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CN101836564A - 新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚 - Google Patents

新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚 Download PDF

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CN101836564A CN200910080220A CN200910080220A CN101836564A CN 101836564 A CN101836564 A CN 101836564A CN 200910080220 A CN200910080220 A CN 200910080220A CN 200910080220 A CN200910080220 A CN 200910080220A CN 101836564 A CN101836564 A CN 101836564A
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Abstract

一种新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，包括山墙、后墙、围墙、地砖和棚顶，在山墙、后墙和围墙的主墙体的外侧设有保温层，在该主墙体的内侧、地砖设有相变储能层；在所述的棚顶装有太阳能集热器、太阳能电池板和风力发电机，在大棚内装有散热器和电热器，所述的太阳能集热器通过热媒管道与该散热器、地热管连接，所述的太阳能电池板和风力发电机的电力输出端通过蓄电池与所述的电热器、电热电缆连接。本发明的优点是：以太阳能光电、光热、风能为能源，并利用相变储能材料的储能功能，可以通过相互的补充，确保大棚室内温度的恒定；充分地应用了天然能源，节约了生产成本，降低了产品价格，避免了高能耗带来的环境污染；墙体内侧的抗菌涂料层可以防止害虫和细菌孳生，保证植物健康地成长。

Description

新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚
技术领域
本发明是涉及一种农业种植大棚，具体是一种以太阳能光电、光热、风能为能源的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚。
背景技术
我国是世界上最早开发利用温室的国家，也是使用温室大棚最多的国家。就目前来讲，我国有科研型温室(组培温室、育种温室、脱毒温室)、种植型温室(花卉温室、育苗温室、生产温室)、养殖型温室(水产养殖温室、特色养殖温室、畜禽养殖温室、牛羊饲舍)、市场型温室(花卉市场、阳光会所、阳光展厅)、功能型温室(生态餐厅、阳光餐厅、生态园、游泳馆、人造沙滩温室、垂钓温室)、庭院式温室(阳光花房、生态绿屋、休闲温室、家庭温室)等。
塑料大棚栽培是一种投资少见效快，适宜广大农村地区的栽培方式。大棚栽培在一定程度上提高了棚内温度，基本满足了蔬菜对温度的要求，使蔬菜收获期提前，从而获得较高的经济效益。竹木大棚造价比较便宜，一般每亩可建2-3个大棚，每个1000-1500元，且建造和拆卸方便，因此南方地区多以竹木塑料大棚为主。其建造要点主要有以下几点：
目前普遍采用塑料大棚以及先进的单体大棚、连栋温室、PC板温室和玻璃温室等多种现代化温室设施产品，但是农村大部分采用的还是塑料大棚。塑料大棚造价低廉，适宜广大农村地区的使用。由于单体大棚、连栋温室、PC板温室和玻璃温室等多种现代化温室造价高，适宜花卉等。大棚栽培在一定程度上提高了棚内温度，基本满足了蔬菜对温度的要求，使蔬菜收获期提前，从而获得较高的经济效益。一般每亩可建2-3个大棚，每个1000-1500元，南方地区多以竹木塑料大棚为主，北方地区以钢管塑料大棚为主。塑料大棚使用的塑料膜主要有三个种类，第一种是聚氯乙稀(pvc)，主要包括(1)聚氯乙烯普通膜，有效使用期4-6个月，厚度0.08-0.12毫米，幅宽有1.0、2.0、3.0米，是使用最普遍的农用薄膜；(2)聚氯乙烯防老化膜。有效期可以延长到8-10个月；(3)聚氯乙烯无滴膜，可以防止膜的表面生产雾滴，防雾滴持效期4-6个月；(4)聚氯乙烯防尘无滴膜，可以长时间内保持良好的透光性。第二种是聚乙烯(pe)复合多功能膜，主要包括(1)聚乙烯(pe)普通膜，有效期使用4-6个月；(2)聚乙烯(pe)防老化膜；(3)聚乙烯(pe)防老化无滴膜，防雾滴持效期2-4个月，有效期使用期12-18个月。(4)聚乙烯(pe)复合多功能膜。在聚乙烯(pe)膜中加入特种功能助剂，使产品具有长寿、保温、无滴、增加散射光等多种功能，近年来已经在南方大棚上广泛推广。第三种是乙烯-醋酸乙烯共聚薄膜(eva)，这种材料的价格比聚乙烯略高，但其耐低温性能和透明度非常好，耐老化性能和机械强度更好。
然而现在温室系统没有很好的充分利用可再生能源，特别是在当前能源紧张、污染严重以及市场需求不断扩大的情况下，还没有一个理想的科技含量高、节能环保的温室大棚。塑料大棚的能耗是非常大的，一般都是采用燃煤、燃柴、电能供暖，而且污染很严重，因而增加了农民的负担，提高了农产品的价格。特别是北方地区的塑料大棚或温室，如果不能按时供暖，植物将会停止生长或冻死；由于塑料大棚或温室温度比较高，湿度大很容易孳生害虫和细菌，造成减产。
发明内容
本发明的目的就是提供一种新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，它适合科研型温室(组培温室、育种温室、脱毒温室)、种植型温室(花卉温室、育苗温室、生产温室)、养殖型温室(水产养殖温室、特色养殖温室、畜禽养殖温室、牛羊饲舍)、市场型温室(花卉市场、阳光会所、阳光展厅)、功能型温室(生态餐厅、阳光餐厅、生态园、游泳馆、人造沙滩温室、垂钓温室)、庭院式温室(阳光花房、生态绿屋、休闲温室、家庭温室)等的使用，能够很好的解决现有温室大棚技术存在的能耗大，污染严重；生产费用高，生产的农产品的价格高；严寒地区供暖不足会导致植物停止生长或冻死；以及容易孳生害虫和细菌，造成减产的问题。
本发明的技术方案是：包括山墙、后墙、地砖和棚顶，其特征在于：在所述的山墙和后墙的墙体的外侧设有保温层，在该墙体的内侧和地砖设有相变储能层；在所述的棚顶装有太阳能集热器、太阳能电池板和风力发电机，在大棚内装有散热器、地热管和电热器，所述的太阳能集热器通过热媒管道与该散热器、地热管连接，所述的太阳能电池板和风力发电机的电力输出端通过蓄电池与所述的电热器连接，该蓄电池的充电和放电通过微电脑控制器和温度传感器进行控制。
在所述的墙体内设有隔热夹层，在所述的相变储能层的表面附有抗菌涂料层。
所述的抗菌涂料层包括银离子层、光触媒层和纳米氧化锌晶层其中的任何一层或一层以上的复合。
所述的相变储能层为粘贴在所述的墙体室内一侧的相变材料砖，或抹附在所述的墙体室内一侧的相变材料灰浆层，该相变材料砖铺设在温室大棚非种植区。
所述的相变材料砖与所述的墙体相互咬合在一起。
所述的保温层的材料采用聚苯保温板、铝箔聚苯板、聚乙烯发泡板、相变铝板、相变玻璃、相变石材或相变塑料。
所述的散热器采用普通散热器安装在大棚内的空间；或采用墙热管和地热管分别埋在墙体内和土壤内，或按需要排列在大棚的空间内；所述的墙热管和地热管的管材采用塑料管、铝塑复合管、铁管、不锈钢管或铜管。
所述的电热器采用现有的取暖用电热器或电热电缆设置在大棚空间或/和土壤内，或采用电热丝敷设在墙体内侧或埋在墙体内。
所述的相变储能层由无机相变材料和有机相变材料混合构成，其相变点可以控制在适合植物生长的15℃～37℃范围内；
所述的无机相变材料包括：氯化钙含水盐CaCl2·6H2O，其熔点为29℃，熔解热为180kJ/kg；硫酸钠水合盐Na2SO4·10H2O，熔点32.4℃，溶解热250.8kJ/kg；磷酸氢二钠水合盐(Na2HPO4·12H2O)熔点35℃，溶解热205kJ/kg；
所述的有机相变材料包括：十六烷C16H34、十八烷C18H38、二十烷C20H42，它们的熔点分别是：16.7℃、28.0℃、36.7℃。
本发明的优点是：以太阳能光电、光热、风能为能源，并利用相变储能材料的储能功能，在微电脑的智能控制下，可以通过相互的补充，确保大棚室内温度的恒定，保证了植物的生长；充分地应用了天然能源，节约了生产成本，降低了产品价格，避免了高能耗带来的环境污染；墙体内侧的抗菌涂料层可以防止害虫和细菌孳生，保证植物健康地成长。
附图说明
图1是本发明的总体构成框图；
图2是发明的总体结构剖视示意图；
图3是图2的右视图(局部)；
图4～图7是发明的山墙和后墙墙体的四种不同的断面结构示意图。
具体实施方式
参见图1～图3，本发明的大棚10的外形结构与常规大棚相同，两端山墙和后墙的墙体9的顶端用支架12支撑棚顶的透明塑料薄膜11，棚顶向太阳光的方向倾斜(拱形)。在所述的棚顶装有太阳能集热器1、太阳能电池板2和风力发电机3，在大棚10内装有散热器4和电热器7，所述的太阳能集热器1通过热媒管道与该散热器4连接，所述的太阳能电池板2和风力发电机3的电力输出端通过蓄电池5与所述的电热器7以及其他用电器(如照明灯13)连接，该蓄电池5的充电和放电通过微电脑控制器6和温度传感器8进行控制。墙体9要防止水分的渗透，水分渗透会降低保温性能。
所述的散热器4采用墙热管和地热管分别埋在墙体9内和地面的土壤内(未图示)，或将散热管体(也可采用普通散热器)按需要排列或安装在大棚的空间内(未图示)。所述的墙热管和地热管的管材采用塑料管、铝塑复合管、铁管、不锈钢管或铜管。
所述的电热器7采用现有的取暖用电热器或电热电缆设置在大棚的空间内，或采用电热丝敷设在墙体内侧或埋在墙体内(未图示)。
参见图4，所述的山墙和后墙的墙体9的第一实施例结构包括主墙体91、保温层92和相变储能层93，保温层92和相变储能层93分别附在主墙体91的室外一侧和室内一侧。还可在相变储能层93的室内一侧涂敷抗菌涂料层94。
所述的主墙体91可采用普通砖砌成，所述的相变储能层93为粘贴在所述的主墙体91内侧的相变储能板块(厚度3～5cm)，或抹附在所述的主墙体91内侧的相变储能灰浆层(厚度2～3cm)，或由相变砖与主墙体91的普通砖相互咬合砌在一起的相变砖砌层构成。
所述的保温层92的材料可采用聚苯保温板、铝箔聚苯板或聚乙烯发泡板。
参见图5，该实施例在上一实施例的主墙体91中间增设一隔热夹层95(可采用炉渣、珍珠岩或岩棉等各种保温材料)，其他结构和材料与上述实施例相同。
上述的主墙体91外贴的保温层92采用聚苯保温板，具有较好的经济性能和热力性能，若采用铝箔聚苯板节能更为明显。铝箔结构的质量仅为砖墙结构质量的万分之一，泡沫塑料结构质量的8％，防潮性能好，能有效阻止水或汽通过。而其铝箔结构的材料费仅为砖墙结构材料费的29％。
参见图6，该实施例的墙体9的结构是在主墙体91与相变储能层93之间增加由相变材料砖砌成的相变砖砌层96，相变砖砌层96由相变砖与主墙体91的普通砖相互咬合砌在一起。相变储能层93和抗菌涂料层94与上述实施例相同。该实施例为普通型结构。
参见图7，该实施例的墙体9的结构与图6所示结构的不同之处是其保温层92的材料采用相变铝板、相变玻璃、相变石材或相变塑料，这些相变材料靓丽多彩，保温效果好，使用寿命长。在主墙体91室内一侧同样砌有相变砖砌层96，相变砖砌层96与主墙体91的普通砖相互咬合砌在一起。在相变砖砌层96的室内一侧附有的相变储能层93和抗菌涂料层94与上述实施例相同。该实施例为豪华型结构。
所述的墙热管和地热管形式的散热器4可以埋设在主墙体91、相变砖砌层96或相变储能层93内。
所述的抗菌涂料层94包括银离子层、光触媒层和纳米氧化锌晶层其中的任何一层或一层以上的复合。
所述的相变储能层93和相变砖砌层96的相变材料由无机相变材料和有机相变材料混合构成，其相变点可以控制在适合植物生长的15℃～37℃范围内；所述的无机相变材料为氯化钙含水盐(CaCl2·6H2O)，其熔点为29℃，熔解热为180kJ/kg；硫酸钠水合盐(Na2SO4·10H2O)，熔点32.4℃，溶解热250.8kJ/kg；磷酸氢二钠水合盐(Na2HPO4·12H2O)熔点35℃，溶解热205kJ/kg。所述的有机相变材料选择十六烷(C16H34)、十八烷(C18H38)、二十烷(C20H42)，它们的熔点分别是：16.7℃、28.0℃、36.7℃。
本发明的风力发电机3可采用各种现有的小型(微型)风力发电机，如应用于汽车上发电的风力发电机，其叶轮可以是固定方向的，也可是带有风舵能够跟踪风向的。
本发明应用时，在有阳光的时候，可以利用太阳能集热器1接收的光热能源加热，光热加热主要通过墙热管、地热管加热提高室内温度。太阳能电池板2产生的电能，一方面用来照明，另一方面将多余的电能存起来，在没有阳光的时候，利用电能照明或加热。微型风力发电机3随时都可以发电，所发出的电能都储存起来，需要的时候为大棚或温室照明或加热，整个温控过程要通过智能微电脑控制器6来实现。当室内温度低于植物所需温度时，温度传感器8感应的温度信号输送给微电脑控制器6，后者控制蓄电池5向电热器7供电，可以保持室内温度不变；当室内温度高于需要温度时则断电降温。我国太阳能充足，风能时时都存在，更主要的是太阳能、风能的能量巨大，取之不尽，用之不竭，不用花钱，不用运输，没有污染，也没有废弃物的产生。
本发明另外的一个特点是墙体采用了相变储能材料，相变材料可以充分利用太阳能取暖制冷，能让植物始终生活在一个理想的环境中，能让植物茁壮成长，提高产量。相变材料可以有效的确保大棚或温室始保持一定的温度，不会有太大的变动。
所谓相变是物质从固态转变为液态，由液态转变为气态或由固态直接转为气态(升华)时，将吸收相变热(熔解热)；进行逆过程时则将释放相变热(凝固潜热)，这种热通称潜热，潜热大小与相变材料和其相变状态有关。例如，把冰变成水、把水变成水蒸气需要能量这种能量称为物体在熔点和沸点时的相变热。将1kg0℃的冰转化为0℃的水，需要336kJ的热量(潜热)，0℃水加热到100℃需要420kJ的热量(显热)，若将100℃的水，加热成100℃蒸汽，还需要2268kJ的热量(潜热)，所以将1kg重0℃冰加热成100℃蒸汽过程需要总热量是3024kJ。

Claims (9)

1.一种新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，包括山墙、后墙、地砖和棚顶，其特征在于：在所述的山墙和后墙的墙体的外侧设有保温层，在该墙体的内侧和地砖设有相变储能层；在所述的棚顶装有太阳能集热器、太阳能电池板和风力发电机，在大棚内装有散热器、地热管和电热器，所述的太阳能集热器通过热媒管道与该散热器、地热管连接，所述的太阳能电池板和风力发电机的电力输出端通过蓄电池与所述的电热器连接，该蓄电池的充电和放电通过微电脑控制器和温度传感器进行控制。
2.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：在所述的墙体内设有隔热夹层，在所述的相变储能层的表面附有抗菌涂料层。
3.根据权利要求2所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的抗菌涂料层包括银离子层、光触媒层和纳米氧化锌晶层其中的任何一层或一层以上的复合。
4.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的相变储能层为粘贴在所述的墙体室内一侧的相变材料砖，或抹附在所述的墙体的室内一侧的相变材料灰浆层，该相变材料砖铺设在温室大棚非种植区。
5.根据权利要求4所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的相变材料砖与所述的墙体相互咬合在一起。
6.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的保温层的材料采用聚苯保温板、铝箔聚苯板、聚乙烯发泡板、相变铝板、相变玻璃、相变石材或相变塑料。
7.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的散热器采用普通散热器安装在大棚内的空间；或采用墙热管和地热管分别埋在墙体内和土壤内，或按需要排列在大棚的空间内；所述的墙热管和地热管的管材采用塑料管、铝塑复合管、铁管、不锈钢管或铜管。
8.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的电热器采用现有的取暖用电热器或电热电缆设置在大棚空间或/和土壤内，或采用电热丝敷设在墙体内侧或埋在墙体内。
9.根据权利要求1所述的新能源相变储能抗菌智能调控温室大棚，其特征在于：所述的相变储能层由无机相变材料和有机相变材料混合构成，其相变点可以控制在适合植物生长的15℃～37℃范围内；
所述的无机相变材料包括：氯化钙含水盐CaCl2·6H2O，其熔点为29℃，熔解热为180kJ/kg；硫酸钠水合盐Na2SO4·10H2O，熔点32.4℃，溶解热250.8kJ/kg；磷酸氢二钠水合盐(Na2HPO4·12H2O)熔点35℃，溶解热205kJ/kg；
所述的有机相变材料包括：十六烷C16H34、十八烷C18H38、二十烷C20H42，它们的熔点分别是：16.7℃、28.0℃、36.7℃。
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