一种主动采光蓄热型日光温室的制作方法

本发明属于设施农业技术领域，涉及一种日光温室结构，具体涉及一种主动采光蓄热型日光温室。

背景技术：

近年来，随着人们生活水平和物质需求的不断提高，人们对食物安全意识及对食物结构发生了巨大变化，市场对蔬菜类的需求量与日俱增。设施农业已经成为繁荣当地经济和增加农民收入的一大支柱产业。而作为蔬菜反季节种植地日光温室，也得到长足的发展和提高，日光温室是蔬菜种植的小环境，日光温室只有做到科学合理建造，环境调控能力好，才能满足蔬菜生长对光温环境条件的需求，提高劳动效率，避免冻冷灾害事故发生，达到蔬菜合理的生长条件。

长期以来，科技人员对日光温室现代化进行了不懈的研究和探索，各种新型日光温室研制和温室采光、保温及蓄热新技术的应用，对日光温室结构优化和性能提升做出了重大贡献。但是日光温室的改进，主动光温调控和现代化设计理念的运用不足，日光温室仍然存在调控能力弱、光照分布不均和周年生产不平衡等问题，严重影响了温室作物的周年高效生产，究其原因主要有以下三个方面：1.日光温室保温蓄热设计和光均匀性的矛盾不易解决。日光温室的设计理念以提高冬季采光和保温性能为主，需构筑保温墙体和后屋面，后屋面仰角设计以冬至日太阳高度角为设计依据。这些设计有利于温室深冬采光和晚间保温，但多数季节由于后屋面及保温被对温室内光照的遮档，日光温室内光照不均的问题比较严重，尤其对后部作物采光影响更大。在寒冷地区，温室方位角采用偏西方位设计，春季以后，这种方位角由于后屋面和保温被的遮光，对温室作物早晨光合作用的影响很大，造成温室周年生产能力难以提高。2.现有日光温室结构不利于温室主动蓄热。目前日光温室后屋面多采用轻质保温隔热材料，后屋面外侧坡度较大，保温被只能卷起到前屋面屋脊位置，在后墙上形成很大的遮光区，当中午后墙体和蓄热设备需要大量蓄热时，遮光造成蓄热量降低。而作物生长对温室墙体和地面的遮挡，进一步削弱了温室的蓄热能力。3.对日光温室结构创新和调控新技术的综合应用能力不强。日光温室的温室结构、环境调控技术和设备高效配套应用技术欠缺，缺少对日光温室周年生产环境综合调控的研究，造成各新技术应用的脱节，不能充分发挥应有的作用。而现有日光温室环境高效调控机制和智能化设施欠缺，尚不能完全有效进行日光温室光、温耦合调控和高效生产，限制了日光温室技术的进一步创新发展。

综上所述，日光温室存在的调控能力弱，环境温光分布不均，周年生产不平衡等问题，主要由于现有日光温室结构缺陷和有效调控技术研究不足造成。为了解决阻碍日光温室采光和蓄热的技术瓶颈，通过创新日光温室构筑方式，运用主动采光技术，提高日光温室周年采光均匀性，采用高性能太阳能主动集热系统，提高日光温室主动蓄放热能力，对今后日光温室向现代化和智能化方向发展，具有非常重要的意义。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目地是提供一种主动采光蓄热型日光温室，该主动采光蓄热型日光温室采用温室结构创新的方式，将日光温室主动采光和蓄热技术与有机结合，通过主动采集太阳光，提高了太阳能利用能力，以及主动蓄放热能力，提高了日光温室环境调控能力和光照均匀性，使日光温室更有利于实现周年高效生产。

为了实现上述目地，本发明提供一种主动采光蓄热型日光温室，该主动采光蓄热型日光温室包括组合式骨架、设置在所述组合骨架上位于东西两侧的山墙体、位于北侧的后墙体及位于南侧的采光屋面、可调仰角后屋面和太阳能主动蓄放热系统，

所述可调仰角后屋面朝向所述采光屋面一侧设置有反射面，所述可调仰角后屋面的一端铰接于所述后墙体；

所述太阳能主动蓄放热系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、上水管、回水管及潜水泵，所述太阳能集热器位于所述后墙体内侧，集热面朝向所述采光屋面，所述上水管及回水管的一端连通于所述太阳能集热器，另一端连通于所述蓄热水箱内，所述潜水泵设置在所述蓄热水箱内，输出端连通于所述上水管。

优选地，所述可调仰角后屋面的一端通过弹力合页铰接于所述后墙体内侧组合式骨架上。

优选地，还包括减速电机、弧形齿条和齿轮，所述弧形齿条的一端连接于所述可调仰角后屋面，所述减速电机设置在所述可调仰角后屋面上输出端连接于所述齿轮，所述齿轮啮合与所述弧形齿条，所述减速电机转动，能够带动所述可调仰角后屋面转动。

优选地，还包括太阳跟踪系统，所述太阳跟踪系统包括光传感器及控制器，所述光传感器设置在组合式骨架内，通信连接于所述控制器，所述控制器通信连接于所述减速电机。

优选地，所述采光屋面外侧覆盖有透明采光层。优选地，还包括电加热器、顶卷膜器及底卷膜器，所述电加热器设置在所述蓄热水箱内，所述顶卷膜器设置在所述采光屋面顶部，用于卷起或放下覆盖在所述采光屋面顶部的所述透明采光层，所述底卷膜器用于卷起或放下覆盖在所述采光屋面底部的所述透明采光层。

优选地，温室综合控制系统，所述温室综合控制系统包括温度传感器、光照传感器及综合控制器，所述温度传感器及所述光照传感器通信连接于所述综合控制器，所述综合控制器通信连接于所述电加热器、所述太阳能主动蓄放热系统、所述顶卷膜器及所述底卷膜器，所述综合控制器基于所述温度传感器检测到的温度控制所述电加热器的开启与闭合，基于所述温度和光照传感器的检测结果，控制卷帘机的卷放和太阳能主动蓄放热系统的运行，基于所述温度传感器的检测结果，控制所述顶卷膜器及所述底卷膜器的开启与闭合。

优选地，还包括保温覆盖层及卷帘机，所述保温覆盖层用于覆盖所述采光屋面，所述卷帘机用于卷放所述保温覆盖层，所述卷帘机的卷轴连接于所述保温覆盖层，通信连接于所述综合控制器，能够基于所述温度传感器和所述光照传感器的检测结果将所述保温覆盖层收纳在所述采光屋面顶部。

优选地，还包括墙体保温材料层，所述墙体保温材料层覆盖所述两侧山墙体和后墙体、所述可调仰角后屋面背向所述采光屋面一侧以及所述可调仰角后屋面与所述后墙体的铰接处。

优选地，所述蓄热水箱为钢筋混凝土或镀锌钢板结构，外包保温材料，埋设于地面1m以下。

本发明的有益效果在于：

1)本发明可调仰角后屋面的设置，通过增大后屋面仰角增加温室前屋面采光面积，从而增加了温室的采光量和光照均匀度，以及太阳能主动蓄热系统的蓄热效率，且当阳光透过采光屋面照射在可调仰角后屋面内侧的反射面上，可进行二次反射，反射的阳光照射在主动采光蓄热型日光温室内，提高温室的采光均匀性和太阳光利用率。

2)本发明通过太阳能主动蓄放热系统的设置，通过循环潜水泵的设置，使得蓄热水箱与太阳能集热器内的水处于循环状态，白天有阳光存在时，阳光照射在太阳能集热器上，对太阳能集热器内的水进行加热，通过水流循环，对蓄热水箱内的水进行加热，对热能进行存储，夜晚气温较低时，潜水泵继续带动蓄热水箱与太阳能集热器内的水循环，释放水存储的热能，对主动采光蓄热型日光温室进行升温，利于植物生长。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的主动采光蓄热型日光温室的示意性结构图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的可调仰角后屋面白天主动采光时示意性结构图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的可调仰角后屋面晚间覆盖保温时示意性结构图。

附图标记说明：

1：组装式骨架；2：墙体保温材料层；3：透明采光层；4：卷帘机；5：顶卷膜器；6：底卷膜器；7：可调仰角后屋面；8：减速电机；9：齿条；10：太阳能集热器；11：上水管；12：回水管；13：蓄热水箱；14：潜水泵；15：电加热器；16：太阳跟踪系统；17：温室综合控制系统；18：反射面；19：弹力合页；20：底部密封保温材料；21：密封胶条；22：上密封保温材料；23：后屋面支管；24：保温覆盖层。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种主动采光蓄热型日光温室，该主动采光蓄热型日光温室包括：

组合式骨架，设置在所述组合式骨架上位于东西两侧的山墙体、位于北侧的后墙体及位于南侧的采光屋面；

可调仰角后屋面，所述可调仰角后屋面朝向所述采光屋面一侧设置有反射面，所述可调仰角后屋面的一端铰接于所述后墙体；

太阳能主动蓄放热系统，所述太阳能主动蓄放热系统包括太阳能集热器、蓄热水箱、上水管、回水管及潜水泵，所述太阳能集热器位于组合式骨架内，集热面朝向所述采光屋面，所述上水管及回水管的一端连通于所述太阳能集热器，另一端连通于所述蓄热水箱内，所述潜水泵设置在所述蓄热水箱内，输出端连通于所述上水管。

具体地，本发明提供一种主动采光蓄热型日光温室结构，该温室克服了传统日光温室只能被动式采光和蓄热的弊端，采用温室结构创新的方式，将日光温室主动采光和蓄热技术与日光温室有机结合，即具有普通日光温室被动式采光蓄热和保温能力，又具有主动采光蓄热和保温能力的新型日光温室。本发明主要通过以下方式来实现：通过可调仰角后屋面增加温室屋面采光面积主动采光，并在可调仰角后屋面内侧安装反射面，可随太阳轨迹调节后屋面仰角二次反射主动采光。温室内安装太阳能主动蓄放热系统，进行温室太阳能主动蓄热，通过太阳能主动蓄放热系统增加光热转换效率，在温室内安装有蓄热水箱，主要用于太阳能集热器收集热量的贮存。

具体地，山墙体及后墙体为墙体保温材料，墙体保温材料包括干打垒土墙、复合砖墙、岩棉复合板、聚苯乙烯彩钢板中的至少一种。

具体地，反射面的材质为铝箔、反射膜、反光玻璃。

具体地，具体的太阳能主动蓄放热系统的集热面为板式集热器或集热水管，配置有蓄热水箱、上水管、回水管和潜水泵，形成一个循环系统。白天太阳照射黑色集热面产生热量，使集热面内的流水温度升高，通过水流将热量收集回蓄热水箱，循环往复不停的进行热量收集。晚间当温室内温度下降需要补温时，启动蓄放热系统，从蓄热水箱中提取热水，通过集成面再循环放热，提高日光温室晚间的温度。

作为优选方案，所述可调仰角后屋面的一端通过弹力合页铰接于所述后墙体的中部。

具体地，主动采光蓄热型日光温室，其东、西两侧的山墙体和北面的后墙体为墙体保温材料，南面为透明采光面。所述的组装式骨架为温室的支撑结构，所述的可调仰角后屋面安装在温室骨架上，下部用弹力合页和温室骨架连接。

作为优选方案，还包括减速电机、弧形齿条及齿轮，所述弧形齿条的一端连接于所述可调仰角后屋面，所述减速电机设置在所述可调仰角后屋面上输出端连接于所述齿轮，所述齿轮啮合与所述弧形齿条，所述减速电机转动，能够带动所述可调仰角后屋面转动。

具体地，所述的可调仰角后屋面为活动后屋面，材质为聚苯乙烯、岩棉彩钢复合板、挤塑板中的至少一种，可由减速电机和齿轮齿条系统驱动，调节后屋面的仰角，增加温室的采光面积，从而实现主动采光。

作为优选方案，还包括太阳跟踪系统，所述太阳跟踪系统包括光传感器及控制器，所述光传感器设置在组合式骨架内，通信连接于所述控制器，所述控制器通信连接于所述减速电机。

所述的可调仰角后屋面的倾角转动可以人工观测调节，也可以通信连接于太阳跟踪装置，通过将光传感器设置在日光温室内，检测阳光强度和太阳倾角，根据阳光强度及太阳轨迹变化，实时调整后屋面仰角，从而获得最佳反射角度，向温室内反射阳光，提高温室内光照强度和光照均匀性。

作为优选方案，所述采光屋面外侧覆盖有透明采光层。

具体地，透明采光层为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、乙烯-醋酸乙烯薄膜、pc透明板中的至少一种。

作为优选方案，还包括加热器、顶卷膜器及底卷膜器，所述加热器设置在所述蓄热水箱内，所述顶卷膜器设置在所述采光屋面顶部，用于卷起或放下覆盖在所述采光屋面顶部的所述透明采光层，底卷膜器位于透明采光面底部，用于卷起或放下覆盖在所述采光屋面底部的所述透明采光层。

具体地，加热器可以为电加热器主要用于连阴天气情况下，太阳能主动蓄放热系统无法蓄热时，用电加热器临时加热水温，然后通过集热面散热，向温室内进行补温，提高日光温室的抗灾害能力。

作为优选方案，还包括温室综合控制系统，所述温室综合控制系统包括温度传感器、光照传感器及综合控制器，所述温度传感器及所述光照传感器通信连接于所述综合控制器，所述综合控制器通信连接于所述太阳能主动蓄热系统、所述电加热器、所述卷帘机、所述顶卷膜器及所述底卷膜器，所述综合控制器基于所述温度和光照传感器检测到的温度和光照控制所述卷帘机的卷放和太阳能主动蓄热系统的运行，基于所述温度传感器检测到的温度控制电加热器的开启与闭合，基于所述温度传感器的检测结果，控制所述顶卷膜器及所述底卷膜器的开启与闭合。

具体地，通过温室综合控制系统的设置实现日光温室的自动化管理，使用时对温度和光照传感器设置卷帘阈值，当温度和光照超过卷帘阈值时，温室综合控制系统首先控制卷帘机的开启，然后温度传感器的温度达到通风阈值时控制顶卷膜器及所述底卷膜器开启，收起透明采光层为日光温室进行通风，低于阈值时控制顶卷膜器及所述底卷膜器闭合，当温度和光照传感器设置的卷帘阈值低于设定阈值时，控制卷帘机放下，卷帘机和卷膜器采用联锁控制，当卷帘机卷起时，才能启动卷膜器通风，当卷膜器闭合时，才能启动卷帘机放下保温覆盖材料。对温度传感器设定温度阈值，当温度低于温度阈值时开启加热器，为蓄热水箱内的水进行加热，加热后的水通过潜水泵循环至太阳能集热器为日光温室升温。可以对温室的卷帘、通风、太阳能蓄放热系统进行综合控制，从而提高日光温室的自动化管理水平，获得更佳的管理效果。

作为优选方案，还包括墙体保温材料层，所述墙体保温材料层覆盖所述后墙体、所述的两侧山墙体、所述可调仰角后屋面背向所述采光屋面一侧以及所述可调仰角后屋面与所述后墙体的铰接处。

作为优选方案，所述蓄热水箱为钢筋混凝土或镀锌钢板结构，外包保温材料，埋设于地面1m一下。

具体地，所述的蓄热水箱主要用于太阳能主动蓄放热系统产生的热水的存放，结构为钢筋混凝土或镀锌钢板，内层防水处理，外层安装隔热保温材料，减少热量损失。所述的蓄热水箱内安装有太阳能主动蓄放热系统的潜水泵、上水管、回水管。

作为优选方案，还包括保温覆盖层，所述保温覆盖层用卷帘机收纳在所述采光屋面顶部，或覆盖所述采光屋面，所述保温覆盖层一端连接于所述采光屋面，另一端连接于卷帘机的卷轴上。

实施例

图1示出了根据本发明的一个实施例的主动采光蓄热型日光温室的示意性结构图，图2示出了根据本发明的一个实施例的可调仰角后屋面主动采光示意性结构图，图3示出了根据本发明的一个实施例的可调仰角后屋面晚间覆盖保温示意性结构图。其中附图中直线箭头表示阳光方向及阳光反射方向，弧形箭头表示可调仰角后屋面7的运动方向。

如图1-3所示，该主动采光蓄热型日光温室其主体结构由日光温室骨架材料1、墙体保温材料2、透明采光层3、太阳能集热器10、蓄热水箱13、太阳跟踪系统16、综合控制系统17、电加热器15和保温覆盖材料24组成。墙体保温材料包括两侧山墙和后墙体，后屋面设置为可调仰角后屋面7，增加温室的采光性能和光照均匀性，并且可提高温室内配置的太阳能主动蓄放热系统的集热效率。通过对日光温室光温耦合调控，提高日光温室周年环境调控能力，对日光温室周年高效生产非常有利。

可调仰角后屋面7，通过人工启动或太阳跟踪器16启动二种方式，控制减速电机8的转动圈数，带动齿轮驱动齿条9运动，推动可调仰角后屋面7的角度，从而增加前屋面采光面积，还可通过反射面18，向温室内持续反射阳光，从而增加温室的采光能力和光照的均匀性。高温季节，除通过调节可调仰角后屋面7仰角获得较高的采光能力外，还可通过顶卷膜器5和底卷膜器6收放透明采光层调节通风口的大小，进行温室通风降温，调节温室内温度。

日光温室内安装有太阳能主动蓄放热系统，包括太阳能集热器10及蓄热水箱13、上水管11、回水管12和潜水泵14，白天将蓄热水箱13内的水用潜水泵14打入上水管11，流经太阳能集热器10，利用太阳光进行加热，进行太阳能蓄热，经回水管12流回蓄热水箱13贮存，在晚上又从蓄热水箱13将白天加温过的水内抽取到太阳能集热器10内循环放热。

电加热器15主要用于冬季连阴天气，当连阴天太阳能主动蓄放热系统不能获取太阳能时，启动电加热器15加热蓄热水箱的水温，然后经潜水泵14和上水管11，流经太阳能集热器10放热，增加温室的环境温度。

以上温室通风、卷帘和太阳能蓄放热系统和电加热器15通过温室综合控制系统17进行综合控制。

太阳能蓄放热系统白天蓄热阶段和晚间放热阶段采用不同的控制方式。白天蓄热阶段，日光温室保温被开启后，可根据光强变化，自动开启和关闭主动蓄放热系统潜水泵14，进行热量的蓄积，当室内光照强度高于20000lx时启动潜水泵14，通过太阳能集热器10循环蓄热，当室内光照强度低于20000lx时关闭潜水泵14停止蓄热；在晚间放热阶段，主动蓄热装置的开启与关闭通过水温与空气温度同时控制。当温室内空气温度低于气温控制下限值，并且蓄热水箱13水温高于气温控制下限值时，主动蓄热装置开启，当温室内空气温度高于气温控制上限值，并且蓄热水箱13水温低于气温控制上限值时，太阳能蓄放热系统关闭。

接下来，对本发明包含的日光温室光照调控和温度环境调控方式作进一步详细说明。

光照调控采用可调仰角后屋面主动采光系统，主要包含可调仰角主动采光和二次反射采光。可调仰角后屋面7安装在温室骨架上，下部用弹力合页19和温室骨架连接。弹力合页19处设置有底部密封保温材料20，对铰接处进行密封，可调仰角后屋面7的另一端位于采光屋面内侧设置有用于支撑可调仰角后屋面7的后屋面支管23，用于为后屋面支管23保温的密封胶条21及上密封保温材料22。可由减速电机8和齿轮齿条9系统驱动，调节可调仰角后屋面7的仰角，增加温室的采光面积，从而实现主动采光。可调仰角后屋面7内侧安装反射面18，材质为铝箔、反射膜、反光玻璃。可调仰角后屋面7可连接太阳跟踪系统16，此装置为单轴调倾角模式，首先预设好启动倾角，然后根据太阳轨迹变化，实时调整后屋面仰角，从而获得最佳反射角度，向温室内反射阳光，主要向温室内后排作物反射阳光，提高温室内光照强度和光照均匀性。

温度调控方式主要采用三种方式；

①太阳能主动蓄放热系统：在温室后墙体内侧安装有太阳能蓄放热系统，集热面为板式或管式集热器，白天将蓄热水箱内的水打入太阳能集热系统，利用太阳光加热太阳能集热系统内流过的水，加热后的水流回蓄热水箱内，白天加温蓄热，晚上又从蓄热水箱将白天加温过的水内抽取到太阳能主动集热系统内循环放热，从而提高日光温室晚间的最低温度。

②电加热器临时补温：主要用于冬季连阴天气，当连阴天太阳能主动蓄放热系统不能获取太阳能时，蓄热水箱水温低于气温控制上限值或低于20℃，晚间不能给温室进行加温时，启动电加热器加热蓄热水箱的水温，然后经潜水泵和上水管，流经太阳能集热器放热，增加温室的环境温度。

③夏季降温：夏季除通过调节后屋面仰角获得较高的采光能力外，随后屋面仰角加大，可增加前屋面顶通风口的通风面积，通过顶卷膜器和底卷膜器调节通风口的大小，进行温室通风降温。

本发明主动采光蓄热型日光温室，针对日光温室光温环境调控能力弱，光照时空分布不均等问题，创新性的设计了日光温室主动采光和蓄热系统，通过主动采光和主动集热有效结合，在冬季白天主动采光蓄热，增加日光温室采光量、光照均匀性和蓄热量，晚间能有效保温和释放热量，提高日光温室晚间的环境温度。夏季通过主动采光和通风降温措施，调节温室内光照均匀性和温度适宜性，对保证日光温室的周年高效生产，提高日光温室环境可调控能力非常明显，对作物的周年高效生产非常有利。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。