一种日光温室蓄放热系统精准调控方法

1.本发明属于设施农业工程的热环境调控领域，特别涉及一种日光温室蓄放热 系统精准调控方法。具体说是一种用于日光温室的水循环系统的蓄放热精准调控 方法。


背景技术：

2.在日光温室中，除温室本身自有的蓄放热功能蓄集一部分太阳辐射热量之 外，剩余的太阳辐射热量成为富余热量导致温室高温，只能通过通风系统排出室 外，无疑是一种能源的浪费，但同时温室夜间低温、缺少加温调控又是普遍存在 的问题，因此近年来各种主动蓄放热系统受到关注，其中基于水循环的蓄热放热 系统蓄热效率较高、且便于主动调控。典型的水循环蓄放热系统有安装在温室北 墙内侧的中空板蓄放热系统、盘管式蓄放热系统、水幕帘蓄放热系统、毛细管网 蓄放热系统，利用温室顶部屋架的屋架管网蓄放热系统，以及安装在温室南侧的 光管式蓄放热系统等。但是上述系统开发多是从不同角度考虑蓄热性能，单一系 统使用时，仍然存在温室内太阳能收集利用不够充分，白天室内温度过高、需要 通风排除余热的现象，同时，上述系统开发在放热量的时空控制上缺乏考虑。一 般而言，温室最需加温的时刻是冬季清晨日出之前和早晨保温被揭开之后的一段 最低温时间，而室内气温最低的区域是温室南部，保温最薄弱、且受室外影响最 大的区域；特别是早晨保温揭开初期、室外太阳辐射较弱，温室南部区域就会因 为低温高湿而出现起雾现象，这一方面会影响太阳辐射的透入和温室升温速度， 同时也很容易诱发病害，对温室生产的危害极大。日光温室温度环境存在这种非 常明显的时空分布不均问题，因此，将太阳能主动蓄放热系统进行蓄热和放热位 置的优化设置及蓄热放热过程的精准调控，对解决现有日光温室存在的问题，提 高蓄积太阳能的利用效率具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种日光温室蓄放热系统精准调控方法，其特征在于， 该蓄放热系统最大化蓄积温室富余太阳辐射热能，且根据温室温度环境时空分布 特征，匹配相对的放热系统及流量；从时间、空间以及蓄放热量三方面对温室热 环境进行精准调控；
4.所述日光温室蓄放热系统由北墙蓄放热器1、屋架蓄放热器2、南侧蓄放热 器3、供水管道4、回水管道5、屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南侧电磁阀8、 循环水泵9、变频器10、1#室温传感器11、2#室温传感器12、3#室温传感器13、 水温传感器14、自动控制系统15、流量计16、蓄水池17、日光温室北墙18按 照实际需要布置而成；具体布置如下：
5.所述北墙蓄放热器1安装在日光温室北墙18内测；1#室温传感器11安装在 温室内靠近北墙蓄放热器1；北墙蓄放热器1的进水端与供水管道4连接，北墙 蓄放热器1回水端与回水管道5连接，在供水管道4支管上安装北墙电磁阀7控 制北墙蓄放热器1的启闭运行；
6.所述屋架蓄放热器2为温室的弧形拱架，形成温室屋架的水循环蓄放热设备； 2#室温传感器12安装在温室内靠近蓄放热器2；屋架蓄放热器2进水端与供水管 道4连接，屋架蓄放热器2回水端与回水管道5连接，并在供水管道4支管上安 装屋架电磁阀6控屋架制
蓄放热器2启闭运行；
7.所述南侧蓄放热器3安装在温室南侧，是利用光面管制作的水循环蓄放热设 备；3#室温传感器3安装在温室内靠近蓄放热器3；南侧蓄放热器3进水端与供 水管道4连接，南侧蓄放热器3回水端与回水管道5连接，并在供水管道4支管 上安装南侧电磁阀8控制南侧蓄放热器3启闭运行；
8.所述循环水泵9设置于蓄水池17内，出水口与供水管道4主管连通，流量 计16安装在供水管道4主管道上；回水管道5与蓄水池17连通；水温传感器14 设置于蓄水池17内，并保持长期淹没于水中。
9.所述自动控制系统15分别与循环水泵9、屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南 侧电磁阀8、变频器10、1#室温传感器11、2#室温传感器12、3#室温传感器13、 水温传感器14连接。其中变频器10一端与循环水泵9连接，另一端连接自动控 制系统15。
10.所述北墙蓄放热器1为基于中空板、毛细管网、水幕帘或盘管形式的水循环 太阳能蓄放热系统。
11.所述供水管道4、回水管道5的材质为u-pvc或ppr材质；根据蓄放热水流 量，选取适宜的管径。
12.所述屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南侧电磁阀8为常闭式，管径与供水管道 4一致，供电电压为ac24v。
13.所述循环水泵9为潜水泵。
14.所述变频器10与循环水泵9最大功率匹配。
15.一种日光温室蓄放热系统的蓄放热精准调控方法，其特征在于：所述方法包 括蓄热和放热的精准调控；具体步骤如下：
16.步骤1，将自动控制系统调为手动模式，开启水泵9的同时打开屋架电磁阀6、 北墙电磁阀7和南侧电磁阀8，使水泵9满负荷工作；通过流量计测量出此时水 泵的最大流量及此时变频器10的频率；然后逐步降低变频器10频率，测量出某 一频率下水泵的流量；最终找出三个电磁阀开启状态下水泵8流量与变频器10 频率的关系。
17.步骤2，关闭一个电磁阀,让剩余的两个电磁阀开启，重复步骤1的方法，最 终找出两个电磁阀开启状态下水泵9流量与变频器10频率的关系。
18.步骤3，分别关闭其中一个电磁阀，让其它两个电磁阀开启，重复上述步骤 2，最终找出其中两个电磁阀开启状态下水泵9流量与变频器10频率的关系；
19.步骤4，分别只开启一个电磁阀，让其它两个电磁阀关闭，重复上述步骤1 中通过流量计测量出此时水泵的最大流量及此时变频器10的频率；然后逐步降 低变频器10频率，测量出某一频率下水泵的流量；最终找出其中一个电磁阀开 启状态下水泵9流量与变频器10频率的关系。
20.步骤5，通过编制运行程序，设置各室温传感器显示的不同温度梯段的运行 状态及相对应的电磁阀开关状态，设置各室温传感器与水温传感器的关系，通过 设定变频器不同的频率来确定对应各温度梯段及相应电磁阀开启状态下的水流 量。
21.步骤6,所述日光温室蓄放热系统的蓄热调控是通过各蓄放热器同时将北墙 面接收的太阳辐射、温室骨架拦截的太阳辐射和南墙底脚高光照处的太阳辐射进 行收集蓄热；所述日光温室蓄放热系统的蓄热在不影响种植的条件下，可实现针 对日光温室白天太阳
辐射的最大化收集存储；具体是北墙蓄放热器1、屋架蓄放 热器2、南侧蓄放热器3可同时将北墙面接收的太阳辐射、温室骨架拦截的太阳 辐射和南墙底脚高光照处的太阳辐射进行收集蓄热；
22.步骤7，所述日光温室蓄放热系统的放热是通过各蓄放热器，通过独立调控 进行放热；具体调控是根据温室在冬季夜间室内气温低于设定温度时开始放热， 温室南部的气温最低，其保温最薄弱、受室外影响最大，形成日光温室温度环境 存在非常明显的时空分布不均的问题，优先开启南侧蓄放热器3，对温室南部低 温区的放热，提高温室南部的气温；其次根据实际温室各区气温的需求，可依次 开启位于北墙面的北墙蓄放热器1和位于温室顶部的屋架蓄放热器2，实现分级 放热；改善日光温室温度环境的时空分布不均现象，达到日光温室蓄放热系统的 蓄放热精准调控的目的。当某个区域的温度高于设定值时，该区域放热装置关闭。
23.8.根据权利要求7所述的日光温室蓄放热系统的蓄放热精准调控方法，其特 征在于，所述步骤7中可以通过独立调控进行放热，针对日光温室温度环境时空 分布特征，依据步骤1-5得到调控数据，匹配日光温室夜间低温出现的时间和区 域进行精准放热，实现所存储热量的高效利用。
24.本发明的有益效果是与现有技术相比，具有如下优特点：
25.(1)通过自动控制系统统一控制，每个蓄放热器对应独立的室温传感器、 电磁阀，设置各个室温传感器不同梯度的启闭温度及对应的变频器频率控制水流 量，做到温度可控、流量可调、蓄放热系统可选、时间可定。通过对蓄放热量的 控制，来实现精准调控，实现蓄放热效率最大化。
26.(2)本蓄放热系统分别布置在北墙，南墙下部以及骨架，节省温室空间，方 便机械作业，在不妨碍正常作业情况下，实现整体温室热环境调控。
27.(3)该方法可以多重蓄放热系统灵活组合。可根据温室的面积大小，蓄放 热量要求，水温气温差，灵活选择蓄放热系统的数量，对温室热环境的调控更为 科学，合理。
28.(4)该方法可以实现低温区域和低温时段的针对性温度调控，有利于提升蓄 积热能的利用效率，提高温室温度分布的均匀性，缓解低温高湿现象，为促进植 物生长、减少病害的发生、提高生产产量和品质提供更优的环境条件。
29.(5)该系统易于安装、成本低、通用性强，操作简便、低碳环保、经济实 用。
附图说明
30.图1为一种温室蓄放热精准调控的系统示意图。图2为参杂原子排列图
具体实施方式
31.本发明提出一种日光温室蓄放热系统精准调控方法，下面将结合实施例和附 图，对本发明进行更加详细的描述。
32.如图1所示，本日光温室蓄放热系统由北墙蓄放热器1、屋架蓄放热器2、 南侧蓄放热器3、供水管道4、回水管道5、屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南侧 电磁阀8、循环水泵9、变频器10、1#室温传感器11、2#室温传感器12、3#室温 传感器13、水温传感器14、自动控制系统
15、流量计16、蓄水池17、日光温室 北墙18按照实际需要安装布置成一个整体，最大化蓄积温室富余太阳辐射热能， 且根据温室温度环境时空分布特征，匹配相对的放热系统及流量。从时间、空间 以及蓄放热量三方面对温室热环境进行精准调控；所述日光温室蓄放热系统具体 布置如下：
33.所述北墙蓄放热器1安装在日光温室北墙18内测；屋架蓄放热器2为温室的 弧形拱架，形成温室屋架的水循环蓄放热设备；南侧蓄放热器3安装在温室南侧， 是利用光面管制作的水循环蓄放热设备；循环水泵9设置于蓄水池17内，出水 口与供水管道4主管连通，流量计16安装在供水管道4主管道上；回水管道5 与蓄水池17连通；水温传感器14设置于蓄水池17内，并保持长期淹没于水中， 组成一个整体的日光温室蓄放热系统。其中，1#室温传感器11安装在温室内靠 近北墙蓄放热器1；北墙蓄放热器1的进水端与供水管道4连接，北墙蓄放热器 1回水端与回水管道5连接，在供水管道4支管上安装北墙电磁阀7控制北墙蓄 放热器1的启闭运行。2#室温传感器12安装在温室内靠近蓄放热器2；屋架蓄 放热器2进水端与供水管道4连接，屋架蓄放热器2回水端与回水管道5连接， 并在供水管道4支管上安装屋架电磁阀6控制屋架蓄放热器2启闭运行。3#室温 传感器13安装在温室内靠近蓄放热器3；南侧蓄放热器3进水端与供水管道4 连接，南侧蓄放热器3回水端与回水管道5连接，并在供水管道4支管上安装南 侧电磁阀8控制南侧蓄放热器3启闭运行。自动控制系统15分别与循环水泵9、 屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南侧电磁阀8、变频器10、1#室温传感器11、2# 室温传感器12、3#室温传感器13、水温传感器14连接。所述循环水泵9为潜水 泵，循环水泵9与变频器10的最大功率匹配。所述供水管道4、回水管道5的材 质为u-pvc或ppr材质；根据蓄放热水流量，选取适宜的管径。
34.所述北墙蓄放热器1为基于中空板、毛细管网、水幕帘或盘管形式的水循环 太阳能蓄放热系统。
35.所述屋架电磁阀6、北墙电磁阀7、南侧电磁阀8为常闭式，管径与供水管道 4一致，供电电压为ac24v。
36.一种日光温室蓄放热系统精准调控方法，其特征在于：包括日光温室蓄放热 系统的蓄热和放热；
37.步骤1,所述日光温室蓄放热系统的蓄热是通过北墙蓄放热器1、屋架蓄放热 器2、南侧蓄放热器3可同时将北墙面接收的太阳辐射、温室骨架拦截的太阳辐 射和南墙底脚高光照处的太阳辐射进行收集蓄热；并且蓄热在不影响种植的条件 下，可实现针对日光温室白天太阳辐射的最大化收集存储。
38.步骤2，所述日光温室蓄放热系统的放热是北墙蓄放热器1、屋架蓄放热器2、 南侧蓄放热器3可以通过独立调控进行放热；
39.所述步骤2,日光温室蓄放热系统的蓄放热精准调控，具体调控顺序是通过优 先开启南侧蓄放热器3实现温室南部低温区的放热，，温室南部的气温最低，其 保温最薄弱、受室外影响最大，形成日光温室温度环境存在这种非常明显的时空 分布不均问题；其次根据需求，可依次开启位于北墙面的北墙蓄放热器1和位于 温室顶部的屋架蓄放热器2，实现分级放热；改善日光温室温度环境的时空分布 不均现象，达到日光温室蓄放热系统的蓄放热精准调控的目的。
40.所述日光温室蓄放热系统可以针对日光温室温度环境时空分布特征，匹配日 光
时，关闭该蓄放热器的电磁阀，循环水泵的流量随之改变；当所有室温传感器均 低于温度设定值或水池水温高于设定值时，循环水泵停止工作，蓄热工作结束。 这样，白天通过蓄放热器收集的热量储存在蓄水池内。
51.放热过程：
52.晚间日光温室内部气温逐渐降低，在日光温室南侧区域出现最低温；此时需 要放热加温，利用热空气上升的原理，首先启动南侧蓄放热器3，当3#室温传感 器13低于设定的循环水泵的开启温度时，且水池水温高于设定放热温度时，循 环水泵启动，控制南侧蓄放热器3的南侧电磁阀8同时开启，该温度梯段的循环 水泵流量根据变频器设定的频率运行；当日光温室内温度再降低，且达到下一个 温度梯段时，启动另外下一个温度梯段的流量运行模式。
53.当南侧蓄放热器3的水流量达到设定的最大值时，仍然不能满足温度要求， 这时，屋架蓄放热器1的屋架电磁阀7打开，启动屋架蓄放热器1，启动该温度 梯段的流量运行模式。以此类推。
54.当北墙蓄放热器1和南侧蓄放热器3同时运行时，3#室温度传感器13检测的 温度大于该温度梯段时，关闭北墙蓄放热器1对应的北墙电磁阀7，同时启动该 温度梯段的流量运行模式。
55.当3#室温传感器13温度高于设定值或水池水温低于设定值时，循环水泵停 止工作，放热工作停止。这样，晚间通过各蓄放热器将白天收集到蓄水池中的热 量释放到温室内。
56.综上所述，本发明用于一种日光温室蓄放热系统精准调控方法，通过白天蓄 放热器存在水池中的热量夜间释放出来，提高温室的温度，且在自动控制的条件 下，可实现热量的精准释放。
57.最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限 制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应 当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部 分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱 离本发明各实施例技术方案的精神和范围。