本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種基于太陽能和地源熱泵耦合利用的實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚。

背景技術(shù)：

太陽能是一種全世界公認(rèn)的清潔能源，國(guó)內(nèi)外有諸多學(xué)者對(duì)太陽能利用的機(jī)理、應(yīng)用工程進(jìn)行了廣泛研究，用太陽能代替常規(guī)能源來提供建筑物的熱水供應(yīng)、供暖空調(diào)、供電等是太陽能研究的目的與方向。目前太陽能應(yīng)用比較廣泛的是生活熱水供應(yīng)、光伏發(fā)電、太陽能蔬菜大棚等。太陽能大棚恒溫系統(tǒng)是目前使用較為廣泛的大棚恒溫系統(tǒng)，但此系統(tǒng)還存在一定不足，如在陰雨天該系統(tǒng)無法提供恒溫，或需要消耗巨大的電能來維持恒溫。如何在太陽能蔬菜大棚恒溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供一種輔助熱源，保持蔬菜大棚恒溫，也是目前農(nóng)業(yè)種植、新能源技術(shù)研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

地源熱泵技術(shù)作為一種利用地下淺層地?zé)崮茉吹募夹g(shù)，具有環(huán)保、節(jié)能、能耗低等特點(diǎn)。地源熱泵技術(shù)是地?zé)崮軕?yīng)用的主要方向之一，但從多年的運(yùn)行實(shí)踐來看，地源熱泵系統(tǒng)存在土壤溫度場(chǎng)的恢復(fù)問題，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行多年后不能滿足冷熱負(fù)荷，運(yùn)行效果差。

地源熱泵技術(shù)和太陽能技術(shù)自身存在的這些局限性，造成這兩種技術(shù)推廣舉步維艱。若將這兩種技術(shù)聯(lián)合使用，就可做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高資源利用率，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而使兩種能源都能得到最大限度的開發(fā)和利用。因此，采用地源熱泵技術(shù)作為輔助熱源，發(fā)明一種基于太陽能和地源熱泵耦合利用的實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚，滿足大棚內(nèi)植物的正常生長(zhǎng)需要，對(duì)溫室蔬菜大棚的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種以地源熱泵為輔助熱源，利用太陽能和地源熱泵耦合利用調(diào)控實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚的溫度，通過地源熱泵的輔助應(yīng)用，減少陰冷季節(jié)期間溫室大棚的溫度波動(dòng)，從而使溫室大棚內(nèi)的植物正常生長(zhǎng)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種基于太陽能和地源熱泵耦合利用的實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚，包括溫室大棚墻體、溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)、暖氣系統(tǒng)、地源熱泵主機(jī)、地埋管、PLC控制系統(tǒng)，其特征是：所述的溫室大棚墻體和溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)組成實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚的主體，并通過太陽能集熱結(jié)構(gòu)為溫室大棚提供熱能，以保證大棚的氣溫；所述的地源熱泵主機(jī)分別與地源熱泵地埋管和暖氣系統(tǒng)循環(huán)水箱中的換熱管相連接；所述的暖氣系統(tǒng)由盤管式換熱器+工業(yè)風(fēng)扇、帶換熱管的循環(huán)水箱、管道循環(huán)水泵組成，分別與溫室蔬菜大棚和地源熱泵供熱系統(tǒng)相連接；所述PLC控制系統(tǒng)通過溫室大棚中溫度、光照強(qiáng)度的變化控制地源熱泵供熱系統(tǒng)和暖氣系統(tǒng)為溫室大棚提供熱能。

所述溫室大棚墻體采用國(guó)產(chǎn)墻體保溫材料，所述墻體保溫材料的厚度為60-120mm。

所述溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)采用塑料薄膜或玻璃板或陽光板構(gòu)成，所述塑料薄膜采用高溫棚專用膜，專用膜的厚度0.008mm-0.30mm；所述玻璃板采用無色的中空鋼化玻璃，厚度為4.0-5.0mm；所述陽光板為國(guó)產(chǎn)透明陽光板，厚度8.0-10.0mm。

所述溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)帶有遮陽附件。

所述地源熱泵地埋管采用水平埋管方式，所述地埋管埋在地下500mm-2000mm處。

所述暖氣系統(tǒng)的散熱裝置由盤管式換熱器+工業(yè)風(fēng)扇組成，以使其傳熱更快更均勻。

所述暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水箱與管道循環(huán)水泵、盤管式換熱器相連接，循環(huán)水箱中設(shè)置換熱管。

所述PLC控制系統(tǒng)與光照強(qiáng)度測(cè)定儀、溫度傳感器相連；所述光照強(qiáng)度測(cè)定儀設(shè)置在溫室大棚中間位置，距溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)的高溫棚專用膜垂直距離150-200mm處；所述溫度傳感器設(shè)置于溫室大棚中間位置，距地面距離1500mm處。

有益效果：本發(fā)明利用太陽能為主、地源熱泵為輔的耦合利用供熱系統(tǒng)，解決了北方地區(qū)冬季氣溫低、陰天太陽光照不足而導(dǎo)致的溫室蔬菜大棚內(nèi)氣溫降低的問題；太陽能和地?zé)崮芫鶎儆谇鍧嵞茉矗诶玫倪^程中不會(huì)產(chǎn)生污染物而破壞環(huán)境；本發(fā)明充分利用太陽能和地源能清潔能源，通過調(diào)節(jié)溫室蔬菜大棚內(nèi)的溫度，實(shí)現(xiàn)蔬菜一年四季的正常生長(zhǎng)，為溫室蔬菜大棚提供了一種節(jié)能高效的溫室調(diào)溫系統(tǒng)，解決了蔬菜在冬季因溫度太低生長(zhǎng)緩慢的問題，節(jié)約了資源，提高了清潔能源利用效率，增加了農(nóng)民的收入。本發(fā)明對(duì)于地源熱泵的推廣和普及起到了很大的積極作用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中的附圖標(biāo)記為：1-溫室蔬菜大棚；2-溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)；3-溫室大棚墻體；4-盤管式換熱器；5-暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水箱；6-換熱管；7-地源熱泵主機(jī)；8-地源熱泵地埋管；9-PLC控制系統(tǒng)；10-溫度傳感器；11-光照強(qiáng)度測(cè)定儀；12-暖氣系統(tǒng)循環(huán)水泵；13-暖氣系統(tǒng)閥門1；14-暖氣系統(tǒng)閥門2；15-地源熱泵供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵；16-地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門1；17-地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門2；18-工業(yè)風(fēng)扇。

具體實(shí)施方案

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1 是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本實(shí)施例所涉及的一種太陽能和地源熱泵耦合利用的實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚，包括溫室蔬菜大棚1、暖氣系統(tǒng)、地源熱泵供熱系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)9，其特征在于：所述溫室蔬菜大棚1設(shè)有溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)2、墻體3、盤管式換熱器4、工業(yè)風(fēng)扇18及溫度傳感器10、光照強(qiáng)度測(cè)定儀11；所述太陽能集熱結(jié)構(gòu)2通過吸收太陽能為蔬菜大棚提供熱量，保持蔬菜大棚的合適氣溫；所述墻體3帶有保溫層，以減少溫室蔬菜大棚的熱能損失；所述溫度傳感器10與PLC控制系統(tǒng)9相連接，并將溫室蔬菜大棚的溫度信息輸送到PLC控制系統(tǒng)9；所述光照強(qiáng)度測(cè)定儀11與PLC控制系統(tǒng)9相連接，并將溫室蔬菜大棚的光照強(qiáng)度信息輸送到PLC控制系統(tǒng)9；所述盤管式換熱器4與暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水箱5相連接，二者與換熱管6、暖氣系統(tǒng)循環(huán)水泵12、暖氣系統(tǒng)閥門1-13、暖氣系統(tǒng)閥門2-14共同組成暖氣系統(tǒng)，該暖氣系統(tǒng)通過盤管式換熱器4和工業(yè)風(fēng)扇18為溫室蔬菜大棚1提供熱能；所述暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水箱5內(nèi)設(shè)換熱管6；所述換熱管6通過地源熱泵供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵15、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門1-16、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門2-17與地源熱泵主機(jī)7相連接；所述地源熱泵主機(jī)7與地源熱泵地埋管8相連接，二者與換熱管6共同組成地源熱泵供熱系統(tǒng)，該供熱系統(tǒng)通過換熱管6為暖氣系統(tǒng)提供熱能。所述PLC控制系統(tǒng)9，通過導(dǎo)線與溫室蔬菜大棚1的溫度傳感器10和光照強(qiáng)度測(cè)定儀11、暖氣系統(tǒng)循環(huán)水泵12、暖氣系統(tǒng)閥門1-13、暖氣系統(tǒng)閥門2-14、地源熱泵供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵15、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門1-16、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門2-17及地源熱泵主機(jī)7相連接；通過邏輯控制，優(yōu)先采用太陽能保證溫室蔬菜大棚的氣溫要求；當(dāng)太陽能光照強(qiáng)度不足或溫室蔬菜大棚溫度低于設(shè)計(jì)時(shí)，啟動(dòng)地源熱泵供熱系統(tǒng)，提供熱能，輔助提供溫室蔬菜大棚的供熱需求。所述的所有水泵、閥門以及溫度傳感器、光照強(qiáng)度測(cè)定儀均通過PLC控制系統(tǒng)9啟停。

本發(fā)明的工作方式：

在氣溫、光線適宜的春、夏、秋季和陽光充足時(shí)，單獨(dú)依靠溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)2為溫室蔬菜大棚1提供熱能，維持溫室蔬菜大棚中蔬菜生長(zhǎng)所需的溫度；此時(shí)，由PLC控制系統(tǒng)9通過導(dǎo)線控制來關(guān)閉地源熱泵供熱系統(tǒng)、暖氣系統(tǒng)，即關(guān)閉地源熱泵主機(jī)7、暖氣系統(tǒng)循環(huán)水泵12、暖氣系統(tǒng)閥門1-13、暖氣系統(tǒng)閥門2-14、地源熱泵供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵15、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門1-16、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門2-17，僅開啟溫度傳感器10、光照強(qiáng)度測(cè)定儀11控制開關(guān)，監(jiān)控溫室蔬菜大棚1的溫度和光照強(qiáng)度。這一階段的實(shí)驗(yàn)室型溫室蔬菜大棚與傳統(tǒng)的溫室蔬菜大棚一樣，只依靠太陽能提供熱能來保證溫室蔬菜大棚的正常運(yùn)行。當(dāng)夏季溫度過高、陽光充足時(shí)，會(huì)引起溫室蔬菜大棚2內(nèi)溫度過高，不利于蔬菜生長(zhǎng)；此時(shí)，可采用溫室大棚太陽能集熱結(jié)構(gòu)2配備的遮陽附件遮擋陽光的射入，降低溫室蔬菜大棚1的氣溫。

在氣溫較低的冬季和陰雨天，單獨(dú)依靠太陽能不能維持溫室蔬菜大棚1所需的熱能，此時(shí)溫室蔬菜大棚1內(nèi)的光照強(qiáng)度、溫度低于設(shè)計(jì)值。PLC控制系統(tǒng)9收到溫度傳感器10、光照強(qiáng)度測(cè)定儀11傳遞過來的信息后，啟動(dòng)地源熱泵供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵15、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門1-16、地源熱泵供熱系統(tǒng)閥門2-17、地源熱泵主機(jī)7和換熱管6組成的地源熱泵供熱系統(tǒng)，抽取地下熱能，并通過換熱管將熱能傳遞到暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水箱中。然后啟動(dòng)暖氣系統(tǒng)循環(huán)水泵12、暖氣系統(tǒng)閥門1-13、暖氣系統(tǒng)閥門2-14，通過溫室蔬菜大棚1中的盤管式換熱器4和工業(yè)風(fēng)扇18為溫室蔬菜大棚1供暖，保持溫室蔬菜大棚1的適宜氣溫。PLC控制系統(tǒng)9可根據(jù)溫度傳感器10、光照強(qiáng)度測(cè)定儀11傳遞的信息調(diào)控地源熱泵供熱系統(tǒng)的供熱量，以減少能源浪費(fèi)。

本發(fā)明上述實(shí)施方案，只是舉例說明，不是僅有的，所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包圍。