專利名稱：太陽能多用可調(diào)控溫室的制作方法
太陽能多用可調(diào)控溫室
本發(fā)明提供高效利用太陽能、適用于各種使用目的的溫室，屬于太陽能利 用技術(shù)，是蔬菜苗木保護(hù)地生產(chǎn)、食用菌栽培、菌肥和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)、動(dòng)物溫 室養(yǎng)殖、農(nóng)副產(chǎn)品加工和木材、藥材干燥等的通用綠色設(shè)施。
20世紀(jì)80年代以來，具有中國(guó)特色的新型保護(hù)地設(shè)施一節(jié)能日光溫室 在我國(guó)北方廣大地區(qū)普及起來。近10年來，我國(guó)各地包括西南等地區(qū)，這種 設(shè)施的發(fā)展也很快。節(jié)能溫室的面積正逐年擴(kuò)大，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和 生態(tài)效益。但這種溫室利用太陽能的效率較低，主要表現(xiàn)在冬季的棚溫不太高， 白天僅20'C左右，夜晚則降到8'C左右，因此多數(shù)作物難以髙產(chǎn)；溫度主要受 天氣控制，其用途限于數(shù)量不多的幾種蔬菜的及季節(jié)栽培，未能在其它領(lǐng)域廣 泛使用；在嚴(yán)寒地區(qū)有的還難免凍害，不得不用輔助熱源。總之，現(xiàn)在的曰光 溫室節(jié)能效果不夠突出，使用領(lǐng)域不寬，各種效益還有巨大的拓展空間；它亟 需革命，應(yīng)在社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中作出更大的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明主要應(yīng)用了 "太陽能全效建筑砌塊等全方位傳輸構(gòu)件"(專利申請(qǐng) 號(hào)200620116884.8)技術(shù)，并借鑒利用了 "免能耗全節(jié)省環(huán)境空調(diào)"(專利申 請(qǐng)?zhí)?00610092140.1)技術(shù)。本發(fā)明的總的特點(diǎn)是溫室完全不用能耗，溫濕 度等因素可大幅度調(diào)控，空間(平面范圍和髙度)可根據(jù)作物高矮和耕作機(jī)具 大小選擇，適用于南北方四季各種作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，還能防止各種病蟲害，是 生產(chǎn)綠色食品的最重要設(shè)施。本發(fā)明是這樣實(shí)施的
說明書附圖中，


圖1是單個(gè)溫室的平面圖。圖中1為南墻，2為北墻，3 為東墻，4為西墻。南北墻間距8m以上，東西墻gl距不限。5為室頂通風(fēng)窗， 有蓋可開關(guān)。6為辦公室(過渡間)。7為進(jìn)溫室的一內(nèi)門。8^進(jìn)溫室的外門。9 為天網(wǎng)，由透明塑料網(wǎng)無,接制成，它起防止害蟲飛入和在夏天起少量遮光 作用，并且產(chǎn)生散射光。南北東西墻均為框架結(jié)構(gòu)，因框架內(nèi)充填的為非承重 的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。四墻結(jié)構(gòu)基本相同?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由薄壁鋼管內(nèi)充填混凝土加強(qiáng)。
圖2為
圖1的A—A'(西東)向剖面圖。圖中3為東墻，它是安裝在框 架內(nèi)的特殊的中空玻璃該中空玻璃外側(cè)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)導(dǎo)光 板13，內(nèi)側(cè)為普通玻璃14， 13與14之間有密封邊框15，邊框厚20mm，即 13和14之間的距離為20mm。中空玻璃內(nèi)充有干燥空氣，并放置干燥劑(小 包，未畫出)。這特殊的中空玻璃與墻的框架大小正好，有少量縫隙應(yīng)填實(shí)封 死，以保證隔熱效果。所以中空玻璃可以根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的空間大小尺寸定制，成品不能再作切割。墻下為高度20min的近地通風(fēng)口，它內(nèi)有固定的紗網(wǎng)16, 可阻擋動(dòng)物進(jìn)入；外有可開啟關(guān)閉的小窗門17。墻頂有面朝東南的PMMA光 導(dǎo)板(上)和光伏電池板(下)12,其白天的發(fā)電量Jit:于蓄電池，供夜晚照明 室內(nèi)，并作為室內(nèi)作物人工補(bǔ)光的部分光源。西頭的11也是PMMA光導(dǎo)板(上) 和光伏電池板(下)，但它面向西北方向。西頭的其它結(jié)構(gòu)與東頭的一樣。9為 兩塊矩形(大小與溫室頂一致)聚氯乙烯無滴棚膜在邊緣粘合而成的大扁袋， 其東頭邊緣留有許多小孔，西頭有口，風(fēng)機(jī)由此口向大扁袋內(nèi)吹空氣，風(fēng)流將 專用的泡沫塑料小球吹入大扁袋內(nèi)(鼓風(fēng)時(shí)風(fēng)由小孔排出)，小球?qū)訛橐归g保 溫。早晨則由風(fēng)機(jī)將小球吸出，讓塑料大扁袋透過陽光。
圖3為
圖1的B—B'(南北)剖面，圖中19為地面通風(fēng)長(zhǎng)孔的防動(dòng)物紗 網(wǎng)，20為地面通風(fēng)長(zhǎng)孔的開啟小窗門，它分幾段，可按通風(fēng)需要開全部或其中 幾個(gè)。21和22為朝南和朝北PMMA光導(dǎo)板(上)和光伏電池板(下)，它們 的電能也貯存到蓄電池供夜晚照明用。
圖4是由
圖1的單個(gè)溫室圍成的四合院式溫室群，S為南室，N為北室， E為東室，W為西室。各室的中空玻璃，南北兩室的PMMA光導(dǎo)板均朝南和 朝北，東室和西室均朝東和西。這4幢溫室所包圍的面積較大的空地(陽光大 院SUN),上面有桁架，桁架上有髙強(qiáng)度、高透明度的塑料網(wǎng)IO，網(wǎng)上有雙層 塑料大扁袋，大扁袋也可充盈泡沫塑料小球，起冬季夜晚保溫作用。在這陽光 大院只有棚頂可以進(jìn)光和需要隔熱保溫，其四周的溫室起到保溫的作用，所以 它是極好的采光保溫空間，西這個(gè)空間只增加一個(gè)頂蓋的成本。
需要說明的是，溫壘的:l[墻在冬天是照不到太陽光的，所以在上凍以前可 用保溫材料將它蓋嚴(yán)。
中空玻璃是本項(xiàng)目的關(guān)鍵構(gòu)件，其內(nèi)外玻璃厚度均為6min,兩者間隙 20mm,由厚20mm的邊框限定。外層的PMMA光導(dǎo)板可以高效率的將太陽 光引入室內(nèi)。
PMMA光導(dǎo)板的正南陳列是本項(xiàng)目的又一關(guān)鍵技術(shù)。圖5示PMMA光導(dǎo) 板朝正南方向的陳列。該陳列由m行n列的單個(gè)光導(dǎo)板組成(圖中m=3, n=4)。 圖5的左邊為朝正南的(朝讀者的)陳列，其中'M為當(dāng)?shù)囟寥粘鰰r(shí)太陽的 方位角之半，a2為當(dāng)?shù)囟寥章鋾r(shí)太陽的方位角之半。它們的角度以正南為 零度，在東為負(fù)，在西為正，日出和日落的方位角是它們的代數(shù)和。a，和d4 之間是一個(gè)等差級(jí)數(shù)，^最小，是首項(xiàng)，Q2是a,加級(jí)差所得到的方位角； a 3是a 2加級(jí)差所得到的方位角；以此類推。ct 4是這個(gè)等差級(jí)數(shù)的末項(xiàng)(這 里項(xiàng)數(shù)n-4)。圖右為左圖的剖面圖，示光導(dǎo)板由下而上各行的光導(dǎo)板的法線傾 角，它們是I行的15。 ， n行的30。和III行的45。。這樣的行數(shù)在高緯度地 區(qū)取2行，在低緯度地區(qū)取3行。這樣的陳列可以保證從日出到日落將太陽能 100%的接收和傳輸。與傳統(tǒng)的塑料薄膜溫室相比，本發(fā)明的特點(diǎn)如下1、 接受的太陽能要增加好幾倍。在塑料薄膜溫室，只有在正午時(shí)分(入 射角9 =0),才有近于100%陽光入射率；冬季太陽髙度角低，入射率普遍很低。 PMMA光導(dǎo)板能在較大的范圍內(nèi)將光能100y。的引入室內(nèi)。2、 散失的熱量要降低1倍以上。在塑料薄膜大棚條件下，其熱量消耗主 要通過覆蓋材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱，占總耗熱量的75%—80%;結(jié)構(gòu)裂縫、門窗 等消耗熱量5%~6%; 土壤橫向傳熱占13%—15%。因此，在東北冬天其白 天有陽光時(shí)的最高棚溫只有20'C，夜晚則低于8^C。在本項(xiàng)目的中空玻璃的高 效引光和隔熱的作用下，其熱量損失可比大棚減少70%以上。在室頂由于用泡 沬球充填，其夜間損失也會(huì)減少80%。由于溫室是規(guī)整的六面體，所以它的散 熱面積要小于傳統(tǒng)的日光大棚，這也可以減少很多熱量損失。3、 日貯夜放的熱量數(shù)倍于大棚。在大棚，入棚的部分陽光，幾乎全照在 植株上(主要在葉部)，直射土壤的僅僅是點(diǎn)點(diǎn)光斑，故土壤升溫低于氣溫， 其所jt熱量很有限。土壤熱容量在自然界是僅次于水的熱容量的物質(zhì)，但這種 土壤的大熱容量在大棚條件下并未得到充分利用。在光導(dǎo)扳射出的陽光，以錐 形光束射出，通過空氣和普通玻璃后，輻射光的上面部分照亮植株，而向下部 分則射向葉、莖、桿下部和土壤，有相當(dāng)多的陽光直接加熱土壤。土壤顏色深、 又潮濕，它能更多地貯存熱量(白天的土溫高于氣溫)。這貯存的大量熱量在 夜晚釋放出來，可保證夜間溫度不會(huì)降低。4、 能更好地發(fā)揮植物體各部分的光合作用效率。據(jù)"十五"攻關(guān)成果， 植物的光合作用除了葉片外，還有花托、葉托、莖、千等的綠色部分，在自然 光照條件下，得到充足陽光的只有葉片的正面，其它各部分就很少或沒有接受 陽光的機(jī)會(huì)，很少有光合作用。在本項(xiàng)目有部分陽光是由下而上照射的，還有 大量散射光，這就可使所有綠色組織起光合作用，可提高植物的碳水化合物的 積累，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。5、 溫濕度調(diào)控能力很強(qiáng)。主要由于南墻的特強(qiáng)的輸光能力，有了它即使 在我國(guó)最冷的城市齊齊哈爾(北緯47° 20')和哈爾濱(北緯45。 45'),在5200610104360.1說明書第3/4頁a 3是a 2加級(jí)差所得 冬季單靠太陽能也足以使室溫達(dá)到髙溫作物所需的溫度。更髙的溫度在需要時(shí) 也可以達(dá)到，只要增加光導(dǎo)板的髙度(面積)。在一般大棚條件下，冬季的通 風(fēng)與保溫是矛盾的，但在本項(xiàng)目由于太陽能極為富裕，為調(diào)濕和供氣(二氧化 碳)的通風(fēng)也可按需進(jìn)行，它不影響溫度的設(shè)定。6、這種溫室可有多種用途，且效率很高。前面是將溫室用于種植，這里 先介紹由于溫濕的可任意調(diào)控，給作物帶來很多好處延長(zhǎng)了光合作用的時(shí)間 (全天日照)；光照由自然光的由上至下，又增加了由下至上，使葉面的正反 面、葉下很少受光的花托、葉托、莖、干等綠色部分都發(fā)揮了其本有的光合作 用。由于陽光從各光導(dǎo)板以圓錐體狀向室內(nèi)散射，室內(nèi)布滿了散射光，又由于 延長(zhǎng)了早晚的光照時(shí)間，這早晚的直射光中散射光量很多。在散射光中紅光和 黃光很多，占50%~60%,其中的紅光對(duì)蔬菜炸物的光合作用是不可或缺的； 由于可加強(qiáng)通風(fēng)，因作物特性和作物不同生長(zhǎng)階段的特殊需要而控制室內(nèi)的溫 濕度也成了可能，這可使作物生長(zhǎng)旺盛，和避免某些微生物造成的病害；由于 通風(fēng)口和室頂普遍增加塑料網(wǎng),可有效防止各種蟲害；生物肥料的使用必須有 較髙溫度，它在塑料大棚的溫度條件下，很難起到好的肥效。本項(xiàng)目為使用生 物肥料提供了理想的溫濕度條件。上述諸多因素必定會(huì)引起溫室種植業(yè)的革命 性變化，大大提高溫室的增產(chǎn)提質(zhì)和增值效果，是綠色生產(chǎn)普及的必要條件。 它可實(shí)現(xiàn)動(dòng)物的溫室養(yǎng)殖，使養(yǎng)殖業(yè)高產(chǎn)和降低成本。 由于可將溫度調(diào)到很高(60"70TC以上)，又可加強(qiáng)通風(fēng)，還可將陽光引 導(dǎo)直射到待干燥物表面，這將使太陽能干燥工藝迸入高效時(shí)代，實(shí)現(xiàn)僅用太陽 能就能對(duì)木材、藥材、果蔬、菌肥等的快速高質(zhì)量的干燥。周圍四墻的高度和圈定的面積可因需要增減，如準(zhǔn)備種植果木就可將墻高 增加到果樹的高度，如擬用大型拖拉機(jī)則高度和院的面積要適應(yīng)拖拉機(jī)的需 要。要特別指出的是南墻的高度與它能接受的陽光量成正比，所以，墻的增高 不會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，還有收^"~當(dāng)用不了太多的陽光時(shí)，還可以光伏發(fā)電并 網(wǎng)。
權(quán)利要求
1、 太陽能多用可調(diào)控溫室可單個(gè)建設(shè)，也可建成"四合院"式的，其特 征在于a、 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光導(dǎo)板增強(qiáng)接受光的能力b、 以冬至日出、日落的方位角和太陽髙度為依據(jù)安排光導(dǎo)板的法線方位 與傾角；c、 全天100%地利用太陽能；d、 可大轜度調(diào)控溫濕度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，以光導(dǎo)板陳列作為整個(gè)南墻面的取光源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，光導(dǎo)板射出的陽光有向上、平射和向下的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，墻底和頂棚均設(shè)可開關(guān)的窗口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，墻底通風(fēng)窗口和天棚設(shè)防蟲網(wǎng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，以風(fēng)流吹(吸)泡沬塑料小球進(jìn)(出)塑 料大扁袋。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，用東、南、西、北的四個(gè)單獨(dú)溫室圍成陽 光大院。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述特征，單獨(dú)溫室或溫室群四合院可根據(jù)作物株高 和耕作機(jī)械需要確定墻髙和陽光大院范圍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，陽光大院做耕作區(qū)和貯熱區(qū)。
10、根據(jù)權(quán)利要求l所述特征，太陽能有多余的，光導(dǎo)板耦合光伏電池板 發(fā)電，供照明。
全文摘要
太陽能多用可調(diào)控溫室利用太陽能和保溫通風(fēng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)溫濕度在很大范圍內(nèi)的有效調(diào)控，故可應(yīng)用于蔬菜、果木的溫室栽培，食用菌、菌肥和發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)，動(dòng)物溫室養(yǎng)殖以及農(nóng)副產(chǎn)品、木材和藥材等的高效干燥。由單個(gè)溫室圍合成的“四合院”式溫室群及其陽光大院，可供機(jī)械化耕作。其關(guān)鍵構(gòu)件是由光導(dǎo)板和玻璃組成的中空玻璃，它可將陽光100％地傳入室內(nèi)，而很少損耗；其關(guān)鍵組合是光導(dǎo)塊的陳列結(jié)構(gòu)，它可使陽光從日出到日落全天得到100％的利用，是一般采光設(shè)備效率的幾倍，這對(duì)植物的高質(zhì)高產(chǎn)起極大作用，也擴(kuò)大了溫室的其它用途和效益。
文檔編號(hào)A01G9/24GK101120644SQ200610104360
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者宋子嶺, 李芳亮, 鐘顯亮 申請(qǐng)人:宋子嶺