太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統的製作方法

2023-08-13 14:45:41

本發明涉及自動調溫及太陽能滴灌揚水技術領域，更具體地，涉及一種太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統。

背景技術：

北方地區的大部分日光溫室，由於冬季室溫溫度過低，需要使用化石能源進行供暖。日光溫室的冬季熱負荷主要是圍護結構產生的負荷。因此為了降低冬季日光溫室供暖能耗，目前常用的方法是提升日光溫室的保溫隔熱性能。但由於日光溫室晴天正午時溫度過高，如果日光溫室不能及時散熱，過高的溫度會影響作物的生長，因此單方面提高日光溫室的保溫隔熱性能並不是最理想的節能方式。

建築的外牆體是建築內部空間與外部空間的分界面。建築內部空間與外部空間的熱交換是通過牆體為中介實現的。因此牆體的傳熱係數對建築能耗有很大的影響。傳熱係數越大，通過牆體傳導的熱量越多。傳熱係數越小，通過牆體傳導的熱量越少。夏季白天當室外溫度過高時，為了減少空調能耗，應該減少通過牆體傳入室內的熱量，因此牆體的傳熱係數越小越好。夏季夜晚當室外溫度過低時，為了減少空調能耗，應該增加通過牆體傳導到室外的熱量，因此牆體的傳熱係數越大越好。但現階段建築的外牆體，其導熱係數是固定的。在夏天如果外牆體傳熱係數設計的過小，儘管減少了白天通過牆體傳導到室內的熱量，但同時也減少了夜間室內空氣通過牆體傳導到室外的熱量。如果傳熱係數設計的過大，儘管增加了夜間室內空氣通過牆體傳導到室外的熱量，但同時增加了白天通過牆體傳導到室內的熱量。因此傳熱係數固定的牆體並不能充分利用晝夜溫度的差異達到減少空調能耗的目的。

技術實現要素：

為了提高日光溫室的溫度調節與控制過程中的熱效率，本發明利用水作為調節介質並提供了一種太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統，其利用太陽能驅動水的流動，並減少牆體傳熱係數調節能耗和減少水的浪費。

本發明解決上述技術問題所採取的技術方案如下：

一種太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統，包括自動調溫子系統和滴灌子系統兩部分，其中，所述自動調溫子系統（1）包括充水夾層（3），所述滴灌子系統（2）由太陽能驅動，用於為所述充水夾層（3）揚水。

所述自動調溫子系統（1）包括充水夾層（3），所述滴灌子系統（2）由太陽能驅動，用於為所述充水夾層（3）揚水。

進一步地，所述自動調溫子系統（1）的熱阻能夠隨著環境溫度變化而發生自動調節，且所述自動調溫子系統（1）還通過截止閥（8-12）來調節充水夾層中水的水位高度，從而控制外界環境與室內的傳熱量。

進一步地，所述自動調溫子系統包括：充水夾層、第一防水層、第一砌體結構、第二防水層、第二砌體結構、保溫層和抹灰層，其中所述抹灰層與室內接觸，所述保溫層與外界環境接觸，所述充水夾層左側依次層疊設置第一防水層、第一砌體結構和抹灰層，所述充水夾層右側依次層疊設置第二防水層、第二砌體結構和保溫層，所述保溫層、第一砌體結構、第一防水層、充水夾層、第二防水層、第二砌體結構和抹灰層由外界環境向室內依次層疊設置。

進一步地，所述滴灌子系統包括：第一過濾吸入口、太陽能集熱器、第一循環水泵、第二循環水泵、若干第三截止閥、冷水儲水箱、熱水儲水箱、第一換熱器、第二換熱器、隔熱層、冷水循環泵、熱水循環泵、加壓腔、彈簧、加熱盤管、冷卻盤管、蒸發液、蒸發腔、活塞、液體存儲腔、水井、若干供水管道、若干回水管道、熱水供水管道、熱水回水管道、冷水供水管道、冷水回水管道、若干第二過濾吸入口、若干單向閥、若干第一管道、若干第二管道和若干第三管道；其中，所述太陽能集熱器與所述供水管道、供水管道、回水管道和回水管道相連接，所述第一換熱器置於所述冷水儲水箱內，所述第二換熱器置於所述熱水儲水箱內，所述冷水供水管道、冷水回水管道一端與所述冷水儲水箱連接，另一端與所述冷卻盤管相連，所述熱水供水管道、熱水回水管道一端與所述熱水儲水箱連接，另一端與所述加熱盤管相連，所述第二過濾吸入口一端置於所述液體存儲腔中，另一端與所述第一管道相連，所述第一管道與所述第二管道相連，所述第二管道伸至所述自動調溫子系統的充水夾層中。

進一步地，所述若干第三截止閥中的第一混合換熱截止閥和第二混合換熱截止閥定期開啟以使所述熱水儲水箱和所述冷水儲水箱中的儲水進行混合換熱，以防止所述儲水箱中的儲水出現過熱或過冷現象。

進一步地，所述自動調溫子系統還包括第一截止閥以及第二截止閥，用於在白天和黑夜以不同的組合方式與第一循環水泵和第二循環水泵彼此配合地開啟或閉合，以調節充水夾層中的水的水位；並且所述滴灌子系統中的第三截止閥與所述第一換熱器、第二換熱器基於外界環境溫度與室內溫度之間的高低關係彼此配合地開啟或閉合，以保證所述充水夾層（3）的水位高低與外界環境溫度變化的一致性。

進一步地，所述彈簧一端固定於所述活塞上，另一端固定於所述加壓腔的內壁面上。

進一步地，所述蒸發腔中注有蒸發液；所述加熱盤管置於所述蒸發腔中，所述冷卻盤管置於所述加壓腔中；

進一步地，所述第一過濾吸入口一端置於所述充水夾層中，另一端與所述第三管道相連接，且沿所述充水夾層高度方向設有若干個第一過濾吸入口，所述第三管道置於所述自動調溫子系統中，並依次穿透所述第一防水層、第一砌體結構和抹灰層，且沿所述自動調溫子系統高度方向設有若干個所述第三管道。

進一步地，所述太陽能集熱器包括：玻璃擋板、吸熱板、吸附層、過濾層、凝結層、冷水盤管、凝結液、吸附材料、熱水盤管、過濾網和第一擋板；所述吸附材料置於所述吸附層中，所述熱水盤管置於所述吸附材料中，所述過濾網置於所述過濾層中，所述冷水盤管置於所述凝結層中，且所述凝結層中間隔設有若干個第一擋板，所述過濾層置於所述吸附層和所述凝結層之間，所述玻璃擋板、吸熱板、吸附層、過濾層和凝結層依次緊密層疊設置。

通過本發明的技術方案至少能夠達到以下技術效果：

（1）本發明通過根據環境溫度、控溫區域溫度、控制溫度之間的相對大小，自動調節日光溫室牆體的傳熱係數，進而自動地強化/弱化環境與控溫區域之間的傳熱，及時利用環境中蘊含的冷熱能，節約能源。

（2）本發明利用太陽能驅動水的流動，能減少牆體傳熱係數，減少溫室能耗，並能使日光溫室牆體傳熱係數隨室內外溫度變化：當室外溫度過低時，減少牆體傳熱係數，減少散熱；當室內溫度過高時，增加牆體傳熱係數，增加散熱；這樣通過本發明所述的牆體可以充分利用室外溫差調節進入室內的熱量，大大節省了空調能耗。該牆體設計新穎、結構簡易、容易實現，且不影響牆體的使用承重強度，屬於新型的低能環保建築材料，能夠廣泛的推廣應用於各類建築工程中，具有廣闊的市場實用前景

（3）本發明應用水作為調節介質，極大地降低了牆體傳熱係數調節的成本。

（4）本發明將調節過程與日光溫室的滴灌結合起來，創造性地減少了水的浪費。

（5）本發明設計了專門適用於取得上述技術效果的自動調溫子系統和滴灌子系統，這兩個子系統具有獨特的結構，該獨特的結構結合傳熱需求科學地設置多個閥門並控制各閥門的開閉狀態，而且創造性地利用了溫度、重力以及導熱情況對水位的影響，使得自動調溫子系統和滴灌子系統能夠智能地實現了對日光溫室的溫度調節與控制過程中的高熱效率。

（6）本發明所述傳自動感溫式熱量管理裝置設計新穎、結構簡易、容易實現，屬於新型的低能環保溫控系統，可廣泛應用於各類需溫控的場合中，具有廣闊的市場實用前景。

附圖說明

圖1是本發明的太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統的結構原理圖。

圖2是本發明的加壓腔結構原理圖。

圖3是本發明的太陽能集熱器結構原理圖。

上圖中，各附圖標記的含義如下：

1—自動調溫子系統；2—滴灌子系統；3—充水夾層；4—第一防水層；5—第一砌體結構；4』—第二防水層；5』—第二砌體結構；6—保溫層；7—抹灰層；8—12截止閥；13—遮擋；14—棚頂；15—滴灌總管；16—滴管噴頭；17—過濾吸入口；18—太陽能集熱器；19—玻璃擋板；20—吸附層；21—過濾層；20—吸熱板；23—太陽光；24—凝結層；25—冷水盤管；26—凝結液；27—吸附材料；28—熱水盤管；29—過濾網；30—擋板；31—第一循環水杯；32—第二循環水泵；33—38第三截止閥；39—冷水儲水箱；40—熱水儲水箱；41—42換熱器；43—44截止閥；45—隔熱板；46—回水管道；47—供水管道；48—回水管道；49—供水管道；50—截止閥；51—熱水回水管道；52—熱水供水管道；53—冷水供水管道；54—冷水回水管道，55—熱水循環泵；56—冷水循環泵；57—加熱盤管；58—加壓腔；59—彈簧；60—冷卻盤管；61—蒸發液；62—蒸發腔；63—活塞；64—液體存儲腔；65—過濾吸入口；66—水；67—管道；68—單向閥；69—水；70—水井；71—過濾吸入口；72—73管道；74—單向閥；75—管道。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的技術方案進行詳細的描述，以使本領域技術人員能夠更加清楚的理解本發明，但並不因此限制本發明的保護範圍。

參見附圖1，本發明的太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統包括：自動調溫子系統1和滴灌子系統2兩部分；所述自動調溫子系統1包括充水夾層3，所述滴灌子系統2由太陽能驅動，用於為所述充水夾層3揚水。

優選地，所述自動調溫子系統1的熱阻能夠隨著環境溫度變化而發生自動調節，且所述自動調溫子系統1還通過截止閥來調節充水夾層中水的水位高度，從而控制外界環境與室內的傳熱量。

優選地，所述自動調溫子系統1包括：充水夾層3、防水層4、砌體結構5、保溫層6和抹灰層7，其中所述抹灰層7與室內接觸，所述保溫層6與外界環境接觸，所述充水夾層3左側依次層疊設置防水層4、砌體結構5和抹灰層7，所述充水夾層3右側依次層疊設置防水層4、砌體結構5和保溫層6，所述保溫層6、砌體結構5』、防水層4』、充水夾層3、防水層4、砌體結構5和抹灰層7由外界環境向室內依次層疊設置。

優選地，如圖2所示，所述滴灌子系統2包括：過濾吸入口17、太陽能集熱器18、循環水泵31、循環水泵32、若干第三截止閥33、冷水儲水箱39、熱水儲水箱40、換熱器41、換熱器42、隔熱層45、冷水循環泵56、熱水循環泵55、加壓腔58、彈簧59、加熱盤管60、冷卻盤管57、蒸發液61、蒸發腔62、活塞63、液體存儲腔64、水井70、若干供水管道47、若干回水管道46、熱水供水管道52、熱水回水管道51、冷水供水管道53、冷水回水管道54、若干過濾吸入口65、若干單向閥68和若干管道67。

優選地，滴灌子系統2內上述組層部件之間的連接關係為：所述太陽能集熱器18與所述供水管道47、供水管道49、回水管道46和回水管道48相連接，所述換熱器41置於所述冷水儲水箱39內，所述換熱器42置於所述熱水儲水箱40內，所述冷水供水管道53、冷水回水管道54一端與所述冷水儲水箱39連接，另一端與所述冷卻盤管57相連，所述熱水供水管道52、熱水回水管道51一端與所述熱水儲水箱40連接，另一端與所述加熱盤管60相連，所述過濾吸入口65一端置於所述液體存儲腔64中，另一端與所述管道67相連，所述管道67與所述管道73相連，所述管道73伸至所述自動調溫子系統1的充水夾層3中。

優選地，所述截止閥中的第一混合換熱截止閥43、第二混合換熱截止閥44定期開啟以使所述熱水儲水箱40和所述冷水儲水箱39中的儲水進行混合換熱，以防止所述儲水箱中的儲水出現過熱或過冷現象。

優選地，所述彈簧59一端固定於所述活塞63上，另一端固定於所述加壓腔58的內壁面上。

優選地，所述蒸發腔62中注有蒸發液61；所述加熱盤管60置於所述蒸發腔62中，所述冷卻盤管57置於所述加壓腔58中。

優選地，所述過濾吸入口17一端置於所述充水夾層3中，另一端與所述管道75相連接，且沿所述充水夾層3高度方向設有若干個，所述管道75置於所述自動調溫子系統1中，並依次穿透所述防水層4、砌體結構5和抹灰層7，且沿所述自動調溫子系統1高度方向設有若干個。

優選地，如圖3所示，所述太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統，所述太陽能集熱器18包括：玻璃擋板19、吸熱板22、吸附層20、過濾層21、凝結層24、冷水盤管25、凝結液26、吸附材料27、熱水盤管28、過濾網29和擋板30；

優選地，所述吸附材料27置於所述吸附層20中，所述熱水盤管28置於所述吸附材料27中，所述過濾網29置於所述過濾層21中，所述冷水盤管25置於所述凝結層24中，且所述凝結層24中間隔設有若干個擋板30，所述過濾層21置於所述吸附層20和所述凝結層21之間，所述玻璃擋板19、吸熱板22、吸附層20、過濾層21和凝結層24依次緊密層疊設置。

本發明所述的太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統尤其適合應用於太陽能自動揚水領域，所述自動調溫子系統1的熱阻能夠隨著環境溫度變化而發生自動調節，所述滴灌子系統2實現了利用太陽能的自動揚水系統，進而節約了能源。

本發明在自動調溫子系統內設置充水夾層3，通過截止閥來調節充水夾層水位的高度，進一步控制充水夾層的傳熱性能，從而控制外界環境與室內的傳熱量，同時本發明通過利用太陽能來驅動滴灌子系統2的揚水系統，避免使用大型水泵造成的能源浪費，實現了清潔能源的合理利用。

下面，將通過舉例的方式給出不同溫度情景下本太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統的工作過程，介紹本發明的太陽能驅動的日光溫室自動調溫滴灌系統的具體工作原理：

在白天，關閉第三截止閥33、截止閥35、截止閥36、截止閥38和循環水泵31，開啟截止閥34、截止閥37和循環水泵32，吸熱板22吸收太陽光溫度升高，並加熱吸附材料27，使所述吸附材料27中的水分子蒸發產生水蒸氣，所述水蒸氣穿過過濾層21至凝結層24，並與所述凝結層24中的冷水盤管25換熱後凝結成凝結液26，在重力作用下，沿冷水盤管25聚集在擋板30處。冷水盤管25中的水吸收所述水蒸氣的熱量被加熱後在循環水泵32的作用下，通過截止閥34沿供水管道47流至換熱器42處換熱後，沿回水管道46通過截止閥37流回到凝結層24中繼續換熱。

在夜間，開啟第三截止閥33、截止閥35、截止閥36、截止閥38、循環水泵31和循環水泵32，關閉截止閥34和截止閥37，凝結液26吸收冷水盤管25中水的熱量而蒸發產生水蒸氣，水蒸氣穿過所述過濾層21至吸附層20，並被吸附材料27吸收，冷水盤管25中的水與凝結水26換熱後被冷卻，在循環水泵31的作用下，通過所述截止閥35沿所述供水管道49流至所述換熱器41處換熱後，沿所述回水管道48通過截止閥38流回到冷水盤管25中，吸附材料27吸收凝結液26蒸發後的水蒸氣，放出大量熱量，熱水盤管28中的水吸收吸附材料27放出熱量後被加熱，在循環水泵32的作用下，通過第三截止閥33沿所述供水管道47流至換熱器42處換熱後，沿回水管道46通過所述截止閥36流回到所述熱水盤管28中，所述熱水儲水箱40中的儲水在熱水循環泵55的作用下，沿熱水供水管道52至加熱盤57處與蒸發腔62中的蒸發液61換熱後被冷卻，冷卻水沿熱水回水管道51重新流回熱水儲水箱40繼續與換熱器42換熱，蒸發腔62中的蒸發液61吸收加熱盤管57中水的熱量並蒸發成蒸發氣體，所述蒸發氣體由於密度差作用向上運動至加壓腔58，推動活塞63向前運動並迫使液體存儲腔64中的水66被壓入過濾吸入口65中，加壓腔58由於所述蒸發氣體增加，其壓力繼續增大，進一步推動活塞63繼續向前運動，迫使水66沿管道67通過單向閥74流入自動調溫子系統1的充水夾層3中，繼而冷水儲水箱39中的儲水在冷水循環泵56的作用下，沿冷水供水管道53至冷卻盤管60處與加壓腔58中的蒸發氣體換熱後沿冷水回水管道54重新流回冷水儲水箱39繼續與換熱器41換熱，加壓腔58中的蒸發氣體與冷卻盤管60換熱被冷卻後，由於重力作用，流回蒸發腔62中，加壓腔58由於蒸發氣體被冷卻而壓力減小，活塞63在彈簧59的拉動下向後運動，使液體存儲腔64內的壓強減小而產生抽力從水井70中抽取水，水在該抽力作用下通過單向閥68沿管道67流入液體存儲腔64中，如此往復運動，將液體存儲腔64中的水壓至所述自動調溫子系統1的充水夾層3中。

在夏季，在所述滴灌子系統2運行時，當外界環境溫度高於室內溫度，需要減弱外界環境與室內的傳熱時，開啟截止閥9，以調節所述充水夾層3中的充水量，使所述充水夾層3中的水位處於較低位置，此時，所述充水夾層3中以空氣導熱為主，水的導熱為輔，空氣的導熱係數較小，導熱性能相對較弱，減弱了所述充水夾層3的傳熱性能，進而減少了外界環境向室內的傳熱量，當外界環境溫度進一步升高時，開啟截止閥8使所述充水夾層3中水位處於最低位置，此時所述充水夾層3幾乎為空氣導熱，空氣導熱係數小，進一步減少了外界環境向室內的傳熱量，在所述滴灌子系統2運行時，當外界環境溫度低於室內溫度，需要增加外界環境與室內的傳熱時，開啟截止閥11，以調節所述充水夾層3中的充水量，使所述充水夾層3中的水位處於較高位置，此時，所述充水夾層3中主要以水的導熱為主，空氣導熱為輔，水的導熱係數較大，導熱性能相對較強，增強了所述充水夾層3的傳熱性能，進而增加了外界環境向室內的傳熱量，當外界環境溫度進一步降低時，開啟截止閥12使所述充水夾層3中水位處於最高位置，此時所述充水夾層3幾乎為水的導熱，水的導熱係數大，進一步增加了外界環境向室內的傳熱量，保證所述充水夾層3的水位高低與外界環境溫度變化的一致性，使所述自動調溫子系統1達到自動調節傳熱的效果。

在冬季，在所述滴灌子系統2運行時，當外界環境溫度高於室內溫度，需要增加外界環境與室內的傳熱時，開啟截止閥11，以調節所述充水夾層3中的充水量，使所述充水夾層3中的水位處於較高位置，此時，所述充水夾層3中以水的導熱為主，空氣導熱為輔，水的的導熱係數較大，導熱性能相對較強，增強了所述充水夾層3的導熱性能，進而增加了外界環境向室內的傳熱量，當外界環境溫度進一步升高時，開啟截止閥12使所述充水夾層3中水位處於最高位置，此時所述充水夾層3幾乎為水的導熱，水的導熱係數大，進一步增加了外界環境向室內的傳熱量，在所述滴灌子系統2運行時，當外界環境溫度低於室內溫度，需要減弱外界環境與室內的傳熱時，開啟截止閥9，以調節所述充水夾層3中的充水量，使所述充水夾層3中的水位處於較低位置，此時，所述充水夾層3中主要以空氣導熱為主，水的導熱為輔，空氣的導熱係數較小，導熱性能相對較弱，減弱了所述充水夾層3的傳熱性能，進而減少了外界環境向室內的傳熱量，當外界環境溫度進一步降低時，開啟截止閥8使所述充水夾層3中水位處於最低位置，此時所述充水夾層3幾乎為空氣導熱，空氣的導熱係數小，進一步減少了外界環境向室內的傳熱，保證所述充水夾層3的水位高低與外界環境溫度變化的一致性，使所述自動調溫子系統1達到自動調節傳熱的效果。

上面的描述僅為本申請描述性和舉例性的描述，不應當被理解為是對權利要求保護範圍的限制。當然可以將本發明的前面描述的實施方式和方面的特徵互相組合。特別地可以將這些特徵不僅按照描述的組合，而且也可以按照其他組合或單獨地使用，而不脫離本發明的範圍。