專利名稱：天然冷熱的開發(fā)及農業(yè)生產應用技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新能源開發(fā)和農業(yè)生產兩方面技術目前在新能源開發(fā)利用方面太陽能的利用最為廣泛，但多為現(xiàn)集現(xiàn)用，特別是在農業(yè)生產的用熱方面，受自然氣候冷熱晴陰的直接影響仍然很大，仍然擺脫不了靠天吃飯的被動局面。與太陽能相對應的冬天的冷能源的開發(fā)利用幾乎處于空白，巨大的冷能資源年復一年自生自滅。
本發(fā)明要解決的問題是將夏天的熱能、周年的太陽能和工農業(yè)余熱；將冬天的冷能大量長期貯存于地下，反季再將被貯冷熱取出用于農業(yè)的降溫和升溫生產。
地球本身就是一個巨大的貯存庫，夏季能吸收貯存大量的太陽能，既緩解了夏天的炎熱，也能在冬天放出熱能緩解寒冷，反之亦然，冬天吸收貯存冷能換出熱能既能緩和嚴冬的寒冷，又能在夏天放出冷能緩和炎熱，地球冷熱交替貯進換出的結果，起到了調節(jié)四季氣候的輔助作用。但地球貯存冷熱是自然的，也是被動的，大量冷熱只能貯存于極淺的表層，特別是冷熱貯存互為交替進行，從而使得很難向地層深處大量貯存。本發(fā)明就是利用地球既能大量貯存冷熱，同時又有良好的保溫隔熱的特性，在地下深層建造貯存庫，即在地下挖一長洞，在洞下順洞長設一通風道并在洞末端與主洞相通，洞內填滿卵石、鐵球和塑料水袋等介質材料，既做貯存介質，更起二傳作用。冷貯存的過程是將冬季夜間冷空氣做為一傳介質，用通風機將其從通風道送入洞末端，再經洞內介質之間的空隙排出洞外，從而使洞內介質和洞四周首先吸收冷能，換出熱能。其后洞內介質做為二傳介質再將冷能傳遞給洞壁四周深層的土壤或巖石，并換出熱能。如此反復用冷換熱直至向洞壁深層大量貯存冷能。貯熱的過程與之相同，只是將一傳介質換為夏天的熱空氣、經太陽能集熱裝置集熱后的更高溫度的熱空氣和除塵后的工農業(yè)余熱等熱空氣。
由于貯存庫建在地下深處，深層土壤或巖石能大量吸收貯存冷熱，而淺層土壤或巖石又能起到很好的保溫隔熱作用，加之冷熱貯存分開，地下深層貯存冷熱不受外界氣候冬冷夏熱和夜冷晝熱的抵消損耗，所以地下貯存冷熱是一種既方法簡單投資小，又能大量貯存冷熱的有效方法。
以下結合附圖和具體實施方法對本發(fā)明做進一步的詳細說明。


圖1是貯存洞結構示意圖，圖中1為冷熱傳遞二傳介質，可以是卵石，也可以是塑料袋裝水縱橫疊放，當用水袋做介質時，洞頂要做成平直型，洞兩壁要進行磚砌防護，表面平滑，疊加水袋時，預留出因冷熱膨脹的余地。2為洞下通風道，末端與主洞相通。3為土隔層，4為冷熱傳遞孔，為了克服土壤巖石導熱性能差的貯能弱點，可在洞四周密打小孔，孔內可置水袋和金屬等導熱性能好的三傳介質，以促進冷熱的快速貯進和取出。當用金屬做三傳介質時，需用土將孔內空隙填實，孔口密封隔氧防氧化。地下貯存庫既可建在任何地下，更適合建在山內，建在山內的形式有兩種，其一為直接在山底向山內挖洞，如同上述方法一樣在洞內設置二傳、三傳介質進行冷熱貯存。其二為利用自然界長期形成的峽谷、壕溝等進行貯存庫建造與冷熱貯存。圖2是利用淺溝地形建造貯存庫示意圖。圖中A為山體部分，B為壕溝部分，將山體上部的土回填入溝內，在回填的同時逐層建造貯存冷熱的貯存通道和用于植物休眠貯存的“土冷庫”及生產所用地下栽培室等設施，最終形成地上為平地，地下為貯存冷熱庫及其它生產場地。圖中1為建于山體內的貯存洞，其構造可以是如同
圖1所示的人工開挖內填介質的形式，也可以是應用非開挖鋪管技術用機械先打孔，然后向孔內鋪設管道和介質材料。最為合理的是在溝兩側向山內橫向挖洞，如圖中6、7所示。2為貯存道，所謂貯存道是在向溝內回填土時，逐層鋪設的貯冷貯熱通道，其結構如圖3所示，可以是用卵石壘成的a型道，也可以是用磚或混凝土預制板砌成通道，其道下放置部分塑料水袋做介質，上部留有通風換冷換熱空間的b型道，還可以是不放二傳介質，以加大通道密度促進快存快取的c型道。所有貯存道既可單獨建造，一端進風一端排風，又可串聯(lián)成如圖4所示的s型，每兩條貯存道的連通處還可以任意設置無二傳介質的c型道，即圖中a、b，設置多條進出通道的作用在于，可通過控制每條通道的開關進行分段貯進和分段取出，特別是對于貯冷庫取出冷源時可克服因冷凝霜堵塞，而增設的專用道。取冷道為中間無任何二傳介質的凈空管道，其末端與其它多條貯存道互通，換出冷空氣時，濕熱空氣從取冷道送入，從貯存道排出，逐步降溫冷凝，可克服冷凝霜堵塞，之后則可將濕熱空氣從取冷升溫后的貯存道送入從溫度低的貯存道排出，如此逐道提取出冷源。貯冷貯熱時還可將冷熱空氣集中從取冷道送入，從多條貯存道排出可提高貯存效率。貯存道既可順溝長方向排列，也可垂直溝長方面排列。由于貯存道是露天鋪設好后再回填土，逐層鋪設，所以在兩條貯存道之間還可埋入導熱性能好的金屬材料以進一步促進快存快取。土壤的導熱和貯存冷熱與其含水量成正比；含水量大，冷熱傳遞快，貯存量也大，所以在整個貯存庫內均勻設置補水道，補水道的四周做成均勻布置的小通孔，補水時將水灌入補水道，再經小通孔滲入土中。設有補水道的貯存庫，其貯存道需密封，以防水滲入道內。在貯存庫的土壤中設置溫度和濕度探測器，隨時監(jiān)測溫度和濕度以指導水份補充和冷熱貯進取出。圖2中的4為“土冷庫”，其構造為大容積的長洞，庫外四周建有貯存道，冬天將大量冷能貯存于“土冷庫”四周的土壤內，使“土冷庫”內達到0℃以下，可用于植物根莖延長休眠貯存、冷藏貯存和其它需0℃以下的貯存，當用做需0℃以上的果蔬保鮮時可通過庫壁四周土壤冷、熱、存、取加以調節(jié)。“土冷庫”的建筑結構可以是頂部覆蓋混凝土的平頂結構，也可以是用料石砌成的拱形結構，拱形構造的好處在于承壓能力強，5為回填土，8為建于回填土內的用于養(yǎng)植種作所用的地下室。9為建成后的頂部平地面。圖5是將冷熱貯存庫建在既深又陡的土質峽谷內的示意圖。貯存庫構造與圖2所示的完全相同，其中A為山體。B為峽溝。1為貯存道。2為貯存洞或貯存道。3為回填土取土部位，將陡壁取土后變?yōu)榫徠?，可進行種草植樹以保水土流失。4為回填土，也是貯存土。5為排水溝。當峽溝縱向較長時，冷熱貯存庫可建在峽溝的前端或中段，后段還可做蓄水壩。上述冷熱貯存庫既可建在土山里。也可建在石山里，在石山建造時，可將均勻的較大的石塊在溝谷壘成多條大斷面的貯存道，道與道之間用土、砂或其它細碎物隔開，可多層建貯存道，最上層用碎石、表層用土厚覆蓋保溫。冷熱貯存庫建在平地下時，既可用挖出深溝逐層建貯存洞的方法建造，也可先打出豎井，然后再水平向四周挖建成放射狀的貯存道，還可以利用非開挖鋪管技術，無需開挖大量土方即可在地下9米深處挖出最長達300米的通道，通道內再鋪入防護管或只以空氣做介質、或在管內再設置卵石等二傳介質，即可進行貯冷貯熱。無開挖鋪管方法可在地下同一水平多條通道并列，垂直方向多層通道布置。為增加貯存土的含水量也可設置補水管道。利用非開挖鋪管技術進行冷熱庫建設和貯存方法最適合于已建成住宅的周圍空地下甚至地基下建造，特別適用于農村自建冷熱庫，冬天取暖夏天降溫之用，當用于居室冷暖空調時可將室外自然空氣送入冷熱庫降溫和升溫后直接輸送入居室，將居室排出空氣再送入冷熱庫換冷換熱后再送居室循環(huán)式調溫，既節(jié)省居室換熱器的投入又能高效利用冷熱源。不同結構的貯存庫其冷熱貯存的方法是一樣的，熱貯存時，以夏天的自然熱空氣、周年的太陽能集熱升溫的熱空氣、將工業(yè)余熱除塵后的高溫空氣為一傳介質，用風機送入貯存洞或貯存道內換冷降溫后從洞或道的另一端排出，對于貯存道內無二傳介質的，熱源首先被道四周土壤或巖石吸收，然后再向深處傳遞，對于有二傳和三傳介質的，大量熱源首先被二傳介質吸收，然后再傳遞給三傳介質和四周深層土壤或巖石，通過日復一日地貯存，從而達到能向土壤和巖石更深層更高溫度的大量熱貯存。冷貯存的方法與熱貯存的不同點在于二傳介質為冬季夜間低溫空氣。為了獲得比自然冷空氣更低溫度的冷源，可在地下或地上建造空氣壓縮制冷室，室內設置換熱器，室外設置空氣壓縮機，利用夜間低溫空氣和低峰用電、用空氣壓縮機將室外冷空氣高壓壓縮進制冷室，使其增壓升溫，然后將室外空氣或水，常壓送入制冷室內的換熱器中換出因增壓升溫的熱量，待室內高壓空氣與室外常壓空氣的溫度相近時，將室內高壓空氣減壓降溫即可得到比室外空氣低三十多度的更低溫度的冷空氣，用此法可促成更低溫度的大量冷能貯存。冷熱貯存庫既適用于長期貯存，也適用于短期貯存，特別是以水袋為二傳介質的貯存庫，短期貯存效果更佳。在我國，北方冬季取暖用熱量大，南方則是夏季降溫用電量大，為了充分開發(fā)利用夜間低峰電能源，南方可在夏日的夜間利用壓縮空氣制冷的方法獲得冷源并短期貯存，以用于白天或短期內降溫所用，北方則可在冬天的夜間低峰用電期將電能轉換成熱能并短期貯存，同樣用于之后短期內的升溫所用。此法也是開發(fā)利用低峰電能源的一個有效途徑。
冷熱貯存應用于農業(yè)生產的方法是在冬暖夏涼四季溫度相對恒定的地下建造地下室，利用冷熱貯存將地下室分別調控成微生物、植物和動物不同生長期所需最適溫度的不同溫度的恒溫室進行流水生產。為滿足植物栽培中對“晝夜”溫差的需求，可再將同一生長期的兩個地下室調控成一個適合于光合作用時的相對高溫室，一個調控成光周期黑暗時的相對低溫室，兩室植物24小時內互換即可解決植物對日溫差的需求。植物生育速度最快的是在自生長活動起點溫度至上限溫度前的3-4℃內晝夜溫度相同的恒溫條件下，將地下室調控成最適溫度的恒溫室則能促成最快發(fā)育栽培。在生產過程中的通風換氣和溫濕度調節(jié)方法是利用外界自然氣溫晝高夜低的日溫差資源再經冷熱貯存庫進一步調節(jié)后用于通風換氣和調溫調濕。調節(jié)地下室二氧化碳和氧氣含量的另一途徑是將農村磚瓦石灰等工業(yè)爐排氣除塵和除去有害氣體后送貯存庫進行熱貯存，然后將貯熱庫換冷降溫的高二氧化碳低氧含量的氣體進一步調溫后用地下室植物栽培所用，高二氧化碳能促進光合作用，低氧能抑制植物呼吸和病蟲害發(fā)生。將農作物秸桿和雜草樹葉等焚燒也可獲得熱能貯存、低氧和高二氧化碳含量氣體及草木灰肥料的綜合資源開發(fā)利用。地下室的光照采用人工光源，由于地下室不受外界晝明夜暗的影響，所以更有利于對光照的強弱、長短、波長和顏色的調控和利用。利用冷熱貯存在地上進行植物栽培的方法是在半地下式日光溫室的前后墻內增設以塑料袋裝水為介質的冷熱貯存床，將冷熱貯存庫的冷熱源送入貯存床內短期貯存，可起到調節(jié)室內溫度之作用，頂部覆蓋物熱季為反射陽光薄膜，可反射80％的太陽熱，在炎夏和中午自然氣溫較高時，還可增設遮陽幕進一步遮陽降溫，半地下室的地溫又相對較低，多方作用可促成地上熱季低溫種作的目的，冷季則將頂上薄膜更換為一般塑料薄膜又可起到增溫保溫作用，利用熱貯存庫的熱能對溫室貯存床二次貯熱調溫，對溫室內適溫換氣，加之半地下的地溫和保溫作用，同樣也可促成冷季高溫種作，圖6為半地下式日光冷暖室示意圖，圖中1為隨季節(jié)變化而可調換的塑料膜，2為以塑料袋裝水為介質的貯存床，3為加厚保溫墻，4為磚墻，5為加固兼隔離帶，6為支柱。
權利要求
1.一項地下貯存天然冷熱及其應用技術，其中貯存洞的構造為在地下或山內深處挖出一條條型長洞，洞底下順洞長方向建有通風道，并在末端與貯存洞相通，洞內填滿卵石(或塊石)和塑料水袋等介質材料，洞壁四周垂直于洞長方向密打細長小孔洞，小孔洞內或通入通風管，或置入塑料水袋，或埋入金屬材料；貯存道則是建在兩山之間的峽溝內，其結構為(1).用卵石或塊石壘成中間留有不少于30％空隙的條狀型，(2).用磚或混凝土預制板砌成矩型長洞，洞的下部放置塑料水袋，(3).用磚或混凝土預制管鋪砌成的其內不放任何介質的空道，貯存道可順峽溝方向，也可垂直峽溝方向水平并列布置，然后用溝兩側山頂之土回填并夯實，并使貯存道覆土達到一定厚度，其上再建貯存道再覆土夯實，可多層疊建，最上層頂部用厚土覆蓋用以隔熱保溫，貯存道最少需兩道末端相通，使兩道口成為一進風口一排風口，也可多條貯存道首尾互通成S狀；在平地或山內用非開挖鋪管技術打出橫向并列豎向隔土疊加的貯存道組合；在地下建造地下室；在地上建造半地下式日光溫室，其頂部覆蓋物熱季為反射陽光薄膜；其特征在于所有貯存庫都是建在地下深處，貯冷時，在冬季夜間以夜間低溫空氣為一傳介質，用風機將冷空氣送入貯存洞或貯存道內，并經庫內卵石、水袋等二傳介質之間的空隙排出，從而使二傳介質和四周土壤(巖石)吸收冷熱，白天氣溫升高時停止通風，留出半天時間讓充分吸收冷源的二傳介質和四周土壤(巖石)再向較深層土壤(巖石)和洞四周小孔洞內設置的水袋、金屬等三傳介質向更深處傳入冷源換出熱源，晚上氣溫下降時重復上述過程，日復一日直至將外界自然冷源大量貯入貯存洞和貯存道四周更深層的土壤和巖石中；熱貯存的原理和方法與冷貯存相同，所不同的是一傳介質為夏天的熱空氣、周年的太陽能集熱升溫后的熱空氣和除塵后的工農業(yè)爐窯高溫熱空氣；冷熱貯存庫的主要冷熱能是貯存在庫內貯存洞和貯存道四周深層的土壤和巖石中，而距地面一定厚度的土壤或巖石則是貯存庫的隔熱保溫層；利用冷熱貯存，向地下室通入冷空氣或熱空氣再向地下室四周土壤貯入冷或熱，將多個地下室在原有的地溫基礎上調控成生產所需的不同溫度的恒溫室，通過流水作業(yè)的方式即可達到食用菌、種作和養(yǎng)殖等農業(yè)生產最適溫度環(huán)境的生產，在生產過程中的通風換氣則是利用一日中晝高夜低的日溫差資源，再經冷熱貯存庫進一步調溫就可得到所需溫度的換氣空氣用以換氣，對有工業(yè)爐余熱貯存的生產地，將工業(yè)爐高溫排氣除塵和過濾掉有害氣體并貯熱降溫后，利用自然空氣和冷貯存進一步調整溫度和氧氣與二氧化碳的含量后可用于地下室植物栽培所用，高二氧化碳能促進光合作用，低氧則能抑制植物呼吸和病蟲害發(fā)生，還可減少通風換氣量；地上半地下式日光溫室反季生產過程是熱季用反射陽光薄膜覆蓋，既可反射掉80％的太陽熱，又能保證光合作用所需光源，利用冷貯存對溫室內進行換氣和調溫，中午和炎夏再利用常用的遮陽幕進行遮陽降溫，多方作用即可促成較為理想的適溫栽培環(huán)境，冷涼季節(jié)則將反射陽光膜更換為一般塑料薄膜，可起到增溫保溫作用，利用熱貯存可對溫室進行進一步調溫和適溫換氣，同樣能達到較為理想的栽培環(huán)境。
2.根據權利要求1所述的地下貯存天然冷熱及其應用，其特征在于冷熱庫是建在山谷內的。
3.根據權利要求1所述的地下貯存天然冷熱及其應用，其特征在于半地下式日光溫室熱季用反射陽光薄膜覆蓋，冷季則用一般塑料薄膜覆蓋，溫室前后墻內設有貯冷貯熱床。
全文摘要
本發(fā)明利用地球能大量貯存冷熱的特性,充分利用土壤和巖石既能吸收貯存在大量的冷熱又能起到良好的隔熱保溫的特點,在地下深處挖出長洞,洞內置以卵石和塑料水袋等二傳介質,以冬天的冷空氣、夏天的熱空氣等為一傳介質,用風機送入洞內將冷熱首先傳遞給二傳介質,之后再逐步傳遞給調整深層土壤或巖石,在地下建造地下室,用冷熱貯存將地下室調控成生產所需的不同溫度的恒溫室,即可促成流水式的溫農業(yè)生產。
文檔編號A01G9/24GK1276505SQ9910827
公開日2000年12月13日 申請日期1999年6月6日 優(yōu)先權日1999年6月6日
發(fā)明者李海泉 申請人:李海泉