一种温室太阳能集热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种温室太阳能集热系统及方法，涉及太阳能领域，包括玻璃板、管道和套管组件；温室上方设置有一定倾斜角度的双层玻璃板，工质从玻璃板之间流动到管道，所述管道通过三通阀分别与热交换套管组件和温室外接管道连接；所述热交换套管组件设置在土壤内。本发明专利技术可节省大量土地面积，具有良好的透光率，在进行太阳能集热的同时不影响作物光合作用；同时，通过设置热交换套管组件可实现工质对土壤的换热，充分利用了太阳能资源，降低温室夏季与冬季的运行成本。季与冬季的运行成本。季与冬季的运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种温室太阳能集热系统及方法


[0001]本专利技术属于太阳能利用领域，尤其涉及到一种布置在温室屋顶的太阳能集热系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，温室利用太阳能的方式逐渐增多，其中，方式一是：布置在温室外的空地上，占用大量的土地面积，增加热源输送距离；方式二是：采用吸热面镀有蓝钛膜的太阳能真空管集热器，布置在后屋面上，容易破坏后墙和后屋面的防水，同时超出温室屋脊高度，影响温室的透光率而造成遮荫，拉大温室之间的间距，降低土地利用率，同时会发生炸管的情况；方式三是：采用带有涂层的平板型太阳能集热器，布置在温室后墙上，需要增加墙体厚度，占用有限的土地面积，且使温室前后温度分布梯度变化大，随太阳高度角变化，温室后墙在白天存在一段时间无光照，并且温室内植株的生长会对温室后墙造成遮荫，影响集热性能；方式四是：在温室放置太阳能平板空气集热器，采用空气作为工质，空气的比热容较小，不易保温，易受室外环境影响，集热性能较差；方式五是：将太阳能光伏电池板布置在温室屋顶，这种方式也可以降低夏季高温，却对温室内造成遮荫，影响作物光合作用。
[0003]在温室利用地源热泵技术，需要将整个管道系统埋在土壤内部。温室下方平均需挖30～60厘米深度的土，一旦温室占地面积较大，将会成倍增加温室的施工土方量，增加工程费用。此外，如果后期管道系统出现故障，需要施工将整个管道系统挖出进行维修和更换，重复进行土地施工工程，既费时费力又浪费资金，不利于地源热泵技术在温室的推广。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种在温室屋顶设置双层玻璃板进行集热的系统，可节省大量土地面积，具有良好的透光率，在进行太阳能集热的同时不影响作物光合作用；同时，通过设置套管组件可实现工质对土壤的换热，充分利用了太阳能资源，提高了作物的生长速度。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种温室太阳能集热系统，包括玻璃板、管道和热交换套管组件；温室上方设置有一定倾斜角度的双层玻璃板，工质从玻璃板之间流动到管道，所述管道通过三通阀分别与热交换套管组件和温室外接管道连接；所述热交换套管组件设置在土壤内。
[0007]进一步的，所述热交换套管组件包括热交换管顶盖、热交换管外层套管、热交换管内层套管和导流挡板；所述导流挡板上开设有数个圆通孔，导流挡板安装在热交换管外层套管内，所述热交换管顶盖与热交换管外层套管螺纹连接，所述热交换管顶盖与热交换管内层套管一体结构，热交换管内层套管穿过导流挡板延伸到热交换管外层套管底部，所述热交换管顶盖上开设有工质进口和工质出口；工质进口与热交换管内层套管相连通，工质出口与热交换管外层套管相连通。
[0008]进一步的，工质进口和工质出口处设置有快速接头；两个所述快速接头的一端分
别与工质进口、工质出口连通，另一端分别与导管连通。
[0009]进一步的，所述热交换管内层套管卡接在导流挡板上，热交换管内层套管为中空管；所述热交换管外层套管下端为圆形缓变断面。
[0010]进一步的，所述热交换管顶盖上还设置有提手和螺栓，所述热交换管顶盖与热交换管外层套管之间通过密封圈密封。
[0011]进一步的，数组所述热交换套管组件竖向排列布置或者横向排列布置。
[0012]进一步的，所述工质通过水泵泵入到管道并流经玻璃板经管道进入热交换套管组件对土壤进行保温或者进入温室外管道对温室内空气降温；所述管道内安装有数个紫外线灯，去除管路系统中孢子，防止在双层玻璃板中有青苔发生。
[0013]进一步的，所述玻璃板相对于地平面的角度可调。
[0014]温室太阳能集热系统的方法，光源辐照在带有倾角的屋顶玻璃板上，对双层玻璃板之间的工质进行加热，完成太阳能集热过程，工质从屋顶流出，进入管道；其特征在于，包括如下模式：
[0015]当冬季需要对温室进行加温时，调整三通阀，管道与温室内热交换套管组件连通，热交换套管组件内流动工质向土壤放热，土壤层进行蓄热，提供给作物根系生长需要的热量，对温室土壤进行换热，工质从热交换套管组件流出温度降低，再经过水泵实现太阳能集热——土壤蓄热循环；
[0016]当夏季温度过高需要对温室降温时，调节三通阀，管道内的工质流入到温室外接管道内，该过程是通过工质在屋顶玻璃板的流动，吸收热量，进而降低温室内空气温度。
[0017]进一步的，工质通过管道经设置在工质入口处的快速接头进入热交换管内层套管后，流入到热交换管外层套管内侧四周，并通过导流挡板上的圆通孔流入到工质出口，从工质出口处经快速接头通过导管流入到下一个工质入口。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1.本专利技术将太阳能集热技术应用在温室，实现秋冬季供暖，夏季降温，降低温室秋冬季辅助加热和夏季降温成本。白天不存在遮荫现象，不会影响作物进行光合作用，具有良好的集热性能，不会占用有限土地资源。土壤层蓄热采用新型套管装置，只需用土钻钻出热交换管外层套管的位置，将外部套管直接插入土中，内部套管与端盖一体通过螺纹与其连接，避免大量土方施工；后期如果需要维护，除外部套管自身问题外，只需要通过热交换管顶盖螺纹进行拆卸和更换，基本不需动土，避免了土方的大量施工，方便安装和后期维护，节约地热交换系统的建造和维护成本，具有重要推广意义。
[0020]2.本专利技术针对夏季昼间温室经常出现高温现象，造成作物叶片因高温灼烧而发生卷曲和蜷缩的问题，将太阳能与温室结构结合起来，使夏季昼间室温维持在适宜的范围的同时促进作物光合作用。在冬季，本专利技术系统可实现将部分多余的能量转移到土壤中，直接提供给作物根系利用，满足其生长需求，实现冬季土壤的增温效果，提高了温室对太阳能的热利用率，降低了温室运行的加热成本，对于节能减排具有重大意义。
[0021]3.本系统中采用水作为流动工质，其在相同温度下比热容约是空气的4倍，具有更好的保温性能；并且可以改善夏季中午高温现象，使室内温度处于适宜作物生长的温度范围；采用土壤蓄热提高局部地温，将屋顶收集的热量传输到局部土壤中，供作物根系利用，土壤与外界不直接接触，热量不易散失，提高对太阳能的利用率。
[0022]4.热交换管外层套管内部位螺纹结构，增加了工质水在套管内的流动长度，从而更有效的利用了太阳能热量；另外套管组件竖直设置、套接连接，可以减少土方施工的工作量，方便后期维护和更换，同时，热交换管外层套管下端为圆形缓变断面，既方便插入土壤，又可以使工质渐缓流经热交换管下端，增强换热效果。
[0023]5.通过设置导流挡板可以增加工质在热交换管外层套管的流动时间，从而提高工质的利用效率。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例涉及到的温室屋顶太阳能集热工质循环系统原理图；
[0025]图2是本专利技术图1中涉及到的温室屋顶双层透明玻璃板三视图；
[0026]图3是温室屋顶(带倾角)太阳辐射示意图；
[0027]图4是热交换管单元三维结构示意图；
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温室太阳能集热系统，其特征在于，包括玻璃板(2)、管道(3)和热交换套管组件(6)；温室上方设置有一定倾斜角度的双层玻璃板(2)，工质(15)从玻璃板(2)之间流动到管道(3)，所述管道(3)通过三通阀(5)分别与热交换套管组件(6)和温室外接管道连接；所述热交换套管组件(6)设置在土壤(7)内。2.根据权利要求1所述的温室太阳能集热系统，其特征在于，所述热交换套管组件(6)包括热交换管顶盖(19)、热交换管外层套管(20)、热交换管内层套管(21)和导流挡板(23)；所述导流挡板(23)上开设有数个圆通孔，导流挡板(23)安装在热交换管外层套管(20)内，所述热交换管顶盖(19)与热交换管外层套管(20)螺纹连接，所述热交换管顶盖(19)与热交换管内层套管(21)一体结构，热交换管内层套管(21)穿过导流挡板(23)延伸到热交换管外层套管(20)底部，所述热交换管顶盖(19)上开设有工质进口(16)和工质出口(17)；工质进口(16)与热交换管内层套管(21)相连通，工质出口(17)与热交换管外层套管(20)相连通。3.根据权利要求2所述的温室太阳能集热系统，其特征在于，工质进口(16)和工质出口(17)处设置有快速接头(26)；两个所述快速接头(26)的一端分别与工质进口(16)、工质出口(17)连通，另一端分别与导管连通。4.根据权利要求2所述的温室太阳能集热系统，其特征在于，所述热交换管内层套管(21)卡接在导流挡板(23)上，热交换管内层套管(21)为中空管；所述热交换管外层套管(20)下端为圆形缓变断面。5.根据权利要求2所述的温室太阳能集热系统，其特征在于，所述热交换管顶盖(19)上还设置有提手(27)和螺栓(18)，所述热交换管顶盖(19)与热交换管外层套管(20)之间通过密封圈(25)密封。6.根据权利要求1所述的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，倪雨欣，闫浩芳，张文程，周俊安，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：