专利名称：太阳能多用可调控温室的制作方法
太阳能多用可调控温室
本发明提供高效利用太阳能、适用于各种使用目的的温室，属于太阳能利 用技术，是蔬菜苗木保护地生产、食用菌栽培、菌肥和发酵工业生产、动物温 室养殖、农副产品加工和木材、药材干燥等的通用绿色设施。
20世纪80年代以来，具有中国特色的新型保护地设施一节能日光温室 在我国北方广大地区普及起来。近10年来，我国各地包括西南等地区，这种 设施的发展也很快。节能温室的面积正逐年扩大，取得了显著的经济、社会和 生态效益。但这种温室利用太阳能的效率较低，主要表现在冬季的棚温不太高， 白天仅20'C左右，夜晚则降到8'C左右，因此多数作物难以髙产；温度主要受 天气控制，其用途限于数量不多的几种蔬菜的及季节栽培，未能在其它领域广 泛使用；在严寒地区有的还难免冻害，不得不用辅助热源。总之，现在的曰光 温室节能效果不够突出，使用领域不宽，各种效益还有巨大的拓展空间；它亟 需革命，应在社会可持续发展中作出更大的贡献。
本发明主要应用了 "太阳能全效建筑砌块等全方位传输构件"(专利申请 号200620116884.8)技术，并借鉴利用了 "免能耗全节省环境空调"(专利申 请号200610092140.1)技术。本发明的总的特点是温室完全不用能耗，温湿 度等因素可大幅度调控，空间(平面范围和髙度)可根据作物高矮和耕作机具 大小选择，适用于南北方四季各种作物的优质高产，还能防止各种病虫害，是 生产绿色食品的最重要设施。本发明是这样实施的
说明书附图中，
图1是单个温室的平面图。图中1为南墙，2为北墙，3 为东墙，4为西墙。南北墙间距8m以上，东西墙gl距不限。5为室顶通风窗， 有盖可开关。6为办公室(过渡间)。7为进温室的一内门。8^进温室的外门。9 为天网，由透明塑料网无,接制成，它起防止害虫飞入和在夏天起少量遮光 作用，并且产生散射光。南北东西墙均为框架结构，因框架内充填的为非承重 的围护结构。四墙结构基本相同。框架结构由薄壁钢管内充填混凝土加强。
图2为
图1的A—A'(西东)向剖面图。图中3为东墙，它是安装在框 架内的特殊的中空玻璃该中空玻璃外侧为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)导光 板13，内侧为普通玻璃14， 13与14之间有密封边框15，边框厚20mm，即 13和14之间的距离为20mm。中空玻璃内充有干燥空气，并放置干燥剂(小 包，未画出)。这特殊的中空玻璃与墙的框架大小正好，有少量缝隙应填实封 死，以保证隔热效果。所以中空玻璃可以根据框架结构的空间大小尺寸定制，成品不能再作切割。墙下为高度20min的近地通风口，它内有固定的纱网16, 可阻挡动物进入；外有可开启关闭的小窗门17。墙顶有面朝东南的PMMA光 导板(上)和光伏电池板(下)12,其白天的发电量Jit:于蓄电池，供夜晚照明 室内，并作为室内作物人工补光的部分光源。西头的11也是PMMA光导板(上) 和光伏电池板(下)，但它面向西北方向。西头的其它结构与东头的一样。9为 两块矩形(大小与温室顶一致)聚氯乙烯无滴棚膜在边缘粘合而成的大扁袋， 其东头边缘留有许多小孔，西头有口，风机由此口向大扁袋内吹空气，风流将 专用的泡沫塑料小球吹入大扁袋内(鼓风时风由小孔排出)，小球层为夜间保 温。早晨则由风机将小球吸出，让塑料大扁袋透过阳光。
图3为
图1的B—B'(南北)剖面，图中19为地面通风长孔的防动物纱 网，20为地面通风长孔的开启小窗门，它分几段，可按通风需要开全部或其中 几个。21和22为朝南和朝北PMMA光导板(上)和光伏电池板(下)，它们 的电能也贮存到蓄电池供夜晚照明用。
图4是由
图1的单个温室围成的四合院式温室群，S为南室，N为北室， E为东室，W为西室。各室的中空玻璃，南北两室的PMMA光导板均朝南和 朝北，东室和西室均朝东和西。这4幢温室所包围的面积较大的空地(阳光大 院SUN),上面有桁架，桁架上有髙强度、高透明度的塑料网IO，网上有双层 塑料大扁袋，大扁袋也可充盈泡沫塑料小球，起冬季夜晚保温作用。在这阳光 大院只有棚顶可以进光和需要隔热保温，其四周的温室起到保温的作用，所以 它是极好的采光保温空间，西这个空间只增加一个顶盖的成本。
需要说明的是，温垒的:l[墙在冬天是照不到太阳光的，所以在上冻以前可 用保温材料将它盖严。
中空玻璃是本项目的关键构件，其内外玻璃厚度均为6min,两者间隙 20mm,由厚20mm的边框限定。外层的PMMA光导板可以高效率的将太阳 光引入室内。
PMMA光导板的正南陈列是本项目的又一关键技术。图5示PMMA光导 板朝正南方向的陈列。该陈列由m行n列的单个光导板组成(图中m=3, n=4)。 图5的左边为朝正南的(朝读者的)陈列，其中'M为当地冬至日出时太阳的 方位角之半，a2为当地冬至日落时太阳的方位角之半。它们的角度以正南为 零度，在东为负，在西为正，日出和日落的方位角是它们的代数和。a，和d4 之间是一个等差级数，^最小，是首项，Q2是a,加级差所得到的方位角； a 3是a 2加级差所得到的方位角；以此类推。ct 4是这个等差级数的末项(这 里项数n-4)。图右为左图的剖面图，示光导板由下而上各行的光导板的法线倾 角，它们是I行的15。 ， n行的30。和III行的45。。这样的行数在高纬度地 区取2行，在低纬度地区取3行。这样的陈列可以保证从日出到日落将太阳能 100%的接收和传输。与传统的塑料薄膜温室相比，本发明的特点如下1、 接受的太阳能要增加好几倍。在塑料薄膜温室，只有在正午时分(入 射角9 =0),才有近于100%阳光入射率；冬季太阳髙度角低，入射率普遍很低。 PMMA光导板能在较大的范围内将光能100y。的引入室内。2、 散失的热量要降低1倍以上。在塑料薄膜大棚条件下，其热量消耗主 要通过覆盖材料和围护结构散热，占总耗热量的75%—80%;结构裂缝、门窗 等消耗热量5%~6%; 土壤横向传热占13%—15%。因此，在东北冬天其白 天有阳光时的最高棚温只有20'C，夜晚则低于8^C。在本项目的中空玻璃的高 效引光和隔热的作用下，其热量损失可比大棚减少70%以上。在室顶由于用泡 沬球充填，其夜间损失也会减少80%。由于温室是规整的六面体，所以它的散 热面积要小于传统的日光大棚，这也可以减少很多热量损失。3、 日贮夜放的热量数倍于大棚。在大棚，入棚的部分阳光，几乎全照在 植株上(主要在叶部)，直射土壤的仅仅是点点光斑，故土壤升温低于气温， 其所jt热量很有限。土壤热容量在自然界是仅次于水的热容量的物质，但这种 土壤的大热容量在大棚条件下并未得到充分利用。在光导扳射出的阳光，以锥 形光束射出，通过空气和普通玻璃后，辐射光的上面部分照亮植株，而向下部 分则射向叶、茎、杆下部和土壤，有相当多的阳光直接加热土壤。土壤颜色深、 又潮湿，它能更多地贮存热量(白天的土温高于气温)。这贮存的大量热量在 夜晚释放出来，可保证夜间温度不会降低。4、 能更好地发挥植物体各部分的光合作用效率。据"十五"攻关成果， 植物的光合作用除了叶片外，还有花托、叶托、茎、千等的绿色部分，在自然 光照条件下，得到充足阳光的只有叶片的正面，其它各部分就很少或没有接受 阳光的机会，很少有光合作用。在本项目有部分阳光是由下而上照射的，还有 大量散射光，这就可使所有绿色组织起光合作用，可提高植物的碳水化合物的 积累，提高作物的产量和品质。5、 温湿度调控能力很强。主要由于南墙的特强的输光能力，有了它即使 在我国最冷的城市齐齐哈尔(北纬47° 20')和哈尔滨(北纬45。 45'),在5200610104360.1说明书第3/4页a 3是a 2加级差所得 冬季单靠太阳能也足以使室温达到髙温作物所需的温度。更髙的温度在需要时 也可以达到，只要增加光导板的髙度(面积)。在一般大棚条件下，冬季的通 风与保温是矛盾的，但在本项目由于太阳能极为富裕，为调湿和供气(二氧化 碳)的通风也可按需进行，它不影响温度的设定。6、这种温室可有多种用途，且效率很高。前面是将温室用于种植，这里 先介绍由于温湿的可任意调控，给作物带来很多好处延长了光合作用的时间 (全天日照)；光照由自然光的由上至下，又增加了由下至上，使叶面的正反 面、叶下很少受光的花托、叶托、茎、干等绿色部分都发挥了其本有的光合作 用。由于阳光从各光导板以圆锥体状向室内散射，室内布满了散射光，又由于 延长了早晚的光照时间，这早晚的直射光中散射光量很多。在散射光中红光和 黄光很多，占50%~60%,其中的红光对蔬菜炸物的光合作用是不可或缺的； 由于可加强通风，因作物特性和作物不同生长阶段的特殊需要而控制室内的温 湿度也成了可能，这可使作物生长旺盛，和避免某些微生物造成的病害；由于 通风口和室顶普遍增加塑料网,可有效防止各种虫害；生物肥料的使用必须有 较髙温度，它在塑料大棚的温度条件下，很难起到好的肥效。本项目为使用生 物肥料提供了理想的温湿度条件。上述诸多因素必定会引起温室种植业的革命 性变化，大大提高温室的增产提质和增值效果，是绿色生产普及的必要条件。 它可实现动物的温室养殖，使养殖业高产和降低成本。 由于可将温度调到很高(60"70TC以上)，又可加强通风，还可将阳光引 导直射到待干燥物表面，这将使太阳能干燥工艺迸入高效时代，实现仅用太阳 能就能对木材、药材、果蔬、菌肥等的快速高质量的干燥。周围四墙的高度和圈定的面积可因需要增减，如准备种植果木就可将墙高 增加到果树的高度，如拟用大型拖拉机则高度和院的面积要适应拖拉机的需 要。要特别指出的是南墙的高度与它能接受的阳光量成正比，所以，墙的增高 不会造成经济损失，还有收^"~当用不了太多的阳光时，还可以光伏发电并 网。
权利要求
1、 太阳能多用可调控温室可单个建设，也可建成"四合院"式的，其特 征在于a、 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光导板增强接受光的能力b、 以冬至日出、日落的方位角和太阳髙度为依据安排光导板的法线方位 与倾角；c、 全天100%地利用太阳能；d、 可大轜度调控温湿度。
2、 根据权利要求1所述特征，以光导板陈列作为整个南墙面的取光源。
3、 根据权利要求1所述特征，光导板射出的阳光有向上、平射和向下的。
4、 根据权利要求l所述特征，墙底和顶棚均设可开关的窗口。
5、 根据权利要求l所述特征，墙底通风窗口和天棚设防虫网。
6、 根据权利要求l所述特征，以风流吹(吸)泡沬塑料小球进(出)塑 料大扁袋。
7、 根据权利要求l所述特征，用东、南、西、北的四个单独温室围成阳 光大院。
8、 根据权利要求1所述特征，单独温室或温室群四合院可根据作物株高 和耕作机械需要确定墙髙和阳光大院范围。
9、 根据权利要求l所述特征，阳光大院做耕作区和贮热区。
10、根据权利要求l所述特征，太阳能有多余的，光导板耦合光伏电池板 发电，供照明。
全文摘要
太阳能多用可调控温室利用太阳能和保温通风技术，实现温湿度在很大范围内的有效调控，故可应用于蔬菜、果木的温室栽培，食用菌、菌肥和发酵工业生产，动物温室养殖以及农副产品、木材和药材等的高效干燥。由单个温室围合成的“四合院”式温室群及其阳光大院，可供机械化耕作。其关键构件是由光导板和玻璃组成的中空玻璃，它可将阳光100％地传入室内，而很少损耗；其关键组合是光导块的陈列结构，它可使阳光从日出到日落全天得到100％的利用，是一般采光设备效率的几倍，这对植物的高质高产起极大作用，也扩大了温室的其它用途和效益。
文档编号A01G9/24GK101120644SQ200610104360
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者宋子岭, 李芳亮, 钟显亮 申请人:宋子岭