一种多源冷热联供的模拟实验温室制造技术

本发明专利技术公开了一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。本发明专利技术多源冷热联供的模拟实验温室，建立多种能源转化的冷热联供系统，根据温室内部栽培作物的生长需要，提供适宜的环境温度，可以大大减少常规能源的消耗，达到能耗优化的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及温室模拟装置领域，具体涉及一种多源冷热联供的模拟实验温室。
技术介绍
植物温室等农业设施是集生物工程、农业工程、环境工程、自动化控制为一体，多学科综合应用的系统工程。利用工程技术手段和工业化生产方式，通过各种设施调控温室内部环境，为作物营造适宜的生长环境，进而获得高产优产。由于植物生长对环境温度具有高度依赖性，能耗优化及温度调控技术一直以来是植物温室领域研究的重点。传统植物温室设施依赖煤炭、柴油、电能等常规能源供应能量，随着常规能源的日益紧张，太阳能等可再生能源的应用成了新的研究热点。 现代农业设施中，温度控制技术大多借鉴建筑供热方面的研究成果，以建筑热负 荷为基础进行能耗计算得到了较为广泛的研究。植物温室与民用建筑在不仅在建筑结构、温度需求等方面存在的差异，植物温室供能系统设计还必须遵循作物生长与温度之间的规律。针对不同植物温室的类型、朝向、结构以及作物种类，从植物温室的选址、外形设计、覆盖材料的选择，到植物温室的负荷计算、供热系统设计和运行控制，以及植物温室的保温节能系统的选择和使用管理，都需要考虑能耗优化，才能达到最高效率的能量利用。以色列、希腊等国家从经济方面对温室地热能利用进行了分析，对几种供热系统进行了比较研究，给出了高效可行的供热方案。而在我国，温室供热方面研究较少，随着能源的综合开发和应用，新能源在温室供热方面的高效利用将成为亟待解决的问题。因此，需要提供一种模拟实验温室，研究各种能源的供应和使用规律，根据作物的生长机理，得到温室微气候环境温度控制的模型，提高各种能源的利用效率，达到能耗优化和节能减排的效果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多源冷热联供的模拟实验温室，建立多种能源转化的冷热联供系统，根据温室内部栽培作物的生长需要，提供适宜的环境温度，可以大大减少常规能源的消耗，达到能耗优化的效果。一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉用于提供温室所需要的能源，地热集热装置所提供的能量较为稳定，但是，在需要供热的季节(外界温度较低，难以满足温室内作物的生长需要)，单一的地热集热装置难以满足能量供应需求，太阳能集热器集热效率较高，可用于补偿地热集热装置的供能不足，如果太阳能集热装置、地热集热装置的能量供给仍不能满足温室内作物的生长需要，则启动锅炉。太阳能集热装置、地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，所述控制单元采集温室内部温度，太阳能集热装置的出水口和回水口、地热集热装置出水口和回水口以及锅炉的出水口和回水口的温度以及用热单元的温度，依据温室内部的设定温度(设定温度依据作物的类型及生长周期设置)，当温室内部温度高于设定温度时，所述集热水箱向用热单元供热，降低温室内部温度，当温室内部温度低于设定值时，热源向集热水箱供应热水，提高温室内部温度。当太阳能集热装置和地热集热装置不足以提供所需热水时，开启锅炉向集热水箱供水。 作为优选，所述温室环境调节系统还包括通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统、湿度调节子系统，所述控制单元接收气象站信号，同时协调这些子系统；所述温度调节子系统中包括第一温度传感器和空调机组，所述控制单元根据第一温度传感器采集的温室内部温度信号控制空调机组；所述湿度调节子系统中包括第一湿度传感器、喷淋装置和蒸发装置；所述控制单元根据第一湿度传感器采集的温室内部湿度信号控制喷淋装置和蒸发装置；所述通风调节子系统中包括第一通风传感器和通风装置；所述控制单元根据第一通风传感器采集的温室内部风速和风向信号控制通风装置；所述光照调节子系统中包括第一光照传感器、光源和遮阳装置，所述控制单元根据第一光照传感器采集的温室内部光强信号控制光源和遮阳装置。所述气象站用于收集温室外部温度、湿度、风向、风速、日照辐射和雨量等信息，可以采用农业生产专用的小型气象站。所述控制单元收集所述气象站以及室内温度、湿度、通风以及光照信号，控制所述的空调机组、喷淋装置、蒸发装置、通风装置、光源以及遮阳装置，调节温室内部的微气候，以适应不同作物的不同的需求。也可以通过人为输入相应的环境参数(例如温度、湿度等)，对控制单元的输入信号做调整，增加控制单元工作的合理性。所述控制单元根据不同植物生长的需求参数，根据机理模型计算得到植物生长的理想环境参数。作为优选，所述空调机组和蒸发装置作为所述的用热单元与集热水箱中的热水换热或直接通过管路与集热水箱连通。模拟实验温室内部的温度高于设定温度时，集热水箱中的热水向空调机组供应热水，空调机组制冷，当温室内部湿度小于设定湿度(设定湿度依据作物种类及生长周期设定)时，集热水箱向蒸发装置供水，用于增加温室内部空气湿度。作为优选，所述集热水箱的热水出口还连接有温控水箱，所述温控水箱向蒸发装置供水。当温室内部温度高于设定温度时，温控水箱作为用热单元，由集热水箱供水。作为优选，模拟实验温室还包括杀菌装置和干燥装置，所述温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水。所述温控水箱向杀菌装置和干燥装置供水，增加能量的利用途径，提高能量的利用效率。作为优选，所述通风装置包括设置在温室内的风机以及设置在侧壁和/或顶棚部位的自动窗，所述风机以及自动窗均受控于所述控制单元。所述自动窗设置在温室的侧壁或者顶棚，也可侧壁和顶棚均设置自动窗，所述控制单元依据温室内部第一通风传感器以及气象站中采集到的通风信息，控制自动窗的打开和关闭，来控制温室内部的通风。作为优选，所述遮阳装置为遮光幕以及控制该遮光幕张合的驱动电机，所述驱动电机受控于所述控制单元。所述遮光幕用于遮挡外界光线，所述控制单元依据气象站采集的光照信号以及第 一光照传感器采集的室内光照信号，控制遮光幕的打开和关闭，从而调节温室内部的光照。为了控制温室内部微环境失衡对作物造成不可逆的损坏，优选地，所述模拟实验温室还设有安全监控装置，所述安全监控装置受控于所述控制单元。当温室内部环境参数超过极限值(作物所能承受的极端环境下的各环境参数值)后，所述安全监控装置发出报警信号，人工及时控制所需要的改变。作为优选，所述控制单元中带有温室环境耗能平衡模型，该温室环境耗能平衡模型以温室内外的环境参数为输入，向通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统以及湿度调节子系统发送控制信号。假设温室内部空气混合均匀，同时忽略作物呼吸作用和光合作用消耗的能量，则温室内空气的温度主要是由入射到温室内的太阳辐射能量决定。在白天，太阳辐射透过侧壁和顶棚照进温室，自然加热温室，入射的太阳辐射在接触到各种表面时转换为热能，这些热能通过对流等方式散布到温室的空气中。在夜间，存储在土壤中的热量以长波辐射形式向四周散发，补偿温室所散失的热量。综前所述，考虑蒸腾作用和通风作用，建立温室环境耗能平衡模型，模型方程如下所示AQ = Qrad+Qheat+Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。

【技术特征摘要】
1.一种多源冷热联供的模拟实验温室，包括用于围成温室内部空间的侧壁和顶棚，设置在温室外部的气象站，以及用于调节温室内部空间环境参数的温室环境调节系统，所述温室环境调节系统包括用热单元、向用热单元供热的热源以及协调热源和用热单元能量传递的控制单元，其特征在于，所述热源为太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉，所述太阳能集热装置，地热集热装置以及锅炉均具有水循环管路，三者的水循环管路并联的接入一集热水箱，该集热水箱向各个用热单元供热。2.如权利要求I所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述温室环境调节系统还包括通风调节子系统、温度调节子系统、光照调节子系统、湿度调节子系统，所述控制单元接收气象站信号，同时协调这些子系统； 所述温度调节子系统中包括第一温度传感器和空调机组，所述控制单元根据第一温度传感器采集的温室内部温度信号控制空调机组； 所述湿度调节子系统中包括第一湿度传感器、喷淋装置和蒸发装置；所述控制单元根据第一湿度传感器采集的温室内部湿度信号控制喷淋装置和蒸发装置； 所述通风调节子系统中包括第一通风传感器和通风装置；所述控制单元根据第一通风传感器采集的温室内部风速和风向信号控制通风装置； 所述光照调节子系统中包括第一光照传感器、光源和遮阳装置，所述控制单元根据第一光照传感器采集的温室内部光强信号控制光源和遮阳装置。3.如权利要求2所述的多源冷热联供的模拟实验温室，其特征在于，所述空调机组和蒸发装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯毅萍，荣冈，曹峥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：