新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统技术方案

新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，涉及跨季节植物生长条件控制系统和太阳能供热供暖制冷发电系统，包括：外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、供能系统、通风系统，补光系统，集水装置，二氧化碳浓度、温湿度、灌溉施肥控制系统等。建设植物生长温室系统，通过集热系统和蓄热系统，将超出植物生长所需的太阳能收集并储存在蓄热系统中，减少温室降温所需能耗，冬季利用集热和蓄热对温室进行增温，实现植物特别是北方地区冬季农作物的有效生长。该系统集热蓄热效率高、单位集热量投资低、经济社会效益好，有利于推动农业现代化，实现农作物高产、优质、高效、生态、环保，全年可对外输出能源，破解我国能源和粮食安全难题。

New Plant Growth System and Solar Heating, Refrigeration and Power Generation System

The new plant growth system and solar heating, refrigeration and power generation system involve the control system of plant growth conditions and solar heating, refrigeration and power generation system, including external insulation system, light transmission system, heat collection system, heat storage system, energy supply system, ventilation system, supplementary light system, water collecting device, carbon dioxide concentration, temperature and humidity, irrigation and fertilization control system. And so on. Construction of plant growth greenhouse system, through heat collection system and heat storage system, will exceed the plant growth needs of solar energy collection and storage in the heat storage system, reduce greenhouse cooling energy consumption, use heat collection and heat storage to heat the greenhouse in winter, to achieve effective growth of plants, especially winter crops in northern areas. The system has high efficiency of heat collection and storage, low investment per unit of heat collection and good economic and social benefits. It is conducive to promoting agricultural modernization, realizing high yield, high quality, high efficiency, ecology and environmental protection of crops, exporting energy to the outside world all year round, and solving the problems of energy and food security in China.

【技术实现步骤摘要】
新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统
本技术申请涉及植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，特别涉及跨季节农作物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统。
技术介绍
目前，我国正在大力推进现代化农业建设，农业温室大棚方兴未艾，一些植物可以在不适宜生长的季节实现生长，但与此同时，温室大棚的增温系统、保温系统、降温系统、通风系统、控制系统、灌溉系统等系统较为繁多，未有效利用太阳能资源，造成了能源资源的浪费，增加了生产和运行成本。植物在生长过程中，光能利用率并不高，虽然理论计算值一般可达6％∽8％，而实际生长中一般只有0.5％∽1％。不同植物对光照强度的要求不同，光照过强或不足都会引起植物生长不良，产量降低，出现过热、灼伤、黄化、倒伏等，甚至导致死亡。另外，植物生长速度还受温度、湿度、二氧化碳浓度、施肥情况等影响，夏季温度过高以及冬季温度过低都会直接影响植物的生长。因此，正确合理调节光照强度、温湿度等热物性参数，对实现农作物高产、优质、高效、生态、环保，提高土地产出率、资源利用率，促进农民脱贫增收，调整和优化农业结构具有重要意义。
技术实现思路
我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约50万亿吉焦，折合1.7万亿吨标准煤，相当于2016年全国能源消费总量的400倍。我国仅农作物种植面积超过18亿亩，如果合理利用其太阳能辐射能，可以在实现农作物高产、优质、高效的同时，每年为全国提供相当于2016年全国能源消费总量约20倍的能源，约860亿吨标准煤，而我国太阳能开发利用量不足1亿吨标准煤，还有很大开发利用空间。目前，国内外对农作物温室大棚开展了大量研究和实践，取得了一定进展，但还有很多不足之处，主要是：设计理念需要进一步提升，现有温室大棚未有效利用太阳能，夏季太阳辐射能透过大棚后，造成温室快速升温，需要启动降温系统以对温室进行降温，造成了不必要的能源浪费，冬季夜晚和没有光照时，需要启动增温系统以提高温室温度；增温和降温系统复杂，提高了投资成本，投资回收周期长；温室保温性能差，系统整体能源利用效率低；农作物生长周期可控性较差，不利于进一步提高农作物产量；一些温室大棚采取与光伏发电相结合的模式，但由于光伏发电效率远低于光热转换效率，太阳能利用效率有待提高；一些温室大棚采取与光热系统相结合的模式，形成集热蓄能系统，减少了温室的能源消耗，但实现对外净输出能源的温室大棚较少，有些即使能够对外输出能源，输出的能源量偏低，还有很大提升空间。本技术的目的是在提供新型植物特别是农作物生长系统的同时，提供太阳能集热蓄热供热供暖制冷发电系统，以解决目前农业温室大棚跨季节太阳能利用整体效率低、能源资源投入高、单位产出投资成本高、辅助系统装置多、作用小等问题，有效控制全年光照、温湿度、二氧化碳浓度、水分、施肥情况等生长条件，提高植物特别是农作物产量及其对生长环境的适应能力，同时实现春夏秋冬四季集热蓄热，全年对外供热发电、夏季制冷、冬季供暖等。为实现上述目的，本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统的关键技术在于：其包括外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、二氧化碳浓度控制系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、灌溉施肥控制系统等)等，并对各个部分进行了一系列创新设计。所述外保温系统在日出时或日出后可以卷起，在日落前可以放下；所述透光系统包括上表面和侧面，透光系统上表面倾斜或水平放置，倾斜角度根据本技术的系统所在地区纬度而确定；优化设计透光面积与蓄热系统容积。在有太阳光照时，外保温系统卷起，大部分太阳辐射能被集热系统吸收并储存在蓄热系统中，一部分太阳辐射能照射在农作物和土地上，形成适宜的太阳光照强度以促进农作物生长；在夜晚、没有太阳光照或太阳光照强度比较弱的时候，外保温系统视季节而闭合，在冬季尽量减少温室里的热量损失，同时可以设置辅助光源，在夜晚、没有太阳光照时促进农作物正常生长；集热系统聚集的太阳能储存在蓄热系统中，换热流体在蓄热系统中吸收热量，温度提高后，被泵提送至供热、供暖管网或制冷系统或发电系统，用于供热、供暖、制冷、发电。冬季温室温度偏低时，可以利用蓄热系统中的热量提升温室温度。(1)本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的外保温系统第一种技术方案为：所述外保温系统采用柔性保温材料，外保温系统能够覆盖透光系统外表面，在日出时或日出后卷起，在日落前放下。当温室内部温度超出植物生长需要时，外保温系统保持卷起状态。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的外保温系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，朝东、朝南和朝西面内表面可分别设置含反光器的可旋转保温墙，增强反光和保温；保温墙可以随太阳高度角变化旋转至合适角度。可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的外保温系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，在冬季再设置一层外保温系统，以减少系统冬季散热量。(2)本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的透光系统第一种技术方案为：在有太阳光照的时候，打开外保温系统，从天空直射和散射的太阳辐射能透过所述透光系统，大部分太阳辐射能被集热系统吸收，一部分太阳辐射能被温室内的植物吸收。透光系统北面可采用保温玻璃系统，也可利用朝北固定保温墙，透光系统可采用单层或多层中空玻璃、真空玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯、阳光板、凸透镜等，实现良好的透光性能、密闭性能和保温性能，以及夏季环境温度较高时，具有良好的通风性能。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的透光系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，透光系统上表面倾斜放置，倾斜的角度根据所在地的纬度而确定。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的透光系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度，以减小太阳入射角，进一步提高透光率。(3)本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的集热系统第一种技术方案为：在透光系统上表面安装集热管，或者集热管与透光玻璃上表面一体化设计安装，或者将集热管安装在支撑结构和透光系统之间，集热管东西方向或南北方向放置，通过循环工质将集热管聚集的热量储存在蓄热系统中。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的集热系统第二种技术方案为：在第一种技术方案的基础上，在透光系统侧面表面安装集热管，进一步提高系统集热能力。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的集热系统第三种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案的基础上，安装太阳光跟踪装置，集热管的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化；同时，在没有光照时，相邻两组集热单元可以两两耦合，形成密闭保温型集热系统。本技术的新型植物生长系统和太阳能供热供暖制冷发电系统中的集热系统第四种技术方案为：在第一种技术方案或第二种技术方案或第三种技术方案的基础上，在透光玻璃上表面安装聚光器，或者聚光器与透光玻璃上表面一体化设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于，包括：外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、二氧化碳浓度控制系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、灌溉施肥控制系统等)等。

【技术特征摘要】
1.新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于，包括：外保温系统、透光系统、集热系统、蓄热系统、供热供暖系统、制冷系统、发电系统、辅助系统(包括通风系统、二氧化碳浓度控制系统、温湿度控制系统、补光系统、集水装置、灌溉施肥控制系统等)等。2.根据权利要求1所述的新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于：所述外保温系统，包括：柔性保温材料(1)、朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)、朝北固定保温墙(11)；柔性保温材料(1)覆盖透光系统(2)外表面，在日出时或日出后卷起，在日落前放下，当温室内部温度超出植物生长需要时，柔性保温材料(1)保持卷起状态；在有太阳光照射时，所述柔性保温材料(1)卷起，朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)分别旋转到一定角度后固定，旋转的角度依据所在地的纬度、季节而定，或安装太阳光追踪装置，旋转的角度随太阳高度角、太阳方位角而变化；所述朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)内表面可选择铺设反光器；可旋转保温墙视室外光照、温度、风速等情况而选择闭合或不闭合；在环境温度较低时的夜晚、雨雪冰雹天气时，所述柔性保温材料(1)、朝东可旋转保温墙(14)、朝南可旋转保温墙(13)、朝西可旋转保温墙(12)均闭合，与朝北固定保温墙(11)形成封闭的外保温系统；在冬季可以再设置一层柔性保温材料，以减少系统冬季散热量。3.根据权利要求1所述的新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于：所述透光系统(2)包括上表面和侧面，上表面倾斜或水平放置，上表面倾斜的角度根据所在地区的纬度而确定；透光系统上表面随正午太阳高度角变化而调整倾斜角度，以减小太阳入射角，进一步提高透光率。4.根据权利要求1所述的新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于：所述集热系统包括集热管(31)、聚光器(33)、集热器(34)、管道、泵、阀门等；所述集热管(31)安装在透光系统(2)的上表面和侧面，或将集热管(31)安装在支撑结构和透光系统(2)之间，集热管(31)东西方向或南北方向放置，通过循环工质将集热管聚集的热量储存在蓄热系统(7)中；或，安装太阳跟踪装置，聚光器(33)的位置随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化；同时，在没有光照时，相邻两组集热单元可以两两耦合，形成密闭保温型集热系统；或，在透光系统(2)上表面安装聚光器(33)，或者聚光器(33)与透光系统(2)上表面一体化设计安装，或将聚光器(33)安装在透光系统(2)内部，聚光器(33)东西方向或南北方向放置，同时可选择安装太阳光跟踪装置；集热器(34)中的循环工质吸收从天空直射和散射的太阳辐射能以及从聚光器反射的太阳辐射能，温度升高，循环工质聚集的热量储存在蓄热系统(7)中。5.根据权利要求1所述的新型植物生长系统与太阳能供热供暧制冷发电系统，其特征在于：所述蓄热系统(7)作为蓄积热量的场所，蓄热系统(7)采用长方体、多面体、圆柱体等钢筋混泥土结构或保温箱体，岩棉板等保温材料与混泥土一体化建设；蓄热系统(7)可以放置在农作物生长区域或透光系统下部，也可以置于非农作物生长区域。6.根据权利要求1、4和5之一所述的新型植物生长系统与太阳能供热供暖制冷发电系统，其特征在于，所述供热供暖系统包括：换热器(4)，泵I(41)、泵II(42)、泵III(43)，用热需求端(44)，供暖需求端(45)，换热站(46)，吸收式换热机组(47)，补燃机组或热泵机组(48)、阀门；所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后，温度升高，向用热需求端(44)或供暖需求端(45)放热，温度降低，返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中，再次吸热，形成循环；或，所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后，温度升高，换热器(4)高温水出口与泵I(41)相连，所述高温水进入吸收式换热机组(47)，温度下降后，返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中，再次吸热，不断循环；从用热需求端(44)或供暖需求端(45)出来的低温水在吸收式换热机组(47)中吸热后，温度升高，在泵II(42)或泵III(43)的带动下，向用热需求端(44)或供暖需求端(45)放热后，再进入吸收式换热机组(47)中吸热，不断循环；或，所述换热器(4)中的水在蓄热系统(7)内吸热后，温度升高，换热器(4)高温水出口与泵I(41)相连，所述高温水进入补燃机组或热泵机组(48)，温度下降后，返回蓄热系统(7)内的换热器(4)中，再次吸热，不断循环；从用热需求端(44)或供暖需求端(45)出来的低温水在补...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴良柏，苏欣纺，
申请(专利权)人：吴良柏，
类型：新型
国别省市：北京,11