一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置的制作方法

本发明涉及节能环保技术领域，具体涉及一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置。

背景技术：

设施农业(protectedagriculture)是指在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的一种现代农业生产方式。在我国北方寒冷地区使用时，由于冬季漫长，冻土层较深，环境温度低等原因，导致设施农业在种植西红柿、黄瓜等对温度要求较高的茄果类作物时生长周期长、产量低，甚至会由于极端寒冷天气而绝收。为了解决这个问题，北方寒冷地区设施农业使用燃煤、燃气或电力锅炉对设施农业进行补温作业。燃煤锅炉的使用会对环境大气造成污染，且有火灾隐患。燃气锅炉需要建设输配气管路，还会受到气源供应的影响。电力锅炉的使用对于大面积设施农业而言，需要对电网进行增容升级，也会产生高能低用的问题。对于设施农业土壤害虫、致病菌等的灭杀一直以来以施加农药为主，而长期使用农药会加剧农业土壤的污染和重金属的富集，最终导致设施农业所生产的农产品品质下降，甚至会影响消费者的健康。因此，有必要利用设施农业种植土壤进行跨季度储热、适时供热、休棚期间灭虫，这也符合绿色农业发展要求，有利于拓展设施农业的冬季使用地域以及种植品种。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置，能够实现设施农业土壤跨季度储热，冬季种植供热以及休棚期间土壤灭虫。

本发明的技术方案为：一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置，包括：供热管、热源和换热单元；

一组以上所述换热单元设置在设施农业温室中，其一部分位于土壤之下，另一部分位于土壤之上；所述热源设置在设施农业温室外部，并与土壤之上的换热单元连通，用于为换热单元输入热空气，所述换热单元能够储热和灭虫；

所述换热单元上设置一个以上供热管，用于换热单元为设施农业温室供热；其中，每个供热管上设有供热管阀门。

优选地，所述换热单元包括：竖直进风管、浅层换热管、深层换热管、直通管、竖直出风管和引风机；

所述竖直进风管和竖直出风管分别竖直插入土壤中设定深度，二者的上端均位于土壤之上，下端分别与设置在土壤中设定深度位置处的深层换热管的两端连通，且竖直进风管和深层换热管之间的管路上设置深层换热管进口阀门，竖直出风管和深层换热管之间的管路上设置深层换热管出口阀门；所述浅层换热管设置在深层换热管之上的土壤中，其两端分别与竖直进风管和竖直出风管连通，且竖直进风管和浅层换热管之间的管路上设置浅层换热管进口阀门，竖直出风管和浅层换热管之间的管路上设置浅层换热管出口阀门；所述浅层换热管和深层换热管之间通过一个以上直通管连通，且直通管上设有直通管阀门；其中，竖直进风管与热风进口连通，热空气能够通过热风进口进入竖直进风管；竖直出风管与出风口连通，且二者之间的管路上设有引风机。

优选地，还包括：送风机和送风管；所述送风管的一端与深层换热管连通，另一端设有送风机，用于为深层换热管送风；其中，所述送风管与深层换热管之间的管路上设有送风管阀门。

优选地，所述热源包括：两个相互连通的槽式复合抛物面聚光器，两个所述槽式复合抛物面聚光器分别设置在热风进口和出风口处。

优选地，所述浅层换热管采用渐缩螺纹管。

优选地，所述直通管采用锥形螺纹管。

优选地，所述土壤上表面铺设有地膜。

优选地，所述供热管上设有风帽，用于防尘、挡水。

有益效果：

1、本发明的换热装置，能够实现设施农业土壤跨季度储热，冬季种植供热以及休棚期间土壤灭虫，有效解决了北方寒冷地区设施农业冬季种植茄果类作物温度要求高、种植土壤灭虫使用农药污染大的问题，充分考虑设施农业土壤兼具种植介质、储热介质、用热介质的特点，实现设施农业土壤储热、供热和灭虫的技术集成，有利于扩展设施农业冬季作业时长、丰富设施农业种植品种以及减少设施农业农药的使用量。

2、本发明中换热单元的具体设置，通过在土壤内布置浅层换热管和深层换热管，利用引风机将热空气吸入深层换热管中，完成对种植土壤的加热，利用土壤比热容大的特点，实现了土壤的储热；当设施农业需要增温作业时，将土壤深层的储热向设施农业温室供热，以满足设施农业种植温度的要求；在休棚期间，切换阀门，将热空气引入浅层换热管中，提高浅层土壤温度，直至达到害虫、致病菌的灭杀温度，从而达到了了浅层土壤的物理灭虫目的，保障土壤农业种植的安全性。

3、本发明中利用送风机驱动空气，有利于快速将深层土壤中的热量提取出来，进而加热设施农业温室。

4、本发明中热源的具体设置，有利于循环使用经过换热装置的空气，从而减少加热外部的冷空气再输入换热装置的时间成本和热量成本。

5、本发明中的浅层换热管采用渐缩螺纹管，有利于增大其与土壤之间的换热面积，从而能够有效提高换热装置的换热效率。

6、本发明中的直通管采用锥形螺纹管，有利于强化空气与土壤的热交换，从而能够有效提高换热装置的换热效率。

7、本发明中利用地膜对土壤表面的保温作用，有利于使浅层土壤快速达到害虫、致病菌的灭杀温度。

附图说明

图1为本发明换热装置的结构示意图。

图2为本发明换热装置储热和灭虫的工作原理示意图。

图3为本发明换热装置供热的工作原理示意图。

图4为本发明换热装置由单排槽式复合抛物面聚光器供能的安装示意图。

图5为本发明换热装置由双排槽式复合抛物面聚光器供能的安装示意图。

图6为本发明换热装置中浅层换热管替换为渐缩螺纹管、直通管替换为锥形螺纹管的实施图。

其中，1-热空气；2-热风进口；3-竖直进风管；4-深层换热管进口阀门；5-风帽；6-供热管；7-浅层换热管进口阀门；8-浅层换热管；9-通风孔；10-送风管阀门；11-送风机；12-送风口；13-送风管；14-深层换热管；15-直通管；16-直通管阀门；17-浅层换热管出口阀门；18-深层换热管出口阀门；19-土壤；20-供热管阀门；21-竖直出风管；22-引风机；23-出风口；24-地膜；25-设施农业温室；26-槽式复合抛物面聚光器；27-渐缩螺纹管；28-锥形螺纹管。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置，能够实现设施农业土壤跨季度储热，冬季种植供热以及休棚期间土壤灭虫。

如图1-4所示，该换热装置包括：热源、换热单元、风帽5、供热管6、送风机11、送风管13和地膜24；其中，换热单元包括：竖直进风管3、浅层换热管8、深层换热管14、直通管15、竖直出风管21和引风机22；热源包括：两个槽式复合抛物面聚光器26；

该换热装置的连接关系为：换热单元设置在设施农业温室25中，具体地：竖直进风管3和竖直出风管21分别竖直插入土壤19中设定深度，二者的上端均位于土壤19上表面之上，下端分别与设置在土壤19中设定深度位置处的深层换热管14的两端连通，且竖直进风管3和深层换热管14之间的管路上设置深层换热管进口阀门4，竖直出风管21和深层换热管14之间的管路上设置深层换热管出口阀门18；浅层换热管8设置在深层换热管14之上的土壤19中，其两端分别与竖直进风管3和竖直出风管21的中部连通，且竖直进风管3和浅层换热管8之间的管路上设置浅层换热管进口阀门7，竖直出风管21和浅层换热管8之间的管路上设置浅层换热管出口阀门17；浅层换热管8和深层换热管14之间通过一个以上直通管15连通(即浅层换热管8和深层换热管14上分别设置通风孔9，直通管15两端分别设置在浅层换热管8和深层换热管14上对应的通风孔9中)，且直通管15上设有直通管阀门16；其中，竖直进风管3与热风进口2连通，热空气1能够通过热风进口2进入竖直进风管3，从而进入该换热装置内部；竖直出风管21与出风口23连通，且二者之间的管路上设有引风机22；热风进口2和出风口23处分别设置一个槽式复合抛物面聚光器26，两个槽式复合抛物面聚光器26相互连通作为一组热源，用于产生热空气1输入该换热装置内部，并对从出风口23排出的空气进行循环加热送入热风进口2；其中，热源设置在设施农业温室25外部(向阳面)；

浅层换热管8上还连接一个以上供热管6，每个供热管6上设有供热管阀门20，且通过风帽5防尘、挡水；

进一步地，深层换热管14还与送风管13的一端连通，送风管13的另一端设有送风机11；送风管13与深层换热管14之间的管路上设有送风管阀门10；

进一步地，土壤19上表面铺设有地膜24，有利于土壤19隔热保温；

该换热装置的工作原理为：热源提供的热空气1在引风机22的作用下进入热风进口2，经竖直进风管3进入换热装置内部；

当设施农业温室25需要储热时，将浅层换热管阀门7、送风管阀门10、直通管阀门16和浅层换热管出口阀门17均关闭，将深层换热管阀门4和深层换热管出口阀门18均打开，热空气1进入深层换热管14中，将热量传递给深层换热管14外表面的土壤19，温度降低后的热空气1经竖直出风管21及出风口23排出到设施农业温室25的外部，随着运行时间的增加，设施农业温室25内土壤19温度逐渐升高，并储存在其内部；

当设施农业温室25需要供热时，在设施农业温室25内土壤19储存有设定温度的基础上，将浅层换热管阀门7、深层换热管阀门4、浅层换热管出口阀门17以及深层换热管出口阀门18均关闭，将送风管阀门10、直通管阀门16和供热管阀门20均打开，设施农业温室25内的低温空气在送风机11的驱动下经送风管13进入到深层换热管14中，吸收周围土壤19的热能后进入直通管15中，进而进入浅层换热管8继续吸收热能，温升后的空气经供热管6进入设施农业温室25内部，实现对设施农业温室25及其内作物的供热增温；

当设施农业温室25休棚时，将深层换热管阀门4、直通管阀门16和深层换热管出口阀门18均关闭，将浅层换热管阀门7和浅层换热管出口阀门17均打开，热源提供的热空气1在引风机22的引风作用下进入热风进口2，经竖直进风管3进入浅层换热管8中，将热量传递给浅层换热管8周围的土壤19，换热后的热空气1经竖直出风管21及出风口23排出管路，再加上地膜24的隔热保温作用，设施农业温室25内浅层的土壤19温度升高到设定温度，能够将害虫、致病菌进行有效灭杀。

实施例2：

如图5所示，与实施例1不同的是，该换热装置包括：两组换热单元和两组热源；每组热源中的两个槽式复合抛物面聚光器26分别连在一组换热单元的热风进口2和另一组换热单元的出风口23。

使用时，将第一组热源加热后的空气送入第一组换热单元中，对其周围的土壤19进行加热，热空气的温度被土壤19吸收，降温后的空气返回到第二组热源中，经过加热后进入第二组换热单元中，进而对其周围的土壤19进行加热，降温后空气返回第一组热源中，从而实现了换热装置中热空气的循环使用。

实施例3：

如图6所示，与实施例1或2不同的是，该换热装置中的浅层换热管8换为渐缩螺纹管27，直通管15换为锥形螺纹管28；

使用时，第一方面，在引风机22作用下，热空气能够沿着渐缩螺纹管27内壁面螺旋流动；第二方面，在送风机11的驱动下以及锥形螺纹管28的“烟囱效应”作用下，深层换热管14内的空气能够沿着锥形螺纹管28的内壁面以高速射流进入渐缩螺纹管27中，然后沿着渐缩螺纹管27内壁面螺旋流动，既能强化空气与土壤19的热交换，又能增大空气与土壤19之间的换热面积，有效提高了换热装置的换热效率，有利于减少引风机22或送风机11的驱动功率。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。