本發(fā)明屬于溫室集蓄熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溫室空中集蓄熱系統(tǒng)及其使用方法。具體說是利用“緩流薄壁細(xì)管”收集溫室中、上層空間白天多余的太陽能并存儲蓄熱，用于夜間溫室加熱的“太陽能-緩流薄壁細(xì)管”空中集蓄熱系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

溫室中加溫的能耗直接制約著設(shè)施園藝的經(jīng)濟效益。太陽能作為一種清潔可再生能源成為近年來的研究熱點，前人已對太陽能輔助加溫系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究。目前，后墻懸掛水幕簾、雙黑膜、緩流薄壁細(xì)管和鋼管屋架管網(wǎng)等太陽能集散熱系統(tǒng)，具有節(jié)能清潔環(huán)保的特點，已經(jīng)在寒冷季節(jié)溫室的集熱、散熱中取得了一定的應(yīng)用效果。但是這些系統(tǒng)普遍存在成本高、集熱效率低、水流不均勻、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定和難以應(yīng)對霧霾等極端天氣的問題。其中，安裝在后墻的集散熱系統(tǒng)只能應(yīng)用于日光溫室中，并不能應(yīng)用于大棚，且接受光照時間較短，夜間熱量散失區(qū)域受到局限，不能有效地作用于作物生長空間；而鋼管屋架管網(wǎng)系統(tǒng)，只能在新建溫室進(jìn)行安裝，不適用于舊溫室的改造。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種溫室空中集蓄熱系統(tǒng)及其使用方法，其特征在于，

所述溫室空中集蓄熱系統(tǒng)由緩流薄壁細(xì)管1、卡槽2、同程回水管3、回水主管4、回水支管5、供水主管6、供水支管7、自動排氣閥8、供水球閥9、水表10、壓力表11、y型過濾器12、浮球閥13、潛水泵14、蓄水池15、回水球閥16和控制系統(tǒng)17組成；該溫室空中集蓄熱系統(tǒng)放置在溫室中，控制系統(tǒng)17放置在溫室外；

所述若干根u型緩流薄壁細(xì)管1由卡槽2并排固定成緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)；每塊緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)的始端、末端分別與回水支管5和供水支管7相連；其中供水支管7與供水主管6固定連接，供水主管6末端經(jīng)過供水球閥9、壓力表11、y型過濾器12、水表10與潛水泵14相連，潛水泵14伸入蓄水池15液面以下；回水支管5與回水主管4連接，回水主管4與同程回水管3固定連接，在同程回水管3頂部安裝自動排氣閥8，并在自動排氣閥8附近位置安裝回水球閥16，在近地面靠近蓄水池15的位置依次安裝水表10、y型過濾器12和壓力表11，在蓄水池15內(nèi)側(cè)安裝浮球閥13；蓄水池15在地面以下。

控制系統(tǒng)17主要由氣溫傳感器、水溫傳感器和plc控制柜組成。

所述溫室空中集蓄熱系統(tǒng)包括多個兩片緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)間隔2cm組成一個單元,緩流薄壁細(xì)管單元并聯(lián)在供水支管7和回水支管5上，垂直懸掛在溫室內(nèi)中、上層空間、靠近骨架位置處；相鄰兩個緩流薄壁細(xì)管單元之間的間隔為20-30cm。

所述薄壁細(xì)管1的外徑為φ4-5mm，內(nèi)徑為φ2-3mm，兩個相鄰的薄壁細(xì)管1相距15-20mm連接成u型管。

一種溫室內(nèi)空中集蓄熱系統(tǒng)的使用方法，其包括如下步驟：

a.將所述緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)在溫室內(nèi)安裝好，使其垂直懸掛在溫室中、上層空間、靠近溫室的骨架位置處；蓄水池位于溫室地平面以下，對蓄水池做隔熱和防滲處理，以提高保溫性能和防止?jié)B水；

b.寒冷季節(jié)的晴天，白天早晨8:30-9:00揭開保溫被后，當(dāng)薄壁細(xì)管內(nèi)的水溫低于其管壁溫度時，自動控制系統(tǒng)控制溫室空中集蓄熱系統(tǒng)吸收太陽能的熱量開始集蓄熱，通過水泵強制水的循環(huán)流動使薄壁細(xì)管中升溫的水進(jìn)入蓄水池，再將蓄水池中溫度較低的水抽入薄壁細(xì)管中進(jìn)行集蓄熱，適當(dāng)調(diào)節(jié)水流流速可提高系統(tǒng)的集熱效率；下午16:30-17:00，太陽光強度變?nèi)?，此時系統(tǒng)自動控制溫室空中集蓄熱系統(tǒng)停止集蓄熱；

c.夜間，當(dāng)控制系統(tǒng)探測到溫室實際氣溫低于預(yù)先設(shè)置的最低氣溫時，控制系統(tǒng)自動控制溫室空中集蓄熱系統(tǒng)開始運行，進(jìn)行散熱補溫；當(dāng)控制系統(tǒng)探測到實際氣溫高于預(yù)先設(shè)置的加熱最高氣溫時，控制系統(tǒng)自動控制溫室空中集蓄熱系統(tǒng)關(guān)閉；

d.每年自11月至翌年3月(根據(jù)溫室所處地理位置、氣候條件以及當(dāng)年的實際狀況調(diào)整)，每天重復(fù)步驟b步驟c。

本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的緩流薄壁細(xì)管單元具有水流均勻、表面升溫快速均勻、換熱效率較高、可利用低品位熱能等特點，將緩流薄壁細(xì)管懸掛在溫室內(nèi)中、上層空間、靠近骨架處，不但使緩流薄壁細(xì)管可以接受較多的太陽光照，還因為此處空氣溫度較高，有利于緩流薄壁細(xì)管通過對流換熱進(jìn)行熱量的收集和蓄積。本發(fā)明集熱效率高，不占用溫室內(nèi)的作物耕作和生長空間；結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，運行效果好，具有節(jié)能、實用的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)的正視圖；

圖2是圖1單片緩流薄壁細(xì)管單元的細(xì)節(jié)圖；

圖3是太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)在溫室中分布示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種溫室空中集蓄熱系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)采用管線間距較大的緩流薄壁細(xì)管單元懸掛在溫室中、上層空間、靠近骨架處，對作物和后墻遮陰不明顯；該系統(tǒng)以水為熱傳遞介質(zhì)，通過水泵強制水的循環(huán)流動，將白天溫室內(nèi)的太陽輻射光能和空氣中的熱能進(jìn)行收集并存儲于保溫蓄水池中，用于夜間為溫室加熱，實現(xiàn)溫室內(nèi)能量在時間和空間上的轉(zhuǎn)移，提高太陽能利用效率，解決溫室寒冷季節(jié)夜間低溫影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的問題。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步的說明。

圖1是太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)的正視圖，圖2是圖1單片緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)的細(xì)節(jié)圖，圖3是太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)在溫室中的分布示意圖。所述系統(tǒng)適用于所有溫室和大棚。

如圖1及圖2所示，若干根u型緩流薄壁細(xì)管1由卡槽2并排固定成緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)；每塊緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)的始端、末端分別與回水支管5和供水支管7相連；其中供水支管7與供水主管6固定連接，供水主管6末端經(jīng)過供水球閥9、壓力表11、y型過濾器12、水表10與潛水泵14相連，潛水泵14伸入蓄水池15液面以下；回水支管5與回水主管4連接，回水主管4與同程回水管3固定連接，在同程回水管3頂部安裝自動排氣閥8，并在自動排氣閥8附近位置安裝回水球閥16，在近地面靠近蓄水池15的位置依次安裝水表10、y型過濾器12和壓力表11，在蓄水池15內(nèi)側(cè)安裝浮球閥13；蓄水池15在地面以下。

控制系統(tǒng)17主要由氣溫傳感器、水溫傳感器和plc控制柜組成。

所述緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)，寬0.8m，高1.0m；兩片緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)間隔2cm,組成一個單元，每個單元間隔20cm。

緩流薄壁細(xì)管外徑為4mm，內(nèi)徑為3mm，緩流薄壁細(xì)管管線間距15mm，較寬的管線間距減少了對作物的遮陰。供水球閥9和回水球閥16控制供回水流量，y型過濾器12防止緩流薄壁細(xì)管堵塞。蓄水池15在日光溫室的地面以下，容積15m³。

如圖3所示，緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)垂直懸掛在日光溫室中、前部的骨架上，一般距離后墻4m左右為宜。plc控制系統(tǒng)17放置在溫室的操作間墻壁上，plc控制系統(tǒng)的氣溫傳感器放置在溫室中部，水溫傳感器放置在蓄水池中。

通常，溫室中光照強度分布由南向北依次減弱，本系統(tǒng)懸掛在靠近南側(cè)的溫室骨架上，充分利用了溫室中富余的太陽輻射，且因為管線間距稀疏，對作物和后墻集蓄熱遮陰影響很小。該系統(tǒng)通常需配合相應(yīng)的后墻集蓄熱措施同時進(jìn)行。由于每年11月份至翌年4月份以及特殊天氣下日光溫室夜間溫度較低，需要進(jìn)行加溫，因此，本系統(tǒng)主可在每年11月至翌年4月運行。

系統(tǒng)集蓄熱運行時間由控制系統(tǒng)自動控制。集蓄熱運行開始的條件為：早晨保溫被揭開后，緩流薄壁細(xì)管內(nèi)水溫低于其管壁溫度時，系統(tǒng)開始集蓄熱；下午水溫高于管壁溫度時，系統(tǒng)停止集蓄熱。散熱運行開始的條件為：夜間，當(dāng)溫室室內(nèi)氣溫低于預(yù)先設(shè)置的最低氣溫時，系統(tǒng)開始散熱；當(dāng)氣溫高于預(yù)先設(shè)置的加熱最高氣溫時，系統(tǒng)關(guān)閉。

實施例1：應(yīng)用于北京市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗基地

采用緩流薄壁細(xì)管單元尺寸為：長2m，寬1.2m，管線間距10mm。緩流薄壁細(xì)管外徑為4mm，壁厚為0.5mm，單片緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)總數(shù)量為118根。安裝位置在水平距后墻3m的骨架上。

2016年10月28日—11月2日，對太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)的集蓄熱性能進(jìn)行了測試，具體數(shù)據(jù)如表1。

試驗溫室位于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地(40.1°n，116.3°e)。溫室東西長60m，南北跨度10m，脊高3.8m，后墻高2.5m。蓄水桶體積為1m³，測試時蓄水量為0.8m³，水泵額定流量為3.0m³/h。

表1太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集放熱系統(tǒng)的集蓄熱性能(上莊)

實施例2：應(yīng)用于北京市通州富通園藝有限公司

采用緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)尺寸為：長1.2m，寬1.0m；管線間距20mm。緩流薄壁細(xì)管外徑為4.8mm，壁厚為0.6mm，單片緩流薄壁細(xì)管網(wǎng)總數(shù)量為80根。安裝位置在水平距后墻4.5m的骨架上。

試驗溫室位于北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)中農(nóng)富通園藝有限公司通州基地(39.8°n，116.7°e)。溫室東西長50m，南北跨度8m，脊高3.8m，后墻高2.6m。溫室北墻、后坡、東西兩側(cè)山墻均采用雙層160mm聚苯乙烯泡沫板裝配而成，泡沫板內(nèi)外涂抹3mm抗裂砂漿，無其他加溫設(shè)備。溫室內(nèi)土壤栽培番茄。蓄水池有效容積13.0m³，長4.2m，寬2.2m，高1.4m，位于溫室東西方向中線南墻角位置。試驗中水池蓄水量為10m³；潛水泵額定功率550w，揚程10m、額定流量為10m³/h。

2017年4月28日—5月2日，對太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集蓄熱系統(tǒng)不同水流速度的集蓄熱性能進(jìn)行了測試，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2太陽能-緩流薄壁細(xì)管空中集放熱系統(tǒng)的集蓄熱性能(通州)