自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室的制作方法
【專利摘要】一種自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室，包括：北后墻、北后屋面（12）、兩端的山墻和拱形屋架（6）支撐的采光屋面。北后墻為中空復合結構，由內側墻體（2）、外側墻體（4）、墻頂(14)以及中空部分（5）組成，在內側墻體（2）的上部與下部，沿溫室長度方向分別設置有連通溫室內部（10）與墻體中空部分（5）的水平上部通氣孔（1）與下部通氣孔（3）。該日光溫室利用溫室內與墻體中空部分內的空氣溫度差和重力差的自然力作用，實現空氣進入墻體內部進行換熱，可在不消耗電力等能源的情況下，有效提升日光溫室的太陽能利用率和對溫室內溫度、濕度的調控能力。
【專利說明】自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及農業種植設施，特別涉及一種新型的墻體結構與氣流組織方式的
日光溫室。
【背景技術】
[0002]日光溫室作為設施農業的主流設施，其推廣規模在逐漸擴大，已大量用于我國北方地區冬季的蔬菜越冬生產。日光溫室內溫度的高低與濕度狀況將直接影響設施生產的產量和品質。目前，一般日光溫室北后墻大多數采用堆土夯實、粘土磚砌筑實心墻體等方式。這些日光溫室在冬季使用時，利用墻體與地面在白天蓄積太陽熱量、夜間放熱，以及墻體與屋面夜間的良好保溫性，維持夜間溫室內一定的溫度。但由于其建筑墻體的磚或土壤材料導熱性較差，墻體有效發揮蓄積與釋放熱量作用的材料層厚度僅限于墻內側表層以內的20?30cm。盡管多數墻體厚達50?300cm,但其位于深層的材料未能有效發揮蓄熱和放熱的作用，墻體的蓄、放熱能力受到較大限制。白天不能更多地吸收與蓄積溫室內富余的太陽熱能，需通過通風的措施，排除室內多余的太陽熱量與水汽，降低室內氣溫與濕度。而夜間墻體放熱量不足，因此較多日光溫室仍存在夜間氣溫過低的狀況。白天的熱量富余與夜間的熱量不足的情況并存。
[0003]因此，國內一些研究者試圖采用某些措施增強日光溫室墻體的蓄、放熱能力。例如西北農林科技大學提出一種采用夾墻中填充沙、土的墻體結構，在其中埋設通風道，并采用軸流風機使室內空氣從中流動，將熱量貯存到風道周邊的沙、土中(發明專利，申請號:201210096154.6)。但該方案需設置軸流風機，需消耗電能，同時，其通風量小，管道周邊傳熱面積過小，能夠傳給沙土蓄積的熱量有限，此外，該方案雖增加了有蓄熱作用的沙土，但外側墻體位于保溫層之外，不能發揮蓄熱的作用。
[0004]因此，本實用新型針對上述問題，采用自然通風的方式將室內空氣引入墻體內部，在避免電力等能源消耗的情況下，將太陽富余熱能儲存到墻體深處，同時，采用適當的墻體構造布局，使墻體絕大部分材料均能有效發揮蓄熱作用，并依靠墻體表面與空氣的大面積接觸，強化空氣與墻體表面的換熱作用，實現更有效地將白晝富余太陽熱能用于夜間加溫的目的。
實用新型內容
[0005]為了在不消耗電力等能源的情況下，使日光溫室墻體更有效地蓄積白晝富余熱能并用于夜間加溫，本實用新型采用中空墻體的構造，利用溫室內與墻體內的空氣溫度差和重力差的自然力作用，將室內空氣引入墻體中空部位，將太陽富余熱能儲存到墻體深處，并利用空氣與墻體的大面積接觸換熱，以及使內、外側墻體材料甚至頂部的屋面材料全面發揮蓄熱、放熱的作用，達到更有效地儲存太陽熱能，增加其夜間放熱能力的目的，提高日光溫室夜間溫度。本實用新型的日光溫室在墻體蓄熱的同時，還能使空氣中的部分水汽冷凝和排出，降低空氣的濕度，并且從空氣中排出的冷凝水被收集用于灌溉。本實用新型的日光溫室建設費用與傳統日光溫室基本相當。
[0006]為了達到本實用新型的目的所采用的自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室，包括:北后墻、北后屋面12、兩端的山墻和拱形屋架6支撐的采光屋面，以及采光屋面之上的外保溫覆蓋物11。由北后墻、北后屋面12、兩端的山墻和采光屋面圍成溫室內部10。所述北后墻的墻體為中空復合結構，由內側墻體2、外側墻體4、墻頂14以及內側墻體2和外側墻體4之間的中空部分5組成，內側墻體2的上部與下部，分別設置有上部通氣孔I與下部通氣孔3。在外側墻體4外側貼掛保溫層7，在北后屋面12上部外表面覆蓋保溫層13。墻體下部設置有收集冷凝水的集水溝9和溫室內地面下集水池8。
[0007]上述北后墻的內側墻體2，在整個溫室長度范圍內，沿水平方向設置有上部通氣孔I與下部通氣孔3，與中空部分5以及溫室內部10連通，共同構成在溫室垂直截面內的圍繞內側墻體2的環形空氣循環流動路徑，利用北后墻的中空部分5與溫室內部10中的空氣溫度和重力差異的自然力形成循環流動的氣流。上部通氣孔I與下部通氣孔3之間的高差不低于2m，以保證空氣流動所需足夠的自然熱壓力差。上述北后墻的中空部分5，采用不低于500mm的足夠寬度，以增大空氣流動截面積，減小流動的阻力。
[0008]上述日光溫室北后墻采用通體中空和外側保溫的構造。墻體中空的構造使與空氣接觸的墻面由一面增加為三面,而且中空部分5從墻底部達墻體頂部，使內側墻體2、外側墻體4與中空部分5內的空氣具有足夠大的接觸換熱表面，換熱面積大大增加；外側墻體4外表面設置保溫層7，與北后屋面12上部設置的保溫層13相互銜接，構成對北后墻外側和北后屋面上部連續完整的保溫層，使內側墻體2、外側墻體4以及北后屋面12中的材料均可參與蓄熱與放熱。
[0009]上述外側墻體4的內表面下部，設有收集冷凝水的集水溝9，在室內地面以下設置有與集水溝相連通的集水池8，用于在白天收集室內空氣流經墻體中空部位時，在外側墻體的內表面產生的冷凝水，集水池8中所收集的冷凝水可以用于灌溉。
[0010]本實用新型具有如下優點:
[0011]①利用墻體中空的構造，將室內氣流引入墻體內部，增加了墻體內有效參與蓄積和釋放熱量的材料數量，墻體中空部分空氣與墻體接觸換熱面積大，墻體蓄熱與放熱能力得到增強，太陽能利用率提高。
[0012]②利用溫室內部與墻體中空部位中空氣的溫度與重力差異，產生空氣的自然流動循環，不使用電力或化石能源，環保節能。中空部分空氣流動截面大，阻力小，空氣流量大，與墻體換熱充分。
[0013]③墻體外側和屋面上部完整連續的保溫層可以有效保證墻體內的熱量蓄積，減少向外的熱量損失。
[0014]④白天室內空氣與墻體中空部分表面進行換熱的同時，由于空氣的冷卻產生部分水分的冷凝，可顯著降低空氣的濕度，同時冷凝水可以收集用于灌溉，減少溫室灌溉用水。
[0015]⑤本實用新型的日光溫室，可顯著提高夜間室內的溫度，降低室內相對濕度，有利于植物生長，減少病害的發生，提聞廣品的品質。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為根據本實用新型的白天蓄熱時的溫室剖視圖，反映白天蓄熱時的氣流情況，屋面之上的外保溫覆蓋物為卷起的狀況；
[0017]圖2為根據本實用新型的夜間放熱加溫時的溫室剖視圖，反映夜間放熱加溫時的氣流情況，屋面之上的外保溫覆蓋物為放下鋪蓋在屋面上的狀況。
[0018]圖中:
[0019]1-上部通氣孔2-內側墻體
[0020]3—下部通氣孔4—外側墻體
[0021]5-墻體中空部分 6-拱形屋架
[0022]7-墻體外側保溫層 8-集水池
[0023]9——集水溝10——溫室內部
[0024]11——屋面外保溫覆蓋物12——北后屋面
[0025]13 墻體上部保溫層 14 北后墻頂
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本實用新型的自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室的各構成部分的作用、具體工作方式與過程做進一步說明。 [0027]圖1為溫室斷面圖，反映白天蓄熱時的氣流情況。圖2為溫室斷面圖，反映夜間放熱加溫時的氣流情況。
[0028]由圖可知，本實用新型的該型日光溫室包括北后墻、北后屋面12、兩端的山墻(圖中未示出)和拱形屋架6支撐的采光屋面，以及采光屋面之上的外保溫覆蓋物11。由北后墻、北后屋面12、兩端的山墻和采光屋面圍成溫室內部10。所述北后墻的墻體為中空復合結構，由內側墻體2、外側墻體4、墻頂14以及中空部分5組成，內側墻體2的上部與下部，分別設置有上部通氣孔I與下部通氣孔3。在外側墻體4外側貼掛保溫層7，在北后屋面12上部外表面覆蓋保溫層13。墻體下部設置有收集冷凝水的集水溝9和溫室內地面下集水池8。
[0029]北后墻的內側墻體2，沿溫室全長在水平方向設置有上部通氣孔I與下部通氣孔3，連通中空部分5以及溫室內部10，形成在溫室垂直截面內的環形空氣循環流動路徑。上部通氣孔I與下部通氣孔3之間的高差不低于2m，以保證空氣流動所需足夠的自然熱壓力差。中空部分5采用不低于500mm的足夠寬度，以增大空氣流動截面積，減小流動的阻力。
[0030]北后墻采用通體中空和外側連續完整的保溫層構造，使中空部分墻面與空氣具有足夠大的接觸換熱表面，內側墻體2、外側墻體4以及北后屋面12中的材料均可有效參與蓄熱與放熱。
[0031]外側墻體4的內表面下部設有收集冷凝水的集水溝9，在室內地面以下設置有與集水溝相連通的集水池8，用于在白天收集室內空氣流經墻體中空部位時，在外側墻體的內表面產生的冷凝水，集水池8中所收集的冷凝水可以用于灌溉。
[0032]本實用新型的該型日光溫室的工作過程:
[0033]白天蓄熱與除濕
[0034]如圖1所示，白天屋面上的外覆蓋物11卷起，隨著太陽輻射進入溫室內部10，室內氣溫升高，而墻體中空部分5相鄰的墻面溫度與其中的空氣溫度均低于溫室內部氣溫，在重力差作用下，空氣將產生自然對流。中空部分5的冷空氣下沉，溫室內部10的熱空氣上升，并通過上通風孔I進入北后墻中空部分5，與較低溫度的內側墻體2外表面和外側墻體4內表面進行熱交換，向墻體中蓄積熱量，空氣溫度降低，同時產生水汽凝結，凝結水匯集到集水溝9，排入集水池8，供灌溉使用。在中空部分5，溫度和水汽含量降低后的冷空氣向下運動，從下部通風孔3返回到溫室內，如此不斷循環。
[0035]由于上部通氣孔I與下部通氣孔3之間具有足夠大的高差，可以保證空氣流動具有足夠的自然熱壓力差，同時北后墻的中空部分5空氣流動截面積足夠大,流動的阻力小，因此，循環流動的空氣具有充足的流量，保證空氣具有足夠的熱量攜帶和與墻面的換熱能力。
[0036]經過白天室內空氣循環流經墻體中空部分、與內側墻體2外表面和外側墻體4內表面換熱和向墻體內蓄熱，至下午蓄熱過程結束后，內側墻體2與外側墻體4內的溫度升高，蓄積起較多的熱量。與普通日光溫室的實心墻體相比，該溫室墻體由于增加了中空部分5兩側墻體的換熱表面積，增加了與該兩表面相鄰的內側墻體與外側墻體材料以及墻頂材料的蓄熱作用，因此蓄熱量大大增加。
[0037]夜間放熱加溫
[0038]夜間溫室內部10氣溫降低，墻體中空部分5相鄰的壁面溫度與其中的空氣溫度均高于室內氣溫，在重力差作用下，空氣將產生與白天相反方向的自然對流。如圖2所示，墻體中空部分5內的空氣上升，溫室內部10較低溫度的空氣下沉，并從下部通氣孔3進入墻體中空部分5，與較高溫度的墻體壁面進行熱交換，溫度上升后，通過上部通風孔I進入溫室內，將白天蓄積在墻體中的熱量釋放到溫室內。如此不斷循環。
[0039]同樣，由于上部通氣孔I與下部通氣孔3之間具有足夠的高差，可以保證空氣流動具有足夠的自然熱壓力差，北后墻的中空部分5空氣流動截面積足夠大,流動的阻力小，因此，循環流動的空氣具有充足的流量，保證空氣具有足夠的熱量攜帶和與墻面的換熱能力。
[0040]經過夜間室內空氣循環流經墻體中空部分，墻體中蓄積的熱量不斷補充到室內空氣中，使溫室內可以維持較高的空氣溫度。與普通日光溫室的實心墻體相比，該溫室墻體由于增加了中空部分5兩側墻面的換熱表面積，增加了與該兩表面相鄰的內側墻體與外側墻體材料以及墻頂材料的蓄熱作用，同時，由于墻體內總體溫度比普通溫室提高，從北后墻內側墻體的原內表面的自然對流放熱作用也增強。兩方面作用相疊加，使墻體夜間的放熱量比普通日光溫室墻體大大增加。
[0041]夜間墻體放熱后，溫度降低，又給后一日留下墻體蓄熱的作用空間。
[0042]上述實例僅用于說明本實用新型，其中系統中各部件的結構、組建方式、運行方式、各單元的數量及大小以及流程等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均應在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種自熱對流循環蓄熱除濕墻體日光溫室，包括北后墻、北后屋面(12)、兩端的山墻和拱形屋架(6)支撐的采光屋面、采光屋面之上的外保溫覆蓋物(11)，以及由北后墻、北后屋面(12)、兩端的山墻和米光屋面圍成溫室內部(10)，其特征在于: 所述北后墻的墻體為中空復合結構，由內側墻體(2)、外側墻體(4)、墻頂(14)以及內側墻體(2 )和外側墻體(4 )之間的中空部分(5 )組成，內側墻體(2 )的上部與下部，在整個溫室長度范圍內，沿水平方向分別設置有上部通氣孔(I)與下部通氣孔(3);在外側墻體(4)外側貼掛保溫層(7)，在北后屋面(12)上部外表面覆蓋保溫層(13)。
2.根據權利要求1所述的日光溫室，其特征在于:所述上部通氣孔(I)與下部通氣孔(3)，與中空部分(5)以及溫室內部(10)連通，共同構成在溫室垂直截面內的圍繞內側墻體(2)的環形空氣循環流動路徑。
3.根據權利要求2所述的日光溫室，其特征在于:所述上部通氣孔I與下部通氣孔3之間的高差不低于2米，上述北后墻的中空部分(5)的寬度不低于500毫米。
4.根據權利要求1所述的日光溫室，其特征在于:所述墻體下部設置有收集冷凝水的集水溝(9)，溫室內部(10)地面下設有集水池(8)。
【文檔編號】A01G9/24GK203735173SQ201420043406
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】趙淑梅, 程杰宇, 王平智, 馬承偉, 王朝棟, 邢文鑫 申請人:中國農業大學