一种温室空中集蓄热系统及其使用方法与流程

本发明属于温室集蓄热技术领域，特别涉及一种温室空中集蓄热系统及其使用方法。具体说是利用“缓流薄壁细管”收集温室中、上层空间白天多余的太阳能并存储蓄热，用于夜间温室加热的“太阳能-缓流薄壁细管”空中集蓄热系统及其使用方法。

背景技术：

温室中加温的能耗直接制约着设施园艺的经济效益。太阳能作为一种清洁可再生能源成为近年来的研究热点，前人已对太阳能辅助加温系统进行了初步研究。目前，后墙悬挂水幕帘、双黑膜、缓流薄壁细管和钢管屋架管网等太阳能集散热系统，具有节能清洁环保的特点，已经在寒冷季节温室的集热、散热中取得了一定的应用效果。但是这些系统普遍存在成本高、集热效率低、水流不均匀、系统运行不稳定和难以应对雾霾等极端天气的问题。其中，安装在后墙的集散热系统只能应用于日光温室中，并不能应用于大棚，且接受光照时间较短，夜间热量散失区域受到局限，不能有效地作用于作物生长空间；而钢管屋架管网系统，只能在新建温室进行安装，不适用于旧温室的改造。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种温室空中集蓄热系统及其使用方法，其特征在于，

所述温室空中集蓄热系统由缓流薄壁细管1、卡槽2、同程回水管3、回水主管4、回水支管5、供水主管6、供水支管7、自动排气阀8、供水球阀9、水表10、压力表11、y型过滤器12、浮球阀13、潜水泵14、蓄水池15、回水球阀16和控制系统17组成；该温室空中集蓄热系统放置在温室中，控制系统17放置在温室外；

所述若干根u型缓流薄壁细管1由卡槽2并排固定成缓流薄壁细管网；每块缓流薄壁细管网的始端、末端分别与回水支管5和供水支管7相连；其中供水支管7与供水主管6固定连接，供水主管6末端经过供水球阀9、压力表11、y型过滤器12、水表10与潜水泵14相连，潜水泵14伸入蓄水池15液面以下；回水支管5与回水主管4连接，回水主管4与同程回水管3固定连接，在同程回水管3顶部安装自动排气阀8，并在自动排气阀8附近位置安装回水球阀16，在近地面靠近蓄水池15的位置依次安装水表10、y型过滤器12和压力表11，在蓄水池15内侧安装浮球阀13；蓄水池15在地面以下。

控制系统17主要由气温传感器、水温传感器和plc控制柜组成。

所述温室空中集蓄热系统包括多个两片缓流薄壁细管网间隔2cm组成一个单元,缓流薄壁细管单元并联在供水支管7和回水支管5上，垂直悬挂在温室内中、上层空间、靠近骨架位置处；相邻两个缓流薄壁细管单元之间的间隔为20-30cm。

所述薄壁细管1的外径为φ4-5mm，内径为φ2-3mm，两个相邻的薄壁细管1相距15-20mm连接成u型管。

一种温室内空中集蓄热系统的使用方法，其包括如下步骤：

a.将所述缓流薄壁细管空中集蓄热系统在温室内安装好，使其垂直悬挂在温室中、上层空间、靠近温室的骨架位置处；蓄水池位于温室地平面以下，对蓄水池做隔热和防渗处理，以提高保温性能和防止渗水；

b.寒冷季节的晴天，白天早晨8:30-9:00揭开保温被后，当薄壁细管内的水温低于其管壁温度时，自动控制系统控制温室空中集蓄热系统吸收太阳能的热量开始集蓄热，通过水泵强制水的循环流动使薄壁细管中升温的水进入蓄水池，再将蓄水池中温度较低的水抽入薄壁细管中进行集蓄热，适当调节水流流速可提高系统的集热效率；下午16:30-17:00，太阳光强度变弱，此时系统自动控制温室空中集蓄热系统停止集蓄热；

c.夜间，当控制系统探测到温室实际气温低于预先设置的最低气温时，控制系统自动控制温室空中集蓄热系统开始运行，进行散热补温；当控制系统探测到实际气温高于预先设置的加热最高气温时，控制系统自动控制温室空中集蓄热系统关闭；

d.每年自11月至翌年3月(根据温室所处地理位置、气候条件以及当年的实际状况调整)，每天重复步骤b步骤c。

本发明的有益效果与现有技术相比，本发明的缓流薄壁细管单元具有水流均匀、表面升温快速均匀、换热效率较高、可利用低品位热能等特点，将缓流薄壁细管悬挂在温室内中、上层空间、靠近骨架处，不但使缓流薄壁细管可以接受较多的太阳光照，还因为此处空气温度较高，有利于缓流薄壁细管通过对流换热进行热量的收集和蓄积。本发明集热效率高，不占用温室内的作物耕作和生长空间；结构简单、操作简便，运行效果好，具有节能、实用的优点。

附图说明

图1是太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统的正视图；

图2是图1单片缓流薄壁细管单元的细节图；

图3是太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统在温室中分布示意图。

具体实施方式

本发明提供一种温室空中集蓄热系统及其使用方法，该系统采用管线间距较大的缓流薄壁细管单元悬挂在温室中、上层空间、靠近骨架处，对作物和后墙遮阴不明显；该系统以水为热传递介质，通过水泵强制水的循环流动，将白天温室内的太阳辐射光能和空气中的热能进行收集并存储于保温蓄水池中，用于夜间为温室加热，实现温室内能量在时间和空间上的转移，提高太阳能利用效率，解决温室寒冷季节夜间低温影响作物产量和品质的问题。下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1是太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统的正视图，图2是图1单片缓流薄壁细管网的细节图，图3是太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统在温室中的分布示意图。所述系统适用于所有温室和大棚。

如图1及图2所示，若干根u型缓流薄壁细管1由卡槽2并排固定成缓流薄壁细管网；每块缓流薄壁细管网的始端、末端分别与回水支管5和供水支管7相连；其中供水支管7与供水主管6固定连接，供水主管6末端经过供水球阀9、压力表11、y型过滤器12、水表10与潜水泵14相连，潜水泵14伸入蓄水池15液面以下；回水支管5与回水主管4连接，回水主管4与同程回水管3固定连接，在同程回水管3顶部安装自动排气阀8，并在自动排气阀8附近位置安装回水球阀16，在近地面靠近蓄水池15的位置依次安装水表10、y型过滤器12和压力表11，在蓄水池15内侧安装浮球阀13；蓄水池15在地面以下。

控制系统17主要由气温传感器、水温传感器和plc控制柜组成。

所述缓流薄壁细管网，宽0.8m，高1.0m；两片缓流薄壁细管网间隔2cm,组成一个单元，每个单元间隔20cm。

缓流薄壁细管外径为4mm，内径为3mm，缓流薄壁细管管线间距15mm，较宽的管线间距减少了对作物的遮阴。供水球阀9和回水球阀16控制供回水流量，y型过滤器12防止缓流薄壁细管堵塞。蓄水池15在日光温室的地面以下，容积15m³。

如图3所示，缓流薄壁细管空中集蓄热系统垂直悬挂在日光温室中、前部的骨架上，一般距离后墙4m左右为宜。plc控制系统17放置在温室的操作间墙壁上，plc控制系统的气温传感器放置在温室中部，水温传感器放置在蓄水池中。

通常，温室中光照强度分布由南向北依次减弱，本系统悬挂在靠近南侧的温室骨架上，充分利用了温室中富余的太阳辐射，且因为管线间距稀疏，对作物和后墙集蓄热遮阴影响很小。该系统通常需配合相应的后墙集蓄热措施同时进行。由于每年11月份至翌年4月份以及特殊天气下日光温室夜间温度较低，需要进行加温，因此，本系统主可在每年11月至翌年4月运行。

系统集蓄热运行时间由控制系统自动控制。集蓄热运行开始的条件为：早晨保温被揭开后，缓流薄壁细管内水温低于其管壁温度时，系统开始集蓄热；下午水温高于管壁温度时，系统停止集蓄热。散热运行开始的条件为：夜间，当温室室内气温低于预先设置的最低气温时，系统开始散热；当气温高于预先设置的加热最高气温时，系统关闭。

实施例1：应用于北京市中国农业大学上庄试验基地

采用缓流薄壁细管单元尺寸为：长2m，宽1.2m，管线间距10mm。缓流薄壁细管外径为4mm，壁厚为0.5mm，单片缓流薄壁细管网总数量为118根。安装位置在水平距后墙3m的骨架上。

2016年10月28日—11月2日，对太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统的集蓄热性能进行了测试，具体数据如表1。

试验温室位于北京市海淀区上庄镇中国农业大学试验基地(40.1°n，116.3°e)。温室东西长60m，南北跨度10m，脊高3.8m，后墙高2.5m。蓄水桶体积为1m³，测试时蓄水量为0.8m³，水泵额定流量为3.0m³/h。

表1太阳能-缓流薄壁细管空中集放热系统的集蓄热性能(上庄)

实施例2：应用于北京市通州富通园艺有限公司

采用缓流薄壁细管网尺寸为：长1.2m，宽1.0m；管线间距20mm。缓流薄壁细管外径为4.8mm，壁厚为0.6mm，单片缓流薄壁细管网总数量为80根。安装位置在水平距后墙4.5m的骨架上。

试验温室位于北京市通州区潞城镇中农富通园艺有限公司通州基地(39.8°n，116.7°e)。温室东西长50m，南北跨度8m，脊高3.8m，后墙高2.6m。温室北墙、后坡、东西两侧山墙均采用双层160mm聚苯乙烯泡沫板装配而成，泡沫板内外涂抹3mm抗裂砂浆，无其他加温设备。温室内土壤栽培番茄。蓄水池有效容积13.0m³，长4.2m，宽2.2m，高1.4m，位于温室东西方向中线南墙角位置。试验中水池蓄水量为10m³；潜水泵额定功率550w，扬程10m、额定流量为10m³/h。

2017年4月28日—5月2日，对太阳能-缓流薄壁细管空中集蓄热系统不同水流速度的集蓄热性能进行了测试，具体数据如表2。

表2太阳能-缓流薄壁细管空中集放热系统的集蓄热性能(通州)