一种高效节能的土壤加热系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种高效节能的土壤加热系统，属于土壤加热系统技术领域。


背景技术：

[0002]
随着大棚种植果蔬愈发普及，但冬季由于土壤温度过低，大棚内果蔬根系容易受低温冻伤，不利于果蔬的生长，因此发展土壤供暖技术变得更加重要。我国北方大多数农村地区使用火炕、火炉及燃煤锅炉等方式供暖，农村传统采暖方式热转化率较低，能源浪费巨大，土壤受热不均，且环境污染严重，因此迫切需要在北方农村地区推广清洁取暖技术。目前，清洁供暖措施主要有“煤改气”、“煤改电”和可再生能源等方式，但“煤改气”、“煤改电”方案虽为清洁能源，但仍存在价格过高、使用安全、农村地区管路敷设困难、nox污染等问题。
[0003]
目前，现有土壤加热系统包括单级的太阳能供暖系统和多级互补的太阳能供暖系统，单级太阳能系统不可长时间持续供热，且受日照时长、天气变化的影响，补充的系统都是以电供暖、燃烧、热泵等方式，其中电供暖和燃烧方式存在着浪费资源和污染环境等问题，而热泵性能受外部环境影响较大，在恶劣气候条件下会出现制热量降低的问题，单独使用会使运行费用过高。


技术实现要素：

[0004]
本发明为了解决目前单级太阳能供暖系统无法在夜间持续供暖和其它互补供暖系统中如电供暖、燃烧、热泵等方式带来的能源消耗、不稳定性、环境污染及经济问题，提出一种高效节能的土壤加热系统，利用廉价且易获取的秸秆和粪便等原料构成发酵池，充分利用发酵池排出的高温气体和其自身微生物的氧化分解产热，结合热管换热器的高效传热和其自适应工作调节的特点，并以水为中间传热介质，进而形成一个高效节能的系统。
[0005]
本发明提出一种高效节能的土壤加热系统，包括热管换热器、发酵池、高温容器换热装置、蓄热水箱和循环水泵；所述循环水泵一端连接蓄热水箱，另一端连接发酵池，发酵池再经管道连接蓄热水箱，形成回路，所述热管换热器的一段置于土壤加热区，一段置于蓄热水箱内，所述高温容器换热装置置于蓄热水箱内。
[0006]
优选地，所述热管换热器包括热管放热段、热管绝热段和热管吸热段，所述热管放热段置于土壤加热区内，所述热管吸热段置于蓄热水箱内，所述热管绝热段位于热管放热段和热管吸热段之间。
[0007]
优选地，所述高温换热容器包括进气管、排气管和排水管，所述高温容器换热装置的进气口与发酵池通过进气管连接，排气口与植物大棚内通过排气管连接，从发酵池中流出的高温二氧化碳气体和水蒸气经容器内部换热，同时向植物大棚1室内排出二氧化碳气体肥料，所述高温容器换热装置底部设有排水管，及时排出冷凝水。
[0008]
优选地，所述发酵池上设置有热电偶和湿度探头，所述湿度探头实时监控发酵池内部的湿度情况，如果发酵池内部湿度大幅升高，则确定发酵池中水管可能出现漏水的风
险，进而及时补修。
[0009]
优选地，所述电磁阀位于循环水泵和发酵池之间，所述热电偶实时监控发酵池内温度情况，当发酵池的温度过低则将信号传输给电磁阀，从而阻断水的进入，待发酵池通过微生物的发酵使温度回升继续通水。
[0010]
本发明所述的高效节能的土壤加热系统的有益效果为：
[0011]
1、本发明所述的高效节能的土壤加热系统，利用廉价且易获取的秸秆和粪便等原料构成发酵池，充分利用发酵池排出的高温气体和其自身微生物的氧化分解产热，结合热管换热器的高效传热和其自适应工作调节的特点，并以水为中间传热介质，进而形成一个高效节能的系统，实现节能减排和全天持续供暖。
[0012]
2、本发明所述的高效节能的土壤加热系统，以廉价的秸秆和尿素构成的发酵池为热源，相比于其它热源，发酵池既可通过自身微生物活动持续产热也可产生高温气体，其中二氧化碳气体可作为气体肥料，此外通过阀门的启闭可以自动控制是否从发酵池中取热，实现自适应可控化取热，并结合热管换热器的高效传热和其自适应工作的特点，进而形成一个高效节能的系统。解决了单级太阳能供暖系统无法在夜间持续供暖和其它互补供暖系统中如电供暖、燃烧、热泵等方式带来的能源消耗、环境污染及经济问题。
附图说明
[0013]
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0014]
在附图中：
[0015]
图1为本发明所述的一种高效节能的土壤加热系统的结构侧视图；
[0016]
图2为本发明所述的一种高效节能的土壤加热系统的结构俯视图；
[0017]
其中，1-植物大棚，2-土壤加热区，3-发酵池，4-热管放热段，5-热管绝热段，6-热管吸热段，7-高温换热容器装置，8-进气管，9-排气管，10-排水管，11-循环水泵，12-电磁阀，13-热电偶，14-湿度探头，15-蓄热水箱。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
[0019]
具体实施方式一：参见图1-2说明本实施方式。本实施方式所述的高效节能的土壤加热系统，包括热管换热器、发酵池3、高温容器换热装置7、蓄热水箱15和循环水泵11；
[0020]
所述循环水泵11一端连接蓄热水箱15，另一端连接发酵池3，发酵池3再经管道连接蓄热水箱15，形成回路，所述热管换热器的一段置于土壤加热区2，一段置于蓄热水箱15内，所述高温容器换热装置7置于蓄热水箱15内。所述植物大棚1设置在土壤加热区2的上方。
[0021]
所述热管换热器包括热管放热段4、热管绝热段5和热管吸热段6，所述热管放热段4置于土壤加热区2内，所述热管吸热段6置于蓄热水箱15内，所述热管绝热段5位于热管放热段4和热管吸热段6之间。
[0022]
所述高温容器换热装置7包括进气管8、排气管9和排水管10，所述高温容器换热装置7的进气口与发酵池3通过进气管8连接，排气口与植物大棚1内通过排气管9连接，从发酵
池3中流出的高温二氧化碳气体和水蒸气经容器内部换热，同时向植物大棚1室内排出二氧化碳气体肥料，所述高温容器换热装置7底部设有排水管10，及时排出冷凝水。
[0023]
所述发酵池3上设置有热电偶13和湿度探头14，所述湿度探头14实时监控发酵池3内部的湿度情况，如果发酵池3内部湿度大幅升高，则确定发酵池3中水管可能出现漏水的风险，进而及时补修。所述电磁阀12位于循环水泵11和发酵池3之间，所述热电偶13实时监控发酵池3内温度情况，当发酵池3的温度过低则将信号传输给电磁阀12，从而阻断水的进入，待发酵池3通过微生物的发酵使温度回升继续通水。两者协助作用确保发酵池的良好运行，实现从发酵池中取热的自适应控制。
[0024]
所述的高效节能的土壤加热系统的工作原理和具体操作过程为：
[0025]
所述循环水泵11一端连接蓄热水箱15，一端连接发酵池3，发酵池3再经管道连接蓄热水箱15，形成回路。所述高温换热容器装置7设置在蓄热水箱15内，其进口与发酵池3用8-进气管连接，出口与大棚室内用9-排气管连接，另在底部设有10-排水管。所述热管装置热管放热段4设置在土壤加热区2，热管吸热段6设置在蓄热水箱15中，热管绝热段5设置在土壤中。所述发酵池3内设有热电偶13和湿度探头14，用以监控发酵池3内部的温度和湿度。
[0026]
开启循环水泵11，通过循环水泵11的驱动，将蓄热水箱15中的水通入到发酵池3中进行换热，随后经加热的热水再回到蓄热水箱15，形成一个内循环。
[0027]
将高温换热容器装置7斜放置在蓄热水箱15中，发酵池3中排出的高温二氧化碳和水蒸气经进气管8进入到高温换热容器装置中加热水箱中的水，经降温的二氧化碳从排气管9进入到大棚室内提供气体肥料，冷凝水则通过排水管10排出。
[0028]
热管装置放热段设置在土壤加热区2，热管吸热段6设置在蓄热水箱15中，热管绝热段5设置在土壤中，当蓄热水箱15中的水通过在发酵池3中换热升温后，热管的热管吸热段6中的液态工质吸收蓄热水箱15中的热量相变为气态，随后进入到热管放热段4，气态工质释放大量潜热，通过放热段上的翅片向低温的土壤放热，随后气态工质冷凝后通过热管中的毛细结构重新回到6-吸热段，从而完成一个土壤的加热循环。
[0029]
所述热电偶13实时监控发酵池3内温度情况，当发酵池3的温度过低则将信号传输给电磁阀12，从而阻断水的进入，待发酵池3温度回升继续通水。湿度探头14实时监控发酵池3内部的湿度情况，如果发酵池3内部湿度大幅升高，则确定发酵池3中水管可能出现漏水的风险，进而及时补修。两者协助作用确保发酵池的良好运行。
[0030]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。