利说明】
一种与温室建筑一体化的供热系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及农业工程技术领域，更具体涉及一种与温室建筑一体化的供热系统。
【背景技术】
[0002]适宜的温度是保证植物生长的必要因素，温室内部的温度易受外界影响，冬季经常出现不能满足植物生长要求的低温现象。在一些特殊设计的温室中，更容易出现这种情况。比如，近些年来新兴发展的阴阳温室，由于其阴棚处于北向背阴面，不能直接得到太阳热辐射，因此冬季阴棚内的温度比普通的日光温室更低。在我国北方的冬季，如何在寒冷的室外气象条件下，保证温室保持适于植物生长的温度条件，是温室设计、建造和使用中最重要的问题。
[0003]传统的温室供暖方式通常采用燃煤锅炉加热，来提高室内温度，这种加热方式不仅投资和运行费用高、效率低，而且还会产生大量的有害气体，对环境造成污染。
[0004]有关资料显示，我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的国土面积年日照量在2200小时以上，年辐射总量大约在每年3340?8360MJ/平方米，相当于110?250kg标准煤/平方米。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部等广大地区的太阳辐射总量很大。
[0005]如果能利用好太阳能这种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，为温室生产提供加热，将会大大减少对燃煤的依赖，实现温室的节能高效生产。
[0006]另外，经过一体化设计的供热系统和温室建筑相结合，可以有效的利用温室建筑的屋顶空间，在外观上可以与建筑和谐统一，有利于形成有个性的温室建筑艺术形象。
【发明内容】
[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本实用新型要解决的技术问题就是如何充分地收集和利用太阳辐射热，替代传统燃煤锅炉的供暖系统，供暖过程不产生任何污染;如何充分吸收太阳辐射热，能有效节省能源，实现温室的低碳节能高效生产;如何使一体化设计的供热系统和温室建筑相结合，有效的利用温室建筑的屋顶空间，在外观上与建筑和谐统一，有利于形成有个性的温室建筑艺术形象；如何采用自动化控制，有利于精确控制温室内的小环境;如何保温蓄热使夜晚放热，继续加热水箱中的水，使水保持较高的温度，节省能源;而且方便更换构件，降低成本；从而提供一种与温室建筑一体化的供热系统。
[0009](二)技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种与温室建筑一体化的供热系统，所述系统包括:主动集热装置、保温蓄热水箱、辅助加热装置、遮阳装置、热水输送管路、散热装置以及温度传感控制装置;主动集热装置由菲涅尔透镜阵列、透镜阵列骨架和吸收器组成；主动集热装置安装在温室缓冲间(管理房)屋顶，和温室建筑形成一体，用于收集、聚集和吸收太阳辐射热;保温蓄热水箱放置在温室缓冲间(管理房)内，采用不锈钢内胆，中间聚氨酯保温垫层，外面附加彩钢板，用于储存主动集热装置加热的热水;辅助加热装置位于保温蓄热水箱中，用于保证全天候的热水供应;遮阳装置由半圆形轻钢骨架、遮阳幕布以及驱动机组成，主要用于夏季温度过高或者维修时来遮挡阳光；热水输送管路用于向温室内输送热水;散热装置用于提升温室内的土壤地温及温室内空气温度;温度传感控制装置由温度传感器、电磁阀、温度控制器和循环水栗组成，电磁阀与温度控制器以及循环水栗相连接，在达到一定的温度要求时，控制电磁阀以及循环水栗的开启或关闭，从而实现温室供热的自动化控制。
[0011]优选地，所述的透镜阵列骨架是由半圆球形的轻钢骨架相互交错形成固定的网格，阵列骨架直接与温室缓冲间屋顶上预埋的铁件相连接。
[0012]优选地，所述的菲涅尔透镜阵列是在半圆球形的轻钢骨架网格中，镶嵌多个菲涅尔透镜，透镜焦点位于吸收器表面，焦距为菲涅尔透镜到吸收器表面切线的距离。
[0013]优选地，所述的吸收器是采用钢板制作成半球形内空容器，外面涂太阳能选择性涂层;吸收器外接冷水进水管与热水出水管。
[0014]优选地，所述的温室缓冲间，其位置设在温室一侧，屋面采用平屋顶，屋面板采用钢筋混凝土板，主动集热装置安装在屋面板上，主动集热装置与屋面板之间设置聚氨酯保温垫层。
[0015]优选地，所述的保温蓄热水箱的内胆外面再附加一层钢板，两层钢板之间采用蓄热材料填充。
[0016]优选地，所述的辅助加热装置位于保温蓄热水箱中，采用电加热方式；当保温蓄热水箱内的水温低于某限值时，可以自动开启，用于保证全天候的热水供应；当保温蓄热水箱内的水温高于某限值时，可以自动关闭以节省能源;所述的辅助加热装置采用手动开启和自动开启两种方式。
[0017]优选地，所述的遮阳装置安装在主动集热装置外侧，半圆形轻钢骨架根数为三根，遮阳幕布和轻钢骨架通过卡槽和卡簧相连接，以主动集热装置的直径为转动轴进行转动，转动的方式采用手动或者齿轮驱动机驱动。
[0018]优选地，所述的主动集热装置出水口以及保温蓄热水箱中设置温度传感器，当集热装置内热水温度达到设定的温度时，温度控制器命令电磁阀启动，将热水排入保温蓄热水箱中，提升保温蓄热水箱内的水温；当集热装置内水温低于设定的温度时，温度控制器命令电磁阀启动，将水排入保温蓄热水箱中，实现排空防冻。
[0019]优选地，所述的保温蓄热水箱中的水位达到设定的上限位置时，电磁阀关闭；当主动集热装置内热水温度与保温蓄热水箱中的水的温差达到设定的上限时，循环水栗启动，提升保温蓄热水箱内的水温；当主动集热装置内热水温度与保温蓄热水箱中的水的温差达到设定的下限时，循环水栗停止工作。
[0020](三)有益效果
[0021]本实用新型供热系统能够充分地收集和利用太阳辐射热，替代传统燃煤锅炉的供暖系统，供暖过程不产生任何污染;本实用新型供热系统能够充分吸收太阳辐射热，能有效节省能源，实现温室的低碳节能高效生产;经过一体化设计的供热系统和温室建筑相结合，可以有效的利用温室建筑的屋顶空间，在外观上可以与建筑和谐统一，有利于形成有个性的温室建筑艺术形象;采用自动化控制，有利于精确控制温室内的小环境；易于更换构件，造价相对比较低廉;保温蓄热水箱可以在夜晚放热，继续加热水箱中的水，使水保持较高的温度，节省能源。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是温室南立面示意图；
[0024]图2是温室侧立面示意图；
[0025]图3是温室屋顶示意图；
[0026]图4是温室管理房及主动集热装置示意图；
[0027]图5是本实用新型供热系统运行原理图；
[0028]附图标记:1、菲涅尔透镜阵列，2、吸收器，3、遮阳装置，4、温室缓冲间(管理房)，5、温室大棚，6、温室缓冲间(管理房)屋顶面、7、手动或齿轮驱动机，8、聚氨酯保温垫层，9、保温蓄热水箱。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0030]本实用新型中的菲涅尔透镜阵列尺寸以及吸收器的容积和温室的屋面面积有关，以下以普通温室为例，阐述上述发明设计中温室供热总负荷和吸收器体积之间关系的计算方法与步骤:
[0031](I)、温室采暖总热负荷计算:
[0032]温室的采暖总热负荷按照下列公式计算:
[0033]Q = ala2Ql+Q2+Q3 (1-1)
[0034]式中:Q—温室的采暖总热负荷(W);
[0035]al —温室结构附加系数;对于日光温室的阳棚可以取1.0，对于阴棚可以取1.02;
[0036]a2—风力附加系数;和风速有关，一般风速为6.71m/s可以取1.0，风速为15.65m/s可以取1.16，中间取差值计算；
[0037]Ql—温室的基本传热量(W)；
[0038]Q2—温室的冷风渗透热负荷(W);
[0039]Q3—温室的地面传热量(W);
[0040](2)、吸收器体积的计算:
[0041]当供暖系统设计热负荷及供、回水温度已经确定时，则为满足总热负荷所需要的热水流量(循环量)为:
[0042]G = 3.6Q/(T1-T2)C (2-2)
[0043]式中:Q—温室的采暖总热负荷(W);
[0044]Tl—给水管温度(°C);本实用新型实验数据表明取95°C
[0045]T2—出水管温度(°C);本发明实验数据表明取60°C
[0046]C一水的比热，4.1868(J.kg-1.°C-1)；
[0047]将各个参数代入(2-2)得出:
[0048]G = 0.021129Q (3-3)
[0049]假设在冬季的晴好天气，本实用新型吸收器可以从上午9:00工作到下午3:00，按照6小时计算，在这6小时内，温室的供暖热负荷由吸收器吸收的太阳辐射热量承担，其余时间不足部分由辅助热源满足。
[0050]所以吸收器的日热水产量应该为6小时的热水总循环量为:V6 = 6*0.021129Q =0.1267Q
[0051]经过大量试验证明，本实用新型在采暖期的集热、储热和供热的综合效率在0.35-
0.45之间，按照保守计算，吸收器的体积与温室的采暖总热负荷之间的关系:
[0052]吸收器的体积￥吸收器=0.12670/0.35= 0.3650 1113 (3-3)
[0053](3)、保温蓄热水箱体积的计算:
[0054]在晴朗的冬季，对于单面日光温室，从上午9:00-下午3:00的6个小时的区域内，可以近似的认为棚内温度适合于植物的生长发育，不需要供暖，这6个小时所产生的热水储存在保温蓄热水箱内，供其余时间段供暖;再加上夜晚排空防冻的水的体积，因此，
[0055]蓄热保温水箱的体积V= 0.1267Q+0.365Q = 0.4917Q m3 (4-4)
[0056]取蓄热保温水箱体积V = 0.5Q m3。
[0057]下面以建造双面温室安装本实用新型所述的集热供热系统实施例对本实用新型作进一步说明。
[0058]实施例1
[0059]双面温室长度为60m，阳棚跨度为8m，阴棚跨度为4.5m，阳棚北墙墙体高度为2.6米，温室的脊高高度为3.6m，温室内骨架的间距为1.0m。温室的缓冲间(管理房)尺寸为3.6*3.6米，缓冲间高度为3.8米，温室施工建造时应提前按图纸预留各种洞口，预埋各种管道。
[0060]如图1、图4所示，温室缓冲间(管理房)4设在温室大棚5—侧，屋面采用平屋顶，屋面板采用钢筋混凝土板。在设计时，应按照混凝土板上部的菲涅尔透镜阵列1、遮阳装置3以及吸收器2里的水等的总荷载，来计算混凝土板的厚度及配筋。施工时，应该预留各种管道洞口及预埋件，混凝土板施工完毕后，喷涂60毫米厚聚氨酯保温垫层8并找平。
[0061]如图1、图2、图4所示，提前制造出半圆形的吸收器2，吸收器2可以采用两个构件螺丝口连接，预留好冷水进水管与热水出水管，然后在屋面的聚氨酯保温垫层8上安装吸收器2，其外面涂太阳能选择性涂层。提前计算菲涅尔透镜阵列I骨架的半径尺寸，要求透镜焦点位于吸收器2表面，焦距为菲涅尔透镜到吸收器2表面切线的距离。
[0062]如图1、图2、图4所示，由菲涅尔透镜阵列1、透镜阵列骨架和吸收器2组成的主动集热装置安装在温室缓冲间(管理房)屋顶面6上，菲涅尔透镜阵列I骨架由半圆球形的轻钢骨架相互交焊接成固定网架，对于本实施例采用500*500毫米的正交网格。待吸收器2安装完毕后，安装阵列骨架。阵列骨架直接与温室缓冲间(管理房)4屋顶上预埋的铁件焊接或者螺栓连接，和温室建筑形成一体。
[0063]如图1、图2、图4所示，在半圆球形的轻钢骨架网格中，镶嵌上多个菲涅尔透镜，透镜可以采取圆形或者方形，也可以根据不规则形状的网格及进行定做或剪裁，本实施例采用500*500毫米的正方形的透镜片。
[0064]如图1、图3所示，在安装好主动集热装置后，安装遮阳装置3。遮阳装置3安装在菲涅尔透镜阵列I外侧，其中半圆形轻钢骨架根数为三根，白色遮阳幕和轻钢骨架通过卡槽和卡簧相连接，以菲涅尔透镜阵列I的直径为转动轴进行转动，转动的方式可以采用手动或者齿轮驱动机7驱动。
[0065]如图4所示，分别安装和连接辅助加热装置、循环水栗、电磁阀、温度控制器等设备并形成回路。本系统中，保温蓄热水箱9、温度控制器、循环水栗电磁阀均放置在温室缓冲间(管理房)4内，双面温室阴棚内的散热器采用D125光管散热器，分布安装在阴棚内，其余热水连接管采用PE管。
[ΟΟ??]安装完毕后，调试系统。
[0067]以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，该系统包括:主动集热装置、保温蓄热水箱、辅助加热装置、遮阳装置、热水输送管路、散热装置以及温度传感控制装置;主动集热装置由菲涅尔透镜阵列、透镜阵列骨架和吸收器组成;主动集热装置安装在温室缓冲间屋顶，和温室建筑形成一体;保温蓄热水箱放置在温室缓冲间内，采用不锈钢内胆，中间聚氨酯保温垫层，外面附加彩钢板;辅助加热装置位于保温蓄热水箱中；遮阳装置由半圆形轻钢骨架、遮阳幕布以及驱动机组成;热水输送管路连接保温蓄热水箱和散热装置，散热装置采用温室内安装或者土中埋管的方式;温度传感控制装置由温度传感器、电磁阀、温度控制器和循环水栗组成，电磁阀与温度控制器以及循环水栗相连接。2.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的透镜阵列骨架是由半圆球形的轻钢骨架相互交错形成固定的网格，阵列骨架直接与温室缓冲间屋顶上预埋的铁件相连接。3.根据权利要求2所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的菲涅尔透镜阵列是在半圆球形的轻钢骨架网格中，镶嵌多个菲涅尔透镜，透镜焦点位于吸收器表面，焦距为菲涅尔透镜到吸收器表面切线的距离。4.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的吸收器是采用钢板制作成半球形内空容器，外面涂太阳能选择性涂层;吸收器外接冷水进水管与热水出水管。5.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的温室缓冲间，其位置设在温室一侧，屋面采用平屋顶，屋面板采用钢筋混凝土板，主动集热装置安装在屋面板上，主动集热装置与屋面板之间设置聚氨酯保温垫层。6.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的保温蓄热水箱的内胆外面再附加一层钢板，两层钢板之间采用蓄热材料填充。7.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的辅助加热装置位于保温蓄热水箱中，采用电加热方式；当保温蓄热水箱内的水温低于某限值时，可以自动开启，用于保证全天候的热水供应;当保温蓄热水箱内的水温高于某限值时，可以自动关闭以节省能源;所述的辅助加热装置采用手动开启和自动开启两种方式。8.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的遮阳装置安装在主动集热装置外侧，半圆形轻钢骨架根数为三根，遮阳幕布和轻钢骨架通过卡槽和卡簧相连接，以主动集热装置的直径为转动轴进行转动，转动的方式采用手动或者齿轮驱动机驱动。9.根据权利要求1所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的主动集热装置出水口以及保温蓄热水箱中设置温度传感器，当集热装置内热水温度达到设定的温度时，温度控制器命令电磁阀启动，将热水排入保温蓄热水箱中，提升保温蓄热水箱内的水温；当集热装置内水温低于设定的温度时，温度控制器命令电磁阀启动，将水排入保温蓄热水箱中，实现排空防冻。10.根据权利要求1-9任一项所述的与温室建筑一体化的供热系统，其特征在于，所述的保温蓄热水箱中的水位达到设定的上限位置时，电磁阀关闭；当主动集热装置内热水温度与保温蓄热水箱中的水的温差达到设定的上限时，循环水栗启动，提升保温蓄热水箱内的水温；当主动集热装置内热水温度与保温蓄热水箱中的水的温差达到设定的下限时，循环水栗停止工作。
【文档编号】F24J2/08GK205536054SQ201620212076
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】傅泽田, 马云飞, 李鑫星, 张领先, 温皓杰, 吕雄杰, 郭蕾, 刘菲, 陈迪, 李慧玲
【申请人】中国农业大学