一种相变蓄能温室
技术领域
本发明涉及农业温室技术领域，尤其涉及一种相变蓄能温室。
背景技术
智能农业(或称工厂化农业)是通过实时采集温室内外温度、土壤温度、CO2浓度、湿度信号以及光照、叶面湿度、露点温度等环境参数，甚至基于天气预报未来气象数据信息，根据农作物生长各阶段所需要的最优化参数组合，自动开启或者关闭指定设备，从而将农作物的生长环境调整到最优的状态，实现农业的周年性、全天候、反季节的工厂化规模生产。
在智能农业需要调整的农作物生长环境参数中，温度控制是耗能最多，成本最大的一项。目前比较高端的农业工厂使用压缩机式空调进行温度调控，不仅每平方工厂的建设成本要2000元以上，而且控制过程耗电严重，用电费用甚至占整个生产成本的90％以上。稍微差一些的农业工厂综合利用日光、锅炉增温，水帘或蒸发式冷风机降温，但温度控制难度大，制冷时降温幅度有限，增温时，日光增温波动较大，锅炉加热耗能严重。
因此，有必要设计一种造价便宜，运行成本低，温度控制精度高的温室，更好服务于智能农业的生产。
发明内容
针对以上现有存在的问题，本发明提供一种相变蓄能温室，以有效解决现有之压缩机空调型温室造价高，耗电大，日光、锅炉、水帘组合型温室温度控制效果差的问题。
本发明的技术方案在于：
本发明提供一种相变蓄能温室，包括拱形桁架、高立柱、低立柱、拱顶保温覆层和侧墙保温覆层，所述拱形桁架的下弦杆两端分别设置在高立柱和低立柱上，形成温室框架，所述拱形桁架上覆盖有拱顶保温覆层，所述高立柱、低立柱以及山墙上覆盖有侧墙保温覆层，从而形成温室，所述相邻的两品拱形桁架之间设有相变蓄能体，所述相变蓄能体将温室内腔分隔为上下两个腔，分别为调温腔和生产腔，通过调温腔降低外界温度变化对生产腔内温度的影响。
进一步地，所述相变蓄能体包括相变蓄能层和封装相变蓄能层的封装层，相变蓄能层采用相变温度在5-35℃之间的相变蓄能材料制成。
进一步地，还包括喷水管、风机和回水管，所述封装层通过吊顶的方式固定在拱形桁架的下弦杆上，所述喷水管设置在封装层对应高立柱一侧的上方且能够向封装层的上表面喷水，所述回水管设置在封装层对应低立柱一侧的下方且能够接收自封装层上表面流下的水，所述喷水管和回水管分别与地埋管换热系统相连以完成供水和排水，所述风机固定在拱形桁架腹杆上且能够对封装层表面的水进行吹动蒸发。
进一步地，所述回水管与地埋管换热系统之间设有水泵，所述水泵将回水管的水增压注入地埋管换热系统，所述地埋管换热系统包括竖直地埋管换热器、地埋管换热器进水分水管、地埋管换热器出水集水管，所述竖直地埋管换热器共多个且进水口分别与地埋管换热器进水分水管密封相连，所述竖直地埋管换热器的出水口分别与地埋管换热器出水集水管密封相连，所述喷水管通过喷水管水阀与地埋管换热器出水集水管密封相连，所述回水管通过储水罐、水泵、三通换向阀与地埋管换热器进水分水管密封相连，使得喷水管和回水管分别实现自竖直地埋管换热器获得供水和将水排入竖直地埋管换热器。
进一步地，所述回水管与水泵之间设有外源能量补充系统，所述外源能量补充系统包括储水罐、外源盘管换热器和储水罐集水管，所述外源盘管换热器安装在储水罐内，所述外源盘管换热器的进出口分别与外部冷热能源的出回口密封相连，所述回水管的下端与储水罐或储水罐集水管密封连通，所述水泵的进水口和储水罐集水管的出口均位于储水罐的下部且与储水罐密封连通，使得在某些情况下，通过地埋管换热系统、空气辐射和/或日光辐射而无法满足温室内的温度需要时，外部的冷热能源通过所述外源盘管换热器将冷热能量传导给储水罐内的水，水携带相应冷热能量，在水泵的作用下，通过喷水管，喷洒到相变蓄能体上，冷热能量通过相变蓄能体传导到温室内部，以满足温室内温度的需要。
进一步地，所述储水罐与地埋管换热器出水集水管之间设有地能平衡系统，所述地能平衡系统包括冷却塔和补水口，所述补水口设置在冷却塔的上部，所述冷却塔的进水端和出水端分别设置在冷却塔的上下两侧，所述冷却塔的进水端通过冷却塔水阀与地埋管换热器出水集水管连通，所述冷却塔的出水端通过储水罐集水管与储水罐连通。
进一步地，还包括固定在高立柱一侧墙上的热回收系统，所述热回收系统包括叉流式气气换热器、左风道、右风道、进气风机、上风道、上弯头、下风道、下弯头、出气风机，所述叉流式气气换热器的水平通道的左右两端分别与左风道和右风道相连，所述右风道伸入温室生产腔内部，所述右风道内设置有进气风机，所述叉流式气气换热器的竖直通道的上下两端分别与上风道和下风道相连，所述下通道通过下弯头伸入温室生产腔下部里面，所述上风道顶部设置有上弯头，所述上弯头高度高出温室顶部，所述上弯头内设置有出气风机。
进一步地，所述拱顶保温覆层为卷帘式，所述拱形桁架上覆盖有透明塑料膜，透明塑料膜外覆盖有拱顶保温覆层，拱顶保温覆层能够通过卷帘机自低立柱向高立柱卷起，使得卷帘式拱顶保温覆层卷起时，调温腔依然是封闭的，所述高立柱位于温室所在地冬季远离太阳的一侧，所述低立柱位于温室所在地冬季靠近太阳的一侧，低立柱的高度低于高立柱的高度，所述相变蓄能体封装层的上表面设有黑色涂层，方便相变蓄能体接受阳光照射，吸收更多的热量。
进一步地，所述拱顶保温覆层为固定式，所述拱顶保温层固定在拱形桁架上，在生产作业时，拱顶保温覆层常闭，不打开。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：
1、本发明将封装后的相变蓄能材料作为吊顶，将温室分隔成上下两个腔室，下腔用于生产，上腔用于调控温度，使剧烈温度的调控过程作用在相变蓄能材料上，缓冲温度调控过程对农作物造成的影响。
2、本发明充分利用昼夜温差，光照，水蒸发、地能、材料相变吸放热等自然、物理因素，低成本的调控农作物生长环境温度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的热回收系统的结构示意图。
图中：1-卷帘机，2-拱顶保温覆层，3-风机，4-加湿系统，5-照明系统，6-拱形桁架，7-相变蓄能体，8-回水管，9-侧墙保温覆层，10-电控系统，11-补水口，12-冷却塔，13-储水罐集水管，14-储水罐，15-外源盘管换热器，16-水泵，17-三通换向阀，18-地埋管换热器进水分水管，19-竖直地埋管换热器，20-冷却塔水阀，21-地埋管换热器出水集水管，22-喷水管水阀，23-喷水管，24-高立柱，25-低立柱，40-热回收系统，41-叉流式气气换热器，42-左风道，43-右风道，44-进气风机，45-上风道，46-上弯头，47-出气风机，48-下风道，49-下弯头。
具体实施方式
本发明提供一种相变蓄能温室，包括拱形桁架6、高立柱24、低立柱25、拱顶保温覆层2和侧墙保温覆层9，所述拱形桁架6的下弦杆两端分别设置在高立柱24和低立柱25上，形成温室框架，所述拱形桁架6上覆盖有拱顶保温覆层2，所述高立柱24、低立柱25以及山墙上覆盖有侧墙保温覆层9，从而形成温室，所述相邻的两品拱形桁架6之间设有相变蓄能体7，所述相变蓄能体7将温室内腔分隔为上下两个腔，分别为调温腔和生产腔，通过调温腔降低外界温度变化对生产腔内温度的影响。
相变蓄能体7包括相变蓄能层、封装相变蓄能层的封装层，相变蓄能层采用相变温度在5-35℃之间的相变蓄能材料制成。
封装层通过吊顶的方式固定在拱形桁架6的下弦杆上，喷水管23设置在封装层对应高立柱24一侧的上方且能够向封装层的上表面喷水，回水管8设置在封装层对应低立柱25一侧的下方且能够接收自封装层上表面流下的水，喷水管23和回水管8分别与地埋管换热系统相连以完成供水和排水，风机3固定在拱形桁架6的腹杆上且能够对封装层表面的水进行吹动蒸发。
回水管8与地埋管换热系统之间设有水泵16，水泵16将回水管8接收的水增压注入地埋管换热系统。
地埋管换热系统包括竖直地埋管换热器19、地埋管换热器进水分水管18、地埋管换热器出水集水管21，竖直地埋管换热器19共多个且进水口分别与地埋管换热器进水分水管18密封相连，竖直地埋管换热器19的出水口分别与地埋管换热器出水集水管21密封相连，喷水管23通过喷水管水阀22与地埋管换热器出水集水管21密封相连，所述回水管8通过储水罐14、水泵16、三通换向阀17与地埋管换热器进水分水管18密封相连，使得喷水管23和回水管8分别实现自竖直地埋管换热器19获得供水和将水排入竖直地埋管换热器19。
回水管8与水泵16之间设有外源能量补充系统，外源能量补充系统包括储水罐14、外源盘管换热器15和储水罐集水管13，外源盘管换热器15安装在储水罐14内，外源盘管换热器15的进出口分别与外部冷热能源的出回口密封相连，回水管8的下端与储水罐14或储水罐集水管13密封连通，水泵16的进水口和储水罐集水管13的出口均位于储水罐14的下部且与储水罐14密封连通，使得在某些情况下，通过地埋管换热系统、空气辐射和/或日光辐射而无法满足温室内的温度需要时，外部的冷热能源通过所述外源盘管换热器15将冷热能量传导给储水罐14内的水，水携带相应冷热能量，在水泵16的增压作用下，通过喷水管23，喷洒到相变蓄能体7上，冷热能量通过相变蓄能体7传导到温室内部，以满足温室内温度的需要。
储水罐14与地埋管换热器出水集水管21之间设有地能平衡系统，地能平衡系统包括冷却塔12和补水口11，补水口11设置在冷却塔12的上部，冷却塔12的进水端和出水端分别设置在冷却塔12的上下两侧，冷却塔12的进水端通过冷却塔水阀20与地埋管换热器出水集水管21连通，冷却塔12的出水端通过储水罐集水管13与储水罐14连通。
热回收系统40固定在高立柱24一侧墙上，所述热回收系统40包括叉流式气气换热器41、左风道42、右风道43、进气风机44、上风道45、上弯头46、下风道48、下弯头49、出气风机47，所述叉流式气气换热器41的水平通道的左右两端分别与左风道42和右风道43相连，所述右风道43伸入温室生产腔内部，所述右风道43内设置有进气风机44，所述叉流式气气换热器41的竖直通道的上下两端分别与上风道45和下风道48相连，所述下风道48通过下弯头49伸入温室生产腔下部里面，所述上风道45顶部设置有上弯头46，所述上弯头46高度高出温室顶部，所述上弯头46内设置有出气风机47。
拱顶保温覆层2为卷帘式，所述拱形桁架6上覆盖有透明塑料膜，透明塑料膜外覆盖有拱顶保温覆层2，拱顶保温覆层2能够通过卷帘机1自低立柱25向高立柱24卷起，使得卷帘式拱顶保温覆层2卷起时，调温腔依然是封闭的，所述高立柱24位于温室所在地冬季远离太阳的一侧，所述低立柱25位于温室所在地冬季靠近太阳的一侧，低立柱25的高度低于高立柱24的高度，所述相变蓄能体7的封装层上表面设有黑色涂层，方便相变蓄能体7接受阳光照射，吸收更多的热量。
在降温为主的温室应用时，拱顶保温覆层2也可以为固定式，所述拱顶保温覆层2固定在拱形桁架6上，在生产作业时，拱顶保温覆层2常闭，不打开。
相变蓄能层根据主栽农作物生长多程对温度的需要，选择相应相变温度的相变蓄能材料制成。
实施例一：
如附图1所示，本发明提供一种相变蓄能温室，包括温室框架、拱顶保温覆层2、侧墙保温覆层9，相变蓄能体7、热回收系统40、照明系统5、加湿系统4、地埋管换热系统、外源能量补充系统、地能平衡系统、环境监测系统和电控系统10，电控系统10分别与水泵16、三通换向阀17、喷水管水阀22、热回收系统40、外源盘管换热器15、轴流风机3、加湿系统4和照明系统5电性连接，实现各个动作的控制。
其中，温室框架包括高立柱24、低立柱25和架设在高立柱24与低立柱25之间的拱形桁架6，侧墙保温覆层9围护在温室框架周圈高立柱24和低立柱25外部，拱顶保温覆层2覆盖再拱形桁架6顶部，相变蓄能体7固定在拱形桁架6的下弦杆上，照明系统5和加湿系统4在相变蓄能体7的下面，热回收系统40布置于高立柱24一侧侧墙上，地埋管换热系统和外源能量补充系统布置于地面下，地能平衡系统布置于温室外，通过管道与地埋管换热系统和外源能量补充系统相连，环境监测系统根据各参数监测需要，布置于适宜的数据采集位置，电控系统10布置在低立柱25一侧侧墙上。
热回收系统40包括叉流式气气换热器41、左风道42、右风道43、进气风机44、上风道45、上弯头46、下风道48、下弯头49和出气风机47，所述叉流式气气换热器41的水平通道的左右两端分别与左风道42和右风道43相连，所述右风道43伸入温室的生产腔内部，所述右风道43内设置有进气风机44，所述叉流式气气换热器41的竖直通道的上下两端分别与上风道45和下风道48相连，所述下风道48通过下弯头49伸入温室的生产腔下部里面，所述上风道45顶部设置有上弯头46，所述上弯头46的高度高出温室的顶部，所述上弯头46内设置有出气风机47。
拱形桁架6有下弦杆，以便固定相变蓄能体7，且下弦杆不水平即架设拱形桁架6的高立柱24和低立柱25高低不同，低立柱25高度低于高立柱24，在北半球，若是有阳光采暖需求的温室，温室宜坐北朝南，方位角在南偏东20度至南偏西20度之间，高立柱24设置在北侧，低立柱25设置在南侧，进而拱形桁架6的下弦杆也北高南低，固定在拱形桁架6下弦杆上的相变蓄能材料封装层随之北高南低，便于相变蓄能体7接受阳光照射，相变蓄能体7将整个温室分隔成了上下两个独立的腔，分别为调温腔和生产腔。
拱顶保温覆层2根据温室所在地气候情况和种植的农作物需要，比如以降温为主的温室，拱顶保温覆层2可以是固定在拱形桁架6顶端常闭的，若是拱顶保温覆层2是常闭的，可以在拱顶保温覆层2上部安装光伏组件，综合利用顶部进行发电；若是以升温为主或升降温都需要的温室，拱顶保温覆层2要设计成用卷帘机1打开的，根据需要使相变蓄能体7接收阳光照射升温，具体地，拱顶保温覆层2有两种形式，其一为固定式，所述拱顶保温覆层2固定在拱形桁架6上，在生产作业时，拱顶保温覆层2常闭，不打开；其二为卷帘式，拱形桁架6上覆盖有透明塑料膜，透明塑料膜外覆盖有拱顶保温覆层2，拱顶保温覆层2能够通过卷帘机1自低立柱25向高立柱24卷起，使得卷帘式拱顶保温覆层2卷起时，调温腔依然是封闭的，高立柱24位于温室所在地冬季远离太阳的一侧，低立柱25位于温室所在地冬季靠近太阳的一侧，低立柱25的高度低于高立柱24的高度。
相变蓄能体7包括相变蓄能层和封装相变蓄能层的封装层、喷水管23、风机3、回水管8。封装层像吊顶一样固定在拱形桁架6的下弦杆上，地埋管换热器出水集水管21通过喷水管水阀22与喷水管23相连，喷水管23位于高立柱24侧封装层上面，回水管8位于低立柱25侧封装层下面，用于接收封装层表面流下来的水，风机3固定在拱形桁架6腹杆上，封装层上表面颜色为黑色，便于相变蓄能体7在阳光的照射下吸收更多的热量。相变蓄能层根据主栽农作物生长过程对温度的需要，选择相应相变温度的相变材料制成，也就是对应选择的相变蓄能材料的相变温度在5-35℃之间，例如种植平菇的温室选择20℃左右的相变材料。
外源能量补充系统包括多个储水罐14、与储水罐14数量相等的外源盘管换热器15、储水罐集水管13、水泵16，外源盘管换热器15安装在储水罐14内，外源盘管换热器15的进出口分别与外部冷热能源的出回口密封相连，水泵16的进水口和储水罐集水管13的出口均位于储水罐14的下部，且与储水罐14密封连接。
地埋管换热系统包括多个竖直地埋管换热器19、地埋管换热器进水分水管18、地埋管换热器出水集水管21，所有竖直地埋管换热器19的进水口与地埋管换热器进水分水管18密封相连，所有竖直地埋管换热器19的出水口与地埋管换热器出水集水管21密封相连。
地能平衡系统包括冷却塔12、补水口11、出水管和进水管，补水口11、进水管位于冷却塔12的上部，出水口位于冷却塔12的下部。
在制冷时，放下拱顶保温覆层2，在喷水管23内泵入冷水，冷水喷洒到相变蓄能体7封装层的上表面，沿上表面流下，启动风机3，通过促进上室通风，使得空气从温室的调温腔一侧进入从另一侧排出，加速封装层表面水蒸发，水蒸发吸收相变蓄能体7的热量，使相变蓄能材料由液态变为固态，积蓄冷量；若对制冷温度要求不高，也可仅通过向相变蓄能体7封装层的上表面喷洒冷水降温；若外界温度低于温室内温，也可启动热回收系统40降温；当要求温室内温降到地埋管换热系统出水温度以下时，若温室外部温度高于温室内部温度，这时候要考虑启动外源能量补充系统，向外源盘管换热器15内通入冷能。
在制热时，通过卷帘机1卷起拱顶保温覆层2，使阳光照射到相变蓄能体7的封装层上，封装层吸热后，融化内部的相变材料；若外界温度高于温室内温，且需要提升内温，这时也可启动热回收系统40升温；若温室内温高于外界温度，且低于地埋管换热系统出水温度，这时需要提升内温，可启动水泵16，在喷水管23内泵入流经地埋管换热系统管道的水，水喷洒到相变蓄能体7封装层的上表面，沿上表面流下，将热量通过上封装层，传导给内部的相变材料，进而将热量传导到温室内。
若温室需要的内温低于外界温度，且高于地埋管换热系统出水温度，并且无法通过阳光照射升温时，这时要考虑启动外源能量补充系统，向外源盘管换热器15内通入热能，进而将热量通过相变蓄能体7，传导到温室内部。
地能平衡操作：一个地方的地能温度在未被利用的情况下，基本等于当地的年平均温度，若是冷热使用不平衡，尤其是制冷时间长，增温时间短时，要在外界温度低于地埋管换热系统出水温度时，关闭喷水管水阀22，打开冷却塔水阀20，通过冷却塔12释放高温地能，促使地能温度保持稳定。
