实现多用途农用建筑物节能的方法

专利名称:实现多用途农用建筑物节能的方法
本发明有关一种特别适用于空调的多用途农用建筑物的调节方法。在这种建筑物中，虽然使用热容量小的薄型墙体，或者采用透光的或不透光的类似于帐蓬式的多层复盖层，然而与以往调节封闭空间中的空气相比，这种改进的方法耗能较少。同时也能达到要求，即保持与环境的温差(暖房或冷房)，保持要求的相对湿度与洁净度。
在调节温室，蘑菇培育房或由一块或几块场地构成的牲畜喂养房时，内部空气要根据不同情况而改变。可能一种情况跟着另一种情况而变化，或者同时发生变化。这是由于受周围空气变化的影响，或者牵涉到栽培及喂养技术上的规定而变化。对此已经采用了加热、冷却、淋水、加湿、干燥、通风、混合以及光照等方法。进而，提出了希望有一种简单方法的要求，它可以部分地或者完全解决上述人工气候的要求，并且效率高、投资少、能耗低。必要时还能实现自动化。
但直至现在还未找到解决的办法，不过有时候出现的一些相反的情况及需要，倒往往使得问题得以成功的解决。
过去的研究、发展工作提出了一些措施，也已用于实际使用中。然而不利的因素又阻碍了这些解决措施的普遍应用。其原因部分是由于投资高，部分是由于应用的限制性。
在解决上述问题时，会出现一些这种事，即在改善一个参数时，往往要靠另一个功能性的参数来实现。在这种情况下，会出现一些不规则的现象。现将其中一部分现象叙述如下
1.为要降低热能，以使温室节省，阳光照射条件就会变坏。此时由液体沉淀的盐份可流至建筑物覆盖层处，或流在所形成的流迹上。也就是说液体喷洒在两层覆盖层之间，而在冬天所附有的藻类会污染透光的覆盖层，在光照不够时会不能满足植物最重要的生理及生物需要。一旦覆盖层损坏，水滴可能流入耕种或饲养区域。
2.在用轻型结构建造的蘑菇培育房中，由于蘑菇要求较强的空气流动，可以存在较浓的CO2气体;因此要连续的吸入外部空气。为了成功的栽培蘑菇，要求能精确的调节空气的温度与湿度。这些空调参数遇到对立的要求，也就是说，它们只能采用人工手段来实现，并且花费高额投资，以及使用单独的空调设备。不然的话，只有在外部环境能满足要求的时期进行栽培，当然这使栽培大大地受到了限制。
3.在小动物饲养房中，单位面积内小动物数量较多，精确保持室内湿度的含量和要求的空气温度是十分重要的，因此，迫切需要简单的调节方法。洁净的空气及合适的湿度只能用通风来实现，同时要将新鲜空气保持在一定的温度意味着增加能耗。
4.同样，必须要降低温室中高的空气相对湿度，然而至今为止，降低湿度也只能使用通风。在进行通风时，冬天要加热空气，在夏天则要冷却空气，这两种要求均增加能源消耗。不然就不得不放弃一些这种由栽培及饲养技术提出的空调状态要求。
所有上述缺陷本发明都可避免，运用本发明的方法可达到空调运行安全。节能以及降低投资费用的目的。
本发明的特殊优点是，在运行过程中，可使建筑的参数保持在预计水准上，并且在运行过程中不需变动。按照本发明的方法可以改善建筑的人工气候上及能源上的性能。
本发明的方法可用在任何地方，应用时，水及空气在单独的或共同的通道流通。根据这种专门目的设计成的通道具有自由水表面。上述通道适于内装或建造在框架结构上。框架结构能承受最少两层覆盖层，这些覆盖层是用不同的合成材料制成，可以透光或不透光，可用玻璃或薄板制成。
这种建筑很适于实现本发明提出的方法。在匈牙利专利申请书GA-1136“农用空调建筑物(由一块或几块场地构成)节能方法”书已有叙述。
然而上述专利申请书并未透露节能的过程及方法，仅选择较好的具体建筑及结构设计加以说明。
本发明避免了这些不足，对全新的有成效的装置的应用作了专门介绍。它可以如上所述单独使用于调节建筑物，或者再装相同的一台，或者做为已装的一台的备用。并可与其它采暖，空调系统相结合，达到节能效果，在这种情况下，它可以对所要求的基本气候参数产生有利的影响。
如果我们在两种空气调节方案中选择，选择总是取决于热媒的能量水平，空调空间空气的热量需要，以及农业技术上的惯列要求。我们的发明已考虑到了已知的封闭空间的所谓“温室效应”。并且已得到了应用。
本发明依据于几种新颖的及预想不到的特性，其中大部分特性列举如下本发明认为内部空间(Ⅱ)可以用一种低热容量的薄型复盖材料与环境隔开。以使两层覆盖材料之间的距离小于因空间(Ⅰ)的不同热状态而引起的浮力，就是说空气中微粒的摩擦惯量应当大于造成空气流动的力量。此种结果是由于不同温度粒子之密度差别而造成的。
现在，一种相对稳定的状态在覆盖层之间建立了，这形成一种好的隔热层。由于不能形成对流热传导，所以主要是分子的热量移动。
我们也认识到以两块薄墙隔成的空间(Ⅰ)只可以用长波辐射获得成功的加热。如果由薄墙表面的辐射来加热，则应是可渗透的热辐射。现在这种热辐射不可能穿透薄墙。最简单的解决这个问题的办法是假如辐射方向平行于薄墙，并且假如传热表面垂直于薄墙平面，则可解决这个问题。
辐射表面的大小最好选择覆盖空间表面的3%至6%。由于方位的关系，这种小尺寸辐射元件可以在整个隔热层大大地增加其隔热能力，同时降低了周围环境及覆盖空间(Ⅱ)的热量等级，也降低了空间(Ⅱ)的热辐射。
进一步要认识到的是不同介质的自然热含量及不同的热焓可以用于调节覆盖层空间的空气。在这种情况下，热交换及介质状态的变化应发生在固有的，形成静态结构的元件上。介质流动所需能量由最有效能源供给，把电能转换成机械能。
我们也认识到如果空气层中的空气有轻的吸收物质以及足够数量的能量储备微粒，那么这种空气层只能用长波辐射热来加热。为此目的，最好的介质是空气中的蒸汽在空气辐射热影响之下，在相同传热条件下具有饱和水蒸汽的空气的焓值较高，可以获得一个干燥的状态。
我们更进一步认识到最简单的方法是把自由液体表面蒸发出来的蒸汽，引入空间(Ⅰ)，在这种情况下，与空间空气相接触的自由液体表面，同时亦是载热介质，并且当允许在框架结构的通道中流动时，它保持热辐射表面部分有一定能量水平。
更进一步认识到本发明可以使空气状态的变化能够自行调节，并可胜任在周围环境处于极端条件下增加调节范围。由此，极端最坏天气在空间(Ⅰ)中被缓和了，因而热力状态更加平衡。
基于上述认识，在两个覆盖层之间的空间(Ⅰ)将要较周围环境暖和，正像所预料的那样，可以扩散更多的水蒸汽。在冷空气流入时，这些蒸汽就大量的冷凝于覆盖层的内表面，蒸汽层增加覆盖层的隔热能力，并可大大地防止降低内部空间的(Ⅱ)热辐射。
蒸汽的凝结以及其状态的变化造成了覆盖表面的温升过程。
在有冻雨(freezing drizzle)或者大雪时，过量辐射热能可以避免外屋顶积雪。
在达到正常温度条件之后，再度建立在覆盖层之间空间(Ⅰ)的平衡状态，在表面上的水蒸汽重复扩散于空气中，也就是说，它又从表面消失。
本发明进一步认识到利用本发明的方法，空间(Ⅱ)被隔热可以对付不希望的温升。在这种情况下，我们是使低于环境温度的冷水在通道中流动，以及用抽取加热水的热量及蒸发热的方法来使空间降温的。
由于空气的过饱和蒸汽含量，湿份沉淀至空间内部两个表面上，隔断了指向内部的辐射，就是说在覆盖层透光时，光线被散射、吸收掉，经过反复的蒸发，热量将要从这表面抽出来，这就是本方法的吸热过程。
加热了的空间(Ⅱ)可以这样被冷却，即空气流从空间较高点，用机械通风的办法使其流入框架结构的管道中，以此来传送它的焓，直接的或间接的传至上述管道的冷液体流中去。
这种过程是可逆的。在一天当中其他时间中可用热水加热，但热流正相反。这是该方法的集热过程。
进一步认识到空间(Ⅱ)的湿含量可以降低到要求值，我们可以用低于环境温度的水在通道内流动，作为温室浇水之用。而在冷却的金属面的另一侧，含有湿份的暖空气以受迫的方式流动。这期间空气就被冷却，相对湿度增加，结果蒸汽凝结了。在这种情况下即使没有通风，空气也被去湿。冷却回水可加到灌溉水中，这可以省水，这是该方法的冷凝过程。
假如，我们希望在空间(Ⅱ)引入富有水蒸汽的新鲜空气，空气可以经过风道打入，在风道下部，水流经自由表面。自由表面的温度高于或低于周围环境温度，这要根据这一空间气象的要求而定。在与水接触后，流动空气带走要求之蒸汽量，在这期间通过水与通道表面之间的对流传热，水温能变至要求值。在水流动时，空气中所不希望的二氧化碳及氨被水所吸收了，这样空气净化问题也可得到解决，这是这种方法的空气净化及蒸发过程。
框架结构的管道可以加长。这是借助于多孔的薄板或形成空气通道的棉布来实现的。受迫流动的空气可以直接的，或者在调节它为合适的状态下送往栽培作物上。这对蘑菇培育是最重要的，可避免边角处无空气交换之弊。
人工气候的媒介质不致于污染覆盖层表面，因为它们在单独的通道中流动。在覆盖层透光时，在整个栽培期间，确保有最大透光度。通过控制覆盖层之间的空气状态，辐射光的质量就会受到影响，这又有利地影响了农业技术的结果。这是该方法的光线调节过程。
本发明作为一种功能上有效的装置，将用附图来详细地阐述。
图1是一种可行的实施方案的示意图，表示薄墙和热辐射的方向。
图2是进一步表示实施本发明的方法的另一种可能的实施方案。表示薄墙、热辐射、水流流程，水蒸汽的形成。
图3表示湿份凝结，干燥及传热的过程。
图4表明冷凝的过程。
图5表示空气与水的接触，水蒸汽的扩散。
图6为集热示意图。
图1表示外部覆盖层1，内部覆盖层2，热辐射表面部分3以及由1，2，3限定的空间(Ⅰ);4表示热辐射的方向，它是与1，2板平行的。当选择热辐射表面部份3的高度为x时，薄片Ⅰ下垂的辐度进入至覆盖的空间，要考虑辐射表面部分3的热输出。由于缺乏比较好的热辐射，看起来，热辐射表面漆成黑色较好。
图2表示按照本发明的另外一种可能实行的方法，同样有外部覆盖层1，内部覆盖层2，热辐射表面部分3以及覆盖层之间的空间(Ⅰ)，空气状态的变化就在这里发生。4表示热辐射的方向，水5在通道8中流动。蒸发微粒7从液体表面5a蒸发至空间(Ⅰ)中，如箭头6所示在吸收热射线4以后，可以增加空间(Ⅰ)空气中的热焓。
图右侧表示该有效的装置。
假如积雪9或冰9a附着于外部覆盖层1，蒸汽微粒的能量11被热射线4而增加，以致放出热量溶化在外部覆盖层1之积雪9或冰沉淀物9a。
这种有效的装置能连续发挥作用。具有能量的蒸汽微粒11，在覆盖层1上放出蒸发热，这种热量比熔化雪9或者冰块9a的热量为高。在沉淀至覆盖层1表面上以后，蒸汽微粒11滴下，这种过程交替发生。进一步吸收了热度的蒸发微粒7，从自由表面5a流至空间(Ⅰ)，在那儿被热辐射4活化，使这种过程反复进行。
图3可见到相同的部件，这为外覆盖层1，内覆盖层2，热辐射表面部分3;借助于热辐射4，蒸汽微粒7转换为具有能量的蒸汽微粒11。如前所述，用这种方法，空间(Ⅰ)的空气温度比环境温度要高，因此，空间(Ⅰ)能够扩散入更多的蒸汽微粒，结果造成相对湿度增加。随着覆盖层1及2的冷却作用，蒸汽微粒10由空间(Ⅰ)以结露形式，冷凝到外覆盖层及内覆盖层1，2上。蒸气层10的冷凝增加覆盖层的隔热能力，热射线13不允许离开空间(Ⅱ)，与13a类似，它们被散射与反射。蒸气微粒10类似一个隔热层，可防止由环境来的冷空气12。由空间(Ⅱ)发出的热辐射13被削弱了，这是因为实际热损失14大大的比辐射能13为小。
对于不同方位时也可使用这种方法，这意味着空间(Ⅱ)的温度会较环境来得低。在这种情况下，上述的有效装置在相反的方向起作用。
类似于以上描述过的过程，覆盖层1，2也可被冷却。在这种情况下，蒸发热量由干燥蒸汽层10的表面抽出。因为空间(Ⅰ)没有通常的旋风空气流出现，蒸汽微粒扩散于空气之中并相互作用，发生在通常情况下的热焓变化等于外部温度的极端变化的峰位。
图4表示了相同的部件，有外部覆盖层1，内部覆盖层2，热辐射吸收表面部分3a，4a表示热辐射线流动方向，具有自由表面5a的水5在通道8中流动，7表示在吸收热波的蒸汽微粒。
箭头16显示，适当被加热的，且具有高湿度的空气正在通道中流动，在由吸热表面部分3a所组成的通道中，水5正在流动，水温要比环境温度来得低，冷水冷却了表面3a，其间潮湿暖空气16以对流方式传输其热量，辐射热4a再传至表面部分3a，此时是利用金属热传导与冷凝作用把热传至流动水5，因此它的温度升高了。由于降低了冷却空气流16的热焓，过多的蒸汽15降至表面部分3a，以废水18形式滴至出口通道19，如箭头17所示。在热交换过程中，水5被加热了，并从自由液体表面蒸发出来，进入到空间(Ⅰ)。
使用这些溶液，空间(Ⅱ)所不希望的高温可以降低。在不使用通风时就可以将高湿量调节到要求的值，当然会达到节能效果的。由再次冷却而获得的废水18可作喷水用。假如水5冷却了空气并作灌溉之用的话，则应被预热。
图5进一步表示实施本发明的又一种方案。
图中包括已知之部件外部覆盖层1，内部覆盖层2，热辐射，吸收及对流表面部分3b，向外热辐射4a及向内热辐射4b，流动水5，自由表面5a及通道8。通道8及流动空气通道16形成一个共同空间，在两侧由表面部分3b所隔成。蒸汽微粒7从自由液体表面5a(如箭头6所示)进入流动空气16，其间空气相对湿度增高。热交换发生在自由表面5a及外表面部分3b处，这种热交换是借助于水温来调节所需的空气温度。此时，空气流16可以被冷却，也可以被加热。
由于自由液体表面5a与空气16互相接触的路径较长，因而使空气有可能去清洗掉灰尘、水中可溶性污染物以及不希望的成份(如过浓的CO2)。
外部覆盖层1及外表面部分3b之间的通道是扩展部分，因而含有能量的蒸汽微粒11由空气16a带到空间(Ⅰ)，这样像已经阐述过的，可以调节空间的温度。
让鼓入的空气16a去吹洗空间(Ⅰ)，这是解放覆盖层1，2不透光问题的最好的办法。
图6显示另一种可实行的实施方案。空间(Ⅱ)保持所要求之温度，空气24在空气通道20中流动，这种通道配置合适的高度，并且周期性的与溶液相接触，如图4及图5，以及与冷水或热水接触(如箭头25所示)这里水与空气经过热交换，或者获得或者失去它们的热量。在进行热交换以后，具有预定参数的空气流动至空间(Ⅱ)(如箭头16所示)。在改变温度以后，流动水5传递了它的冷量或热量给聚集空间27，空间27在土壤中，并通过插在通道系统28中的热交换器22。因为水流泵入到土壤26中，所以土壤被冷却或加热，这可保证土壤所需要的热容量。就是说假如需要相反要求的空气温度，可借助于水流5及25来实现希望的空气状态。
这种利用土壤聚集能量的办法是非常有利的，因为在土壤中贮存之热容量大小可以选择。空气16在中午所得热量，下午以后可用于补偿夜间及黎明之冷空气。同样，晚上及黎明所得之冷空气也可用于补偿中午及下午之热量;当空气保持清洁时，这个土壤中的封闭系统不会冲出泥土，也不会被气体污染。一个特殊的优点是携带封闭循环热量的水流5，25仅只使用了很小的数量。也不必考虑建筑物中是有一块还是有多块场地，并可任意选择覆盖物。
可使用本发明的领域是
1.本发明的方法仅可用于无霜冻且附有水层的房屋。
2.本发明的方法可用于温室，以及利用废热，热水而达到中等温度的房屋。
3.用作高峰时或者温室中，植物生长时的辅助加热用。
4.调节饲养小动物建筑物之空气。
5.轻型结构的蘑菇培育房的空调。
6.用于这样的建筑，即有一个或多个场地，并且空调的面积可任选。
7.综合使用。可在一种选择的模式下和其它热源或者传热装置一起使用，同时可节省能量。
本发明的方法的优点如下1.使用本发明的方法时，投资少，2.使用本发明的方法最节省能源，3.节约水(灌溉用水可加热，还可得到废水)，4.可以得到良好的稳定的光照，5.本发明的方法可实现自动化，6.该系统可防止积雪的冰负荷，7.可缓和极端不利的气象条件，8.可在多方面得到应用。
权利要求
1.农用建筑物的覆盖层的隔热以及以节能的方式来调节覆盖层的内部空间的空气状态的方法，该方法是通过改变空气，水及热量流动的状态来实现的，其特征在于，安设在至少为两个覆盖层之间的隔热空间的热含量会随着热射线增加，这种热射线是平行于覆盖层表面的，原因是当隔热空间中自由液体表面的水蒸发成蒸汽后，会吸收热射线，而增加了焓值的空气层又会由于水份的凝结而释放出能量，并且达到干燥(这取决于室外环境因素)，同时空间内的人工气候可以部分地或全部地阻止外部热波动及其它影响。
2.调节农用建筑物的覆盖空间的空气状态的方法，其特征在于，使通风空气流动于规定的路线，并使它与自由液体表面接触，由于热对流，使空气温度与液体温度对应，并使相对湿度达到最高值。
3.调节农用建筑物的人工气侯条件的节能方法，其特征在于，在覆盖空间中，过剩的及较高的相对湿度含量，可以沿着框架结构中的再冷却通道而流出，此时过剩的湿份冷凝了，而灌溉水则从这蒸汽的冷凝中获得了热量而被加热。
4.调节农用建筑物中空气的状态的方法，其特征在于，当过热或有强烈的阳光照射时，空气聚集在建筑物的顶部处，这使得在框架结构通道中流动的液体(以水为好)被加热了，而冷却了的空气则吹入栽培环境，热水则作为蓄热火，一旦气温变低而缺少热量时，可让它释放出热量来。
5.农用建筑物的空调方法，其特征在于，为了维护覆盖层的透光率，让热介质，例如水在单独的通道内流动，当不在栽培旺季时，通道可以周期性地清洗。
6.农用建筑物的空调方法，其特征在于，热介质的温度、焓将由于下述因素而增加或者减少，这即是当它们在受迫流动时，通过辐射导热及混合进行直接的与间接的互相作用之故。
7.农用建筑物的空调方法，其特征在于，热量向覆盖的空间传递是通过辐射表面来全完的，而热量向栽培及饲养空间的传递是部分或全部地通过对流表面来实现的，热辐射表面与对流表面之比为1∶3，而辐射表面等于总覆盖面的3-6%。
专利摘要
本发明有关一种特别适用于空调的多用途农用建筑物的调节方法。在这种建筑物中，虽然使用热量较小的薄型墙体，或者采用透光的或不透光的类似于帐篷式的多层覆盖层，然而与以往调节封闭空间中的空气相比，这种改进的方法耗能较少。同时也能达到要求，即保持与环境的温差(暖房或冷房)，保持要求的相对湿度与洁净度。
文档编号F24F5/00GK85101412SQ85101412
公开日1987年1月24日 申请日期1985年4月1日
发明者盖尔·帕尔 申请人:盖尔·帕尔导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan