专利名称：中空透明聚合物板材密封框架群的密封工艺及其在农用设施中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业、农用设施领域。更具体地，本发明涉及一种可用于控制调控温度的中空透明聚合物板材密封框架，以及具有该密封框架的且适用于中低纬度温带地区的温室。
温室作为减少作物受地域和气候限制的农业设施，具有重要的作用。温室有各种形式，其区别在于(1)与外界环境相对封闭的程度，(2)有无加温和降温系统，(3)依靠手工还是不同自动化程度的室内环境调节。
世界各地的温室的结构设计取决于如何充分利用当地的光温资源，针对具体作物经济地取舍环境控制自动化程度。北欧光温资源少，因而温室采用封闭性能好的玻璃覆盖、铝合金框架和无侧窗结构，以适应冬季高封闭型保温的要求。地中海国家光温资源好，因此温室采用薄膜覆盖和可大面积开启的窗帘结构，以适应夏季降温排湿的要求。
此外，日照时数也是一个重要因素。北欧虽然纬度很高，但受大西洋暖流及海洋性气候影响，冬暖夏凉，蔬菜花卉生产的不利因素是冬季日照奇短(最短时每天为2小时)，总日照时数才1600小时，因此北欧地区将短期生产整休安排在冬季的一至二个月，减少加温能耗，在全年产量中长日照夏季的产量所占主要比例。
然而，全球至今尚缺乏适应中低纬度温带地区的温室。例如，特别是在中国长江流域的不少地方，冬夏各四个月，冬季低温寡照，而夏季高温高湿，上述两种温室在该地区都无法获得可与原产地相比的高产量与低成本。
太阳能是农业不可替代的能源，只有在需要改变光周期时才需要采用人工光照。在太阳能中，对温室生产有意义的光线包括植物生长发育所需要的(1)紫外光，(2)可见光，和(3)远红光，以及能使温室增温的(4)红外光。前者是永远受欢迎的，后者在夏季不受欢迎。为了阻挡红外光，有人在夏季采用遮阳网，但遮阳网同时也阻挡了植物所需要的光，因此不利于植物生长。
美国专利US 4215672曾设计了一种由双层流体屋顶夹以红外滤色材料组成外墙的温室，以充分利用光温资源。然而US 4215672中的温室仍存在如下缺点(1).采用共用间隔板的两层中空透明板材(或三层中空板材)，组成流体逆向热交换的屋顶，其系统结构较复杂，密封较困难。(2).逆向热交换效率较高，但不是必须如该专利所设计的放在屋顶部分，在温室内可采用不透光的金属热交换系统会有更高的热交换效率，或者以提高流体流动速度加速带走热量。也就是说，该专利将屋顶的透光与热交换功能结合在一起是没必要的。(3).该专利的温室屋顶具有三层透光板与两层水层的复杂结构会严重影响屋顶的透光性，降低室内光强。(4).该专利的屋顶设计不利于应通风需要作窗户设计。5.该专利着重考虑带走温室屋顶热量，欠考虑以通风带走热量，更未考虑利用无流体中空板材在冬季的高隔热效果。因此，也不适用于中低纬度温带地区。
因此，本领域迫切需要开发适应中低纬度温带地区的温室。
本发明的目的是提供一种温度调控系统。这个系统能最大限度的利用太阳能和地温调节温室环境，并满足原有温室屋顶和侧墙的各种功能要求。
一方面，本发明提供了一种密封框架，它包括至少一个中空透明板材，其包括两个侧板和多个在两侧板之间延伸的隔板，所述隔板在所述两侧板之间限定了多个沿第一方向的流体通道；设置在所述板材的沿所述第一方向的两个端部的第一密封构件，所述第一密封构件紧密配合于所述板材的端部，使各流体通道在第一方向上与外界连通；设置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封构件，所述第二密封构件紧密配合于所述板材的侧部，使各流体通道在第二方向上与外界隔绝；分别与所述第一和第二密封构件紧密配合的主流道构件，该主流道构件具有一第一流道腔体和两个外伸臂，所述外伸臂所形成的槽体可紧密配合于所述第一密封构件，流道腔体上有开口与透明板材的流体通道相通。
在一优选例中，所述槽体内有一凸起，该凸起将槽体分成一内槽部分和一外槽部分，所述外槽部分紧密配合于所述密封构件。
较佳地，所述主流道构件还具有一第二腔体，供插入刚性支承件。
在一优选例中，主流道构件、中空板材和或密封构件用选自下组的材料制成聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯。
另一方面，本发明提供了上述密封框架的用途，它被用于构建温室。
此外，本发明还提供了一种温室，其中至少部分屋顶为上述的密封框架。
在一优选例中，该密封框架是可开启式的。
在另一优选例中，所述流体选自下组无菌水、蒸馏水，并且可下组的物质促进红外线吸收的化合物、反射片或颗粒、抑藻剂、或其组合。
在另一优选例中，所述的流体还与一热交换装置相通，在该热交换装置处进行热量交换。
图1A是本发明一种密封框架的各组件的透射图。
图1B是本发明一种密封框架的各组件的剖视图。
图2是本发明一种温室的示意图。
本发明人经过多年研究发现，更充分地利用光温资源是中低纬度温带地区温室创新设计的出路，并在此基础上完成了本发明。
在本发明的一方面，提供了一种中空透明板材密封框架。该框架由(1)聚合物主流道构件，(2)与在主流道构件紧密结合的聚合物中空板材，以及(3)一定数目的密封构件构成。
主流道构件、中空板材和密封构件宜用聚合物制成，优选的聚合物例子包括(但并不限于)聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯等。
中空透明板材的厚度通常为4-13毫米，较佳地为9-11毫米。中空透明板材的侧板厚度通常为0.2-1.5毫米，较佳地为0.5-1毫米。
在本发明的一个实例中，所提供的中空透明板材密封框架具有类似
图1结构。图中1为中空透明板材，它是两个侧板11与12及多个中隔板13形成的有规则结构，其中有许多平行中空通道。密封条2具有伸入中空透明板材的每个通道的衬芯管(或者由弹性塑料在挤压下形成的类似结构)，同时从两侧紧密夹住其两侧板；伸入中空透明板材的密封条2仍维持每个通道与外界连通。主流道构件3为一聚合物塑料型材，该构件从密封条2的两侧将密封条2固定；主流道构件具有一个园型或长方形或其他形状的流道腔体9以及与其平行的外伸15臂组成，外伸臂15中所具有的槽体能将密封条2夹紧，槽体内有凸起16将槽分内槽7与外槽8。外槽8能与密封条2紧密镶嵌。
当中空透明板材、密封构件和外槽三者紧密镶嵌后，内槽中的流体能进入每个上述通道，而不会流至板材外(在常用压力下)。塑料型材的腔体在需要的部位可打孔使腔体9与内槽7相通；在板材垂直方向(无中空通道的方向)，板材、U型密封条4和型材5三者也能紧密镶嵌。中空板材的四周都以上述方式由密封条和型材镶嵌后就成为一种框架。当这种型材的适当部位上开启出入口后，它就成为能为流体通过的封闭框架。
由于上述型材(主流道构件)的两侧具有相同的带槽臂，可同时在左右与不同密封条及中空板材镶嵌，所以能形成框架群，其中的流体成为一个系统。这个框架群结合梁柱可成为由中空板材为主要覆盖的温室或其它农用设施。
主流道构件型材的横截面还设计有增强凸起6，在凸起6与流体腔体之间形成一增强腔体10，可平行地插入金属型材，以增强刚性和提供框架群与温室结构或温室传动设备连接的支撑。
在本发明的另一方面，提供了一种温室。在本发明的温室结构中，温室的屋顶(或全部或部分外墙)是上述中空透明板材密封框架组成，这种框架可象太阳能热水器一样，有流体将热量带走。因此，在夏季时能使在太阳能中对温室生产有意义的光线包括植物生长发育所需要的紫外光、可见光和远红光透过，又能吸收掉使温室增温的红外光。在冬季时，在密封框架中不注入流体，这样紫外光、可见光和远红光以及使温室增温的红外光便可透过，加上此中空板材良好的隔热作用，不仅使温室升温保温效果良好，也可满足温室内植物生长的需要。
此外，在本发明的温室结构中，屋顶较佳地是可开启的。这样，在夏季时可开启屋顶，起到通风、透气、和降温作用；在冬季屋顶是关闭的，因此可起到较佳的保温作用。
在一实施例中，还使用一定温度的水源来调节温室温度。如本文所用，“温室环境”是指温室内的温湿度和/或作物根系生长容器中的温度。例如，地温或地下水温度与当地的年平均温度接近，因此，可以用地表水、井水或地下水在不同季节用来调整温室温度。
在用于温室时，本发明的整个密封框架有至少一个流体入口和出口，并且流体能均匀地在中空板材的中空部位流动。流体在框架中的流动方向，可通过与框架主流道相通的泵控制和或利用重力。
在框架中的流体选自自来水、无离子水、蒸馏水等。此外，此流体中可以含有促进红外线吸收的化合物(如氯化铜)、能反射过强光能的固体(如铝箔碎屑)、或含抑制藻类生长的抑藻剂。该流体还可来自组成了太阳能热水器样的屋顶，即来由另外一些中空透明板材密封框架群中的流体。
在一优选例中，本发明的密闭框架象窗户一样，既能密闭又能大幅度开启，还能以传统方式调控温室环境。此外，当一部分框架被放置在水池中时，框架中的流体就能形成水池与流体间的能量交换。这个水池的水可以是来自地下水井的井水，这在夏季时尤其有利降温；也可以是栽培营养液，以便综合有效地利用能源。这样，本发明的密封框架就可作为热交换器在地下水、屋顶流体和栽培营养液间交换热能，所以不仅集有吸热、散热、反射辐射热和通风多种功能，而且可以提供能源的综合利用率。
鉴于本发明的密封框架的结构设计，这种农用设施就会具有多种功能。
(1)隔热中空透明聚合物板材可以是常用建筑材料，它被用于隔热时，着眼于中空(其间无流体时)聚碳酸脂板材(阳光板)都具有低于3kcal/m2/h/℃的导热系数，相当于三层中空玻璃，而玻璃导热系数大于6kcal/m2/h/℃，聚乙烯薄膜的导热系数4.2kcal/m2/h/℃，双层充气塑膜导热系数只有3.7kcal/m2/h/℃。
(2)散热当这种板材被液体充满，并在其间流动时，它两侧薄薄的隔板(通常仅0.5mm)就成为很好的导热面，导热系数上升数倍，可用作热交换器的良好介面。框架群的流体系统还可设有这种流体的库与泵、在另一头具有类似的框架群浸在一水池中，实现与覆盖温室的框架群向此水池的的热转移。因此，这水池中可有井水、栽培营养液或其它液体流动，进行所希望的热交换。
(3)调节光强度在农用设施需要避免过强阳光时，框架群流体系统中可含有能反射过强光能的固体(如铝箔碎屑)，在不需反射时再将此固体从流体中分离出来。
(4)通风为使上述农用设施具有常用温室通风功能，这种框架可设计为如图2所示的温室顶窗，其开启度可充分满足通风量的需要。
在本发明的另一方面，还进一步提供了一种由上述框架群组成的能量调控系统，它以太阳能为热源，地热为热源或冷源，通过热交换器实现温室或农用设施环境的调控和作物地下部温度的调控。气候是四季不同且多变的，所以框架群各功能的实现可由人工调控，也可由一定调控程度的硬件和软件实现。其硬件可包括泵、电磁阀、传动装置、气候因子传感器(设施内外)、程序控制器和计算机等。其软件可包括控制程序、所在地气候资料、作物生长资料和专家系统等。
在一采用中空聚碳酸酯的优选例中，中空聚碳酸酯中空板材被夹封闭在类似上述框架中。结果表明，框架的热膨胀系数与板材接近，在中空无流体在其中时，这种框架实现了低于3kcal/m2/h/℃的隔热效果，由此组成的框架群形成相对封闭的温室表面，由于温室表面面积通常是温室地面的1.2倍，在中低纬度温带地区夏季阳光最强烈的时间，太阳能辐射常达到500kcal/m2/h，也就是说以框架面积计算的400kcal/m2/h，温室作物茂盛生长时的蒸腾量是250ml/m2/h，按蒸腾热600kcal/l计算，会消耗150kcal/m2/h的辐射热，另外在最高温时一定量的通风也会减少辐射热引起温室升温的幅度，所以从框架表面以200kcal/m2/h速度带走辐射热。如果中空板材的水通道厚度为8mm，其水量就是8Kg/m2，当水体更新速度为5/h次时，这些热量需要加温40Kg/m2，所以每次循环温升将会是5℃。要在夏季白天10小时内维持框架系统水池日升温不超过10℃，此水池的容积必须是框架中空容积的25倍，即200Kg/m2(框架表面)。通常土井的水温在夏季较气温低5～10℃，所以需要同样量至近一倍量的井水带走这些热量。当框架流体系统含有能反射过强光能的固体(如铝箔碎屑)时，将反射掉50％以上的辐射热，减少对井水的需求。因此这个系统对本技术使用地的地下水量以及地热情况有一定的依赖，然而中低纬度温带地区(如长江领域)通常并不缺乏地下水，因此本发明的温室或温控系统显然是十分有效的。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种密封框架，其特征在于，包括至少一个中空透明板材，其包括两个侧板和多个在两侧板之间延伸的隔板，所述隔板在所述两侧板之间限定了多个沿第一方向的流体通道；设置在所述板材的沿所述第一方向的两个端部的第一密封构件，所述第一密封构件紧密配合于所述板材的端部，使各流体通道在第一方向上与外界连通；设置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封构件，所述第二密封构件紧密配合于所述板材的侧部，使各流体通道在第二方向上与外界隔绝；分别与所述第一和第二密封构件紧密配合的主流道构件，该主流道构件具有一第一流道腔体和两个外伸臂，所述外伸臂所形成的槽体可紧密配合于所述第一密封构件，流道腔体上有开口与透明板材的流体通道相通。
2.如权利要求1所述的密封框架，其特征在于，所述槽体内有一凸起，该凸起将槽体分成一内槽部分和一外槽部分，所述外槽部分紧密配合于所述密封构件。
3.如权利要求1所述的密封框架，其特征在于，所述主流道构件还具有一第二腔体，供插入刚性支承件。
4.如权利要求1所述的密封框架，其特征在于，主流道构件、中空板材和或密封构件用选自下组的材料制成聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚丙烯酸酯。
5.一种如权利要求1所述密封框架的用途，其特征在于，它被用于构建温室。
6.一种温室，其特征在于，至少部分屋顶为权利要求1所述的密封框架。
7.如权利要求6所述的温室，其特征在于，该密封框架是可开启式的。
8.如权利要求6所述的温室，其特征在于，所述流体选自下组无菌水、蒸馏水，并且可下组的物质促进红外线吸收的化合物、反射片或颗粒、抑藻剂、或其组合。
9.如权利要求6所述的温室，其特征在于，所述的流体还与一热交换装置相通，在该热交换装置处进行热量交换。
全文摘要
本发明提供一种密封框架,包括:至少一个中空透明板材,其包括两个侧板和多个在两侧板之间延伸的隔板,所述隔板在所述两侧板之间限定了多个沿第一方向的流体通道;设置在所述板材的沿所述第一方向的两个端部的第一密封构件;设置在所述板材的沿垂直于所述第一方向的第二方向的第二密封构件;分别与所述第一和第二密封构件紧密配合的主流道构件。还公开了采用这种密封框架的集有吸热、散热、反射辐射热和通风功能的温室和温控系统。
文档编号A01G9/14GK1370398SQ0110544
公开日2002年9月25日 申请日期2001年2月27日 优先权日2001年2月27日
发明者苏维埃 申请人:中国科学院上海植物生理研究所