一种戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统

本发明涉及设施农业供暖，具体涉及利用戈壁日光温室白天余热进行砂石蓄热并在夜间放热以提高温室夜间室温的储热供暖技术。

背景技术：

1、在冬季，北方戈壁沙漠地区日光温室大棚白天室温较高，而在夜间或阴雨雪天气条件下往往室温较低，这种过热和过冷的温度环境不利于农作物的生长。在夏季，温室大棚中午时段棚内温度较高，尤其是靠近后墙的地方，不利于农作物的生长。因此温室大棚在冬季夜间需要进行增温，而在夏季白天需要进行通风降温，目前的技术还未有效地解决这一问题。

2、在专利文献中未见公开有日光温室大棚砂砾卵石蓄热增温的专利技术。在非专利文献中，山东建筑大学张峰等在2009年发表了《带地下卵石床蓄热装置的日光温室增温实验研究》的文章，在文章中描述卵石床蓄热装置半埋入日光温室的后墙墙体下面，将粒径在1～10cm的卵石密闭在一个混凝土箱内，卵石床出风口通过砌体风道贴墙引出地面，轴流风机直接接到露在地面以上的蓄热装置进风口上（风机风向垂直墙面），当有太阳光照射时，用送风机将温室内的热空气吹进储存箱内，加热卵石床，没有太阳辐射时，室内冷空气经卵石床加热后返回，形成“采暖—蓄热—供暖”循环。由于增设了蓄热装置，使实验温室在白天蓄热阶段的室温比无蓄热装置的对照温室有所降低。夜间温室的最低温度得到了较大提高，与对照温室相比提高了5～8℃，证明的卵石蓄热增温的可行性。西北农林科技大学的刘名旺等在2018年发表了《内置空气－卵石槽对日光温室横向地温的影响》的文章，文章描述在实验温室前侧沿长度方向下挖长6ｍ，宽0.5ｍ，深0.5ｍ的沟槽，槽内填埋粒径1～10cm的卵石，中部铺设pvc管道用于通风，距离室内地面高度1.0ｍ处垂直放置风机，白天蓄热，夜间或阴天放热，内置空气－卵石槽可使附近侧面土壤温度提高1.0～2.4℃。这些研究证明了卵石床蓄热在提高温室室温和侧面地温的可行性，但其存在以下问题：

3、1. 卵石被密闭在一个混凝土箱或沟槽内，贮存卵石蓄热床规模小、容器成本高。由于卵石蓄热体体积比热容小，约为1.5～1.6mj/(m3·k)，温室每天所需要的储热量大，约为500～1000mj/天，需要储热的卵石蓄热体体积约在300～700m3，此种方式所需的贮存卵石蓄热床的容器体积巨大且成本极高，此种方式实际工程使用的可行性较小。

4、 2. 该两篇文献所描述的卵石蓄热床是一个整体，没有考虑卵石蓄热床内部温度梯度过大的问题，卵石蓄热床内部蓄放热过程中形成的大温度梯度，在用于温室大棚时存在部分区域温度高，部分区域温度低的现象，与农作物根区接触时，不适宜作物生长。

5、 3. 该两篇文献所描述的系统可以起到加热室温的目的，不能起到加热地温的目的，植物的生长不仅依赖于室温，还依赖于地温。

6、 4. 该两篇文献所描述的风机安装高度低，仅能起到内循环作用，无法进行外循环，且安装位置偏低，蓄热过程所吸入的室内空气温度偏低。

7、 5. 该两篇文献所描述的系统功能单一，仅是冬季蓄热增温，在其他季节不能使用，尤其是夏季不能起到通风降温的目的，特别是对温室内后墙附近的空间，通风降温较为困难。

8、 6. 卵石蓄热床一个重要的问题是运行过程能耗高，该两篇文献对于如何降低运行能耗没有涉及。

9、综上所述，目前的文献或专利中还没有一个技术能解决戈壁温室大棚所面临的蓄热增温和通风降温的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决戈壁温室大棚戈壁温室大棚所面临的蓄热增温和通风降温的问题。

2、本发明是一种戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，包括戈壁日光温室、地下砂砾蓄热体、风机和通风管道，在戈壁日光温室种植区地下设有粗砂砾蓄热体1，在粗砂砾蓄热体上面覆盖有细砂砾或沙土2，在粗砂砾蓄热体1中间、或者靠近后过道处、或者靠近前沿处设有顺温室大棚长度方向的散流通道11，在细砂砾或沙土2覆盖区前侧、或者后侧、或者前后两侧留有允许空气流过的通风道3，在散流通道11上方设有竖向进风通道10，在进风通道10上方、靠近温室上通风口5下方设有风机6，进风通道10与风机6通过通风软管8相连接。

3、本发明的有益效果为：1、本发明所采用卵石蓄热坑技术，蓄热体体积大，储热容量大，使用寿命长，储热成本低，卵石或砂砾就地取材，施工方便，无环境污染问题。

4、 2、本发明的所采用的卵石蓄热床分层技术，在卵石床蓄放热过程中，与植物根部接触的上层覆盖层温度均匀性好，有助于农作物根系的生长和发育。

5、 3、本发明所采用的卵石蓄热床平铺地下技术，不仅能加热室温，还能加热地温，有利于农作物的生长。

6、 4、本发明所采用的风机挂在上通风口下方的设计，不仅能进行内循环，还能进行外循环，且能将温室顶部的热空气优先压入卵石蓄热床中进行蓄热，蓄热效果好。

7、 5、本发明的温室大棚蓄热增温通风降温系统，具有冬季蓄热增温，夏季通风降温，及换茬期间对土地高温杀菌消毒的三重功能，尤其是可以对温室内后墙附近的空间进行有效地强制通风降温，还可以对地下蓄热体进行通风降温，降低地温。

8、 6、本发明的温室大棚蓄热增温通风降温系统，采用大粒径、大通道、低流阻的水平流动卵石床，及被动式导热与对流相结合传热方式，结合光伏直驱技术，可以实现温室大棚极低能耗运行的结果。

9、 7、本发明用通风软管替代硬管，通过通风软管与对接管道的连接与打开，实现空气向不同方向流动的目的，减少了三通、阀门、弯头等的使用，使整个系统的建安成本大大降低了。

技术特征：

1.一种戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，包括戈壁日光温室、地下砂砾蓄热体、风机和通风管道，其特征是：在戈壁日光温室种植区地下设有粗砂砾蓄热体（1），在粗砂砾蓄热体上面覆盖有细砂砾或沙土（2），在粗砂砾蓄热体（1）中间、或者靠近后过道处、或者靠近前沿处设有顺温室大棚长度方向的散流通道（11），在细砂砾或沙土（2）覆盖区前侧、或者后侧、或者前后两侧留有允许空气流过的通风道（3），在散流通道（11）上方设有竖向进风通道（10），在进风通道（10）上方、靠近温室上通风口（5）下方设有风机（6），进风通道（10）与风机（6）通过通风软管（8）相连接。

2.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：粗砂砾蓄热体（1）是由粒径介于10cm～30cm的砾石，或者卵石，或者二者的混合物构成，粗砂砾蓄热体（1）的厚度介于10cm～100cm之间，粗砂砾蓄热体（1）或者水平铺设，或者倾斜铺设，倾斜铺设的坡度小于1:5。

3.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：细砂砾或沙土（2）或者为一层，或者为两层，当细砂砾或沙土（2）为一层时，在细砂砾或沙土（2）与粗砂砾蓄热体（1）之间铺设有隔层，防止细砂砾或沙土通过粗砂砾缝隙进入粗砂砾蓄热体（1）中，堵塞空气流通通道；当细砂砾或沙土（2）为两层时，下层为粒径介于5cm～10cm中砂，上层为粒径小于5cm细沙土，下层的厚度为细砂砾或沙土（2）厚度的5%～80%，其余为上层厚度。

4.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：细砂砾或沙土（2）是由粒径小于10cm的砂石，或者卵石，或者细沙，或者土壤，或者其混合物构成，细砂砾或沙土（2）的厚度介于10cm～80cm之间，细砂砾或沙土（2）下表面与粗砂砾蓄热体（1）上表面倾斜度一致，上表面整平以利于种植。

5.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：散流通道（11）的横截面方形，或者为圆形，或者为多边形，散流通道（11）的当量直径在10cm～100cm之间，散流通道（11）周围布满孔洞，充许空气流过，散流通道（11）顺温室长度方向设置，当散流通道（11）在粗砂砾蓄热体（1）后过道处时，通风道（3）在粗砂砾蓄热体（1）前侧；当散流通道（11）在粗砂砾蓄热体（1）中间时，通风道（3）在粗砂砾蓄热体（1）两侧；当散流通道（11）在粗砂砾蓄热体（1）前侧时，通风道（3）在粗砂砾蓄热体（1）后过道处。

6.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：进风通道（10）间隔在2m～30m之间，进风通道（10）与风机（6）一一对应，进风通道（10）的当量直径在10cm～100cm之间，进风通道（10）顶端高出地面10cm～200cm。

7.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：风机（6）连接供电线路，或者连接光伏板，或者与供电线路和光伏板混合驱动；风机（6）或者正转，或者反转；风机（6）或者垂直放置在上通风口（5）的下方，或者倾斜放置在上通风口（5）的斜下方，风机（6）由支架（7）固定在温室钢架上，在日光温室内，风机（6）的数量介于2～40个，任意两台风机（6）的间距介于2m～30m之间。

8.根据权利要求1所述的戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，其特征是：通风软管（8）由塑料，或者橡胶，或者纸，或者布，或者铁，或者铝制成，壁厚在0.1mm～30mm之间，通风软管（8）与风机（6）和进风通道（10）连接处由铁丝或者细绳或者管箍（9）固定。

技术总结一种戈壁温室大棚太阳能蓄热增温通风降温系统，在戈壁日光温室种植区地下设有粗砂砾蓄热体，在粗砂砾蓄热体上面覆盖有细砂砾或沙土，在粗砂砾蓄热体中间、或者靠近后过道处、或者靠近前沿处设有顺温室大棚长度方向的散流通道，在细砂砾或沙土覆盖区前侧、或者后侧、或者前后两侧留有允许空气流过的通风道，在散流通道上方设有竖向进风通道，在进风通道上方、靠近温室上通风口下方设有风机，进风通道与风机通过通风软管相连接。该系统以空气作为传热介质，以戈壁日光温室地下砂砾作为储热介质，冬季以日光温室白天余热作为热源，通过风机将温室顶部的热空气强迫压入地下卵石蓄热体进行蓄放热，夏季通过风机将温室后墙附近的热空气强制排出通风降温。技术研发人员：王克振,李琪飞,李虹,史建明,赵静,张国森,王智浩,李亚明,王亚刚,李晓霞受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5