設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，包括：設(shè)置于大棚或日光溫室內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)換向閥；以及并行設(shè)置且受控于自動(dòng)控制單元的太陽(yáng)能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過(guò)熱泵技術(shù)，綜合利用太陽(yáng)能、大棚或日光溫室內(nèi)的空氣源以及大棚或日光溫室外部周圍的水源，為大棚或日光溫室內(nèi)的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災(zāi)害，為作物寒冷季節(jié)正常生長(zhǎng)、豐收奠定了基礎(chǔ)；也用于作物高溫季節(jié)降溫除濕的需要。
【專利說(shuō)明】設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及設(shè)施農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代農(nóng)業(yè)標(biāo)志之一是設(shè)施農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)又以大棚或日光溫室及其水利與能源設(shè)施的配套為代表。大棚和日光溫室是高效日光效應(yīng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)，秋冬春三個(gè)季節(jié)，尤其以春節(jié)市場(chǎng)供應(yīng)為突出的大量的跨季節(jié)、跨地區(qū)、出口外銷的新鮮瓜果蔬菜、畜禽蛋魚(yú)、花卉等農(nóng)業(yè)產(chǎn)品基本來(lái)自于大棚和日光溫室。
[0003]我國(guó)內(nèi)蒙古高原、青藏高原、黃土高原、南疆戈壁等廣袤的農(nóng)村，有大量閑置的或可開(kāi)辟利用耕種的土地，也有眾多閑置勞動(dòng)力。在這些地區(qū)，經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜等農(nóng)作物逐漸依賴大棚或日光溫室得以改善和培植。但單純的大棚或日光溫室建筑體不是設(shè)施農(nóng)業(yè)。這些地區(qū)的大棚或日光溫室僅是解決了干旱、大風(fēng)條件下的種養(yǎng)殖，冬季由于嚴(yán)寒的影響絕大多數(shù)大棚或日光溫室閑置。
[0004]所謂設(shè)施農(nóng)業(yè)就是通過(guò)大棚、日光溫室、水電、設(shè)備設(shè)施的建設(shè)，人工創(chuàng)造適宜的農(nóng)業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。秋冬春三個(gè)季節(jié)既是大棚和日光溫室設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益最高、性價(jià)比最高的時(shí)期，又是面臨低溫災(zāi)害影響最嚴(yán)重的時(shí)期，尤其我國(guó)北方、西北、西部、西南地區(qū)都存在需要從根本上解決抗御低溫災(zāi)害的問(wèn)題。在這些地區(qū)，低溫災(zāi)害年年有，輕則導(dǎo)致連年大面積的根本性的減產(chǎn)，重則絕產(chǎn)。并且，由于生長(zhǎng)環(huán)境低溫不利，很多地區(qū)的農(nóng)戶不得已采取促生劑等方式實(shí)施補(bǔ)償?shù)蜏卦斐傻牟焕绊?，進(jìn)而影響了產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)品的銷售，甚至危及人們的身體健康。
[0005]解決抗御低溫災(zāi)害的辦法實(shí)施過(guò)許多，如:加厚大棚和日光溫室結(jié)構(gòu)性保溫措施，每畝大棚或日光溫室的保溫建造費(fèi)用高達(dá)5?8萬(wàn)元；燒煤或電暖保暖導(dǎo)致生產(chǎn)成本增高，甚至賠本。因而，使得眾多農(nóng)戶或望而卻步，或經(jīng)營(yíng)失敗，或放棄從事農(nóng)業(yè)。
[0006]我國(guó)農(nóng)業(yè)面臨的問(wèn)題就是可耕性土地少、優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品供量少、精細(xì)果蔬品種少、有機(jī)綠色產(chǎn)品少、適宜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)環(huán)境差的局面。人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求的關(guān)鍵時(shí)期是冬季旺需與春季青黃不接，不僅導(dǎo)致價(jià)格不穩(wěn)定，嚴(yán)重的是品質(zhì)不保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，以抗御大棚和日光溫室低溫災(zāi)害，為作物創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，包括:設(shè)置于大棚或日光溫室內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)換向閥；以及
[0009]太陽(yáng)能水源熱泵單元，所述太陽(yáng)能水源熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)的太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，所述地下蓄熱水池內(nèi)設(shè)有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；所述太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能水源熱泵單元的閉環(huán)回路；[0010]氣環(huán)熱泵單元，所述氣環(huán)熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器及設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述氣環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路；
[0011 ] 水環(huán)熱泵單元，所述水環(huán)熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)的水環(huán)蒸發(fā)冷凝器及水環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述水環(huán)蒸發(fā)冷凝器與所述大棚或日光溫室外部周圍的水源連接；所述水環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述水環(huán)冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述水環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路；
[0012]所述太陽(yáng)能水源熱泵單元、所述氣環(huán)熱泵單元及所述水環(huán)熱泵單元并行設(shè)置且受控于自動(dòng)控制單元。
[0013]優(yōu)選，所述太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器為碳纖維幕式太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器。
[0014]優(yōu)選，所述太陽(yáng)能水源熱泵單元還包括設(shè)置于大棚或日光溫室內(nèi)的散熱風(fēng)機(jī)。
[0015]優(yōu)選，所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收位于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部0.5米以下的低溫空氣中的低位熱量；所述氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器將高位熱量釋放在所述大棚或日光溫室內(nèi)1.5米以上的空間。
[0016]優(yōu)選，所述氣環(huán)熱泵單元還包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部的用于強(qiáng)制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，以及設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)上部用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風(fēng)機(jī)。
[0017]優(yōu)選，所述大棚或日光溫室內(nèi)還設(shè)置有用于果蔬或/和藥材冬季降濕防凍的地窖；以及用于果蔬或/和藥材藥材夏季低溫保鮮的儲(chǔ)藏棚，由所述氣環(huán)熱泵單元對(duì)所述果蔬或/和藥材進(jìn)行降濕防凍或者低溫保鮮處理。
[0018]優(yōu)選，所述大棚或日光溫室內(nèi)還設(shè)置有干燥房，由所述氣環(huán)熱泵單元為所述干燥房提供熱風(fēng)對(duì)需要干燥之物進(jìn)行熱風(fēng)干燥處理。
[0019]優(yōu)選，所述壓縮機(jī)由電驅(qū)動(dòng)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0020]優(yōu)選，所述壓縮機(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，所述燃?xì)廨啓C(jī)的排氣回收入所述氣環(huán)熱泵單
J Li o
[0021]優(yōu)選，所述自動(dòng)控制單元包括PLC單片機(jī)。
[0022]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)包括并行設(shè)置的太陽(yáng)能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。其中，太陽(yáng)能水源熱泵單元是寒冬季節(jié)農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)在大棚和日光溫室高效換熱與保溫供暖的主要系統(tǒng)，白天，利用大棚和日光溫室的透光、保溫、密閉的特點(diǎn)，太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器以蒸發(fā)器的模式吸收太陽(yáng)能的熱量，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為冷凝器模式，閉環(huán)回路中的冷媒在太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器吸收熱量蒸發(fā)，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器內(nèi)冷凝，將熱量釋放并儲(chǔ)存于地下蓄熱水池的水中；夜間低溫時(shí)，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為蒸發(fā)器模式，太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器切換為冷凝器模式，閉環(huán)回路中的冷媒在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器吸收蓄存于水中的熱量蒸發(fā)為氣態(tài)冷媒，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器冷凝為液態(tài)冷媒，將熱量釋放于大棚和日光溫室的空間內(nèi)，從而提高了大棚和日光溫室內(nèi)部的夜間溫度，滿足作物夜間保溫供暖的需要。
[0023]連續(xù)陰天缺少日光照度的時(shí)期，或在太陽(yáng)能輻照量比較低的地區(qū)，難以通過(guò)運(yùn)行太陽(yáng)能水源熱泵單元來(lái)滿足大棚或日光溫室內(nèi)的作物保溫供暖的需要。此間，自動(dòng)控制單元啟動(dòng)氣環(huán)熱泵單元，利用大棚或日光溫室的室內(nèi)空間溫度梯度大、氣流自然流變小、土壤(或墻體)放熱等特點(diǎn)，通過(guò)氣環(huán)熱泵單元，其閉環(huán)回路中的冷媒在氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收大棚或日光溫室內(nèi)底部空氣的低位熱量而蒸發(fā)為氣態(tài)冷媒，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在大棚或日光溫室內(nèi)的上部氣態(tài)冷媒在氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器冷凝為液態(tài)冷媒，同時(shí)將熱量釋放在大棚或日光溫室內(nèi)的上部空間，加熱了大棚或日光溫室內(nèi)的上部空氣，構(gòu)成了以底部空氣源潛熱與上部空氣放熱之間的閉環(huán)加熱，保持室溫不會(huì)繼續(xù)和大幅度下降，以滿足作物保溫供暖的需要。
[0024]當(dāng)持續(xù)連陰天，不能運(yùn)行太陽(yáng)能水源熱泵單元；且冬季氣溫很低不利于空氣源蒸發(fā)吸熱，不能運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元時(shí)，此間，自動(dòng)控制單元啟動(dòng)水環(huán)熱泵單元，充分利用大棚或日光溫室外部周圍的水源，其閉環(huán)回路中的冷媒在水環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收水源的低位熱源而蒸發(fā)為氣態(tài)冷媒，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在大棚或日光溫室內(nèi)的水環(huán)冷凝蒸發(fā)器冷凝為液態(tài)冷媒而釋放熱量，以滿足作物保溫供暖的需要。
[0025]當(dāng)進(jìn)一步在大棚或日光溫室內(nèi)建造用于冬季存貯果蔬、藥材等的地窖，通過(guò)運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元對(duì)果蔬、藥材可以起到降濕防凍的作用；建造用于對(duì)果蔬、藥材等夏季低溫保鮮的儲(chǔ)藏棚，通過(guò)運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元對(duì)果蔬、藥材可以起到低溫保鮮作用；建造干燥房，通過(guò)運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元，可以為干燥房的上部提供熱風(fēng)，對(duì)蘑菇、藥材等進(jìn)行干燥處理。
[0026]綜上，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過(guò)熱泵技術(shù)，綜合利用大棚或日光溫室本體、太陽(yáng)能、大棚或日光溫室內(nèi)的空氣源以及大棚或日光溫室外部的水源，為大棚或日光溫室內(nèi)的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災(zāi)害，為作物寒冷季節(jié)正常生長(zhǎng)、豐收奠定了基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)原理框圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步非限制性的說(shuō)明。
[0030]如圖1和圖2共同所示(圖1中箭頭所示為回路中冷媒流向)，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)包括:設(shè)置在大棚或日光溫室內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)四通換向閥；以及通過(guò)冷媒緩沖分配器并行設(shè)置且受控于自動(dòng)控制單元的太陽(yáng)能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。
[0031]太陽(yáng)能水源熱泵單元包括:設(shè)置在大棚或日光溫室內(nèi)的太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，在地下蓄熱水池內(nèi)設(shè)有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；該太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器、上述的壓縮機(jī)、換向閥、該蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器以及常規(guī)的節(jié)流閥、電磁閥、循環(huán)泵等經(jīng)冷媒管路串接形成太陽(yáng)能水源熱泵單元的閉環(huán)回路(圖中未具體示意出各管路元件)，該閉環(huán)回路內(nèi)充有冷媒。
[0032]其中，太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器優(yōu)選為碳纖維幕式太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器。碳纖維集熱幕是碳纖維織物，織物的強(qiáng)度高，集熱幕用釘子壁掛懸垂安裝于大棚或日光溫室內(nèi)，夏季可以圈起來(lái)收存。冷媒管道穿設(shè)在集熱幕的中間蒸發(fā)式吸熱由集熱幕收集的太陽(yáng)能，再通過(guò)壓縮機(jī)和蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器換取熱量，據(jù)根實(shí)際觀測(cè)，當(dāng)冷凝水溫達(dá)到30°C時(shí)，每平米集熱面積日集太陽(yáng)熱能45兆焦，超過(guò)常規(guī)的太陽(yáng)能集熱器集熱量約5倍，集熱效果好，而其造價(jià)僅是常規(guī)太陽(yáng)能的1/2。在碳纖維幕式太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器的附近還配有散熱風(fēng)機(jī)。
[0033]其中，地下蓄熱水池按所需熱量來(lái)選擇建造容量，采取人工挖坑，三七灰土筑壁，用碳纖維防水布制作用于儲(chǔ)水的水囊，用空心板制作池頂，池頂約I米厚，覆土后即可在其上耕種作物。蓄熱水池是高原缺水地區(qū)蓄水的重要設(shè)施，夏季蓄水，冬季使用，因此，蓄熱水池功能性很強(qiáng)。根據(jù)觀測(cè)，氣溫_33°C的夜間，蓄熱水池的水溫15°C時(shí)，每畝大棚的熱泵輸入功率7瓦，日光溫室熱泵的輸入功率4瓦，就可以保持大棚室溫至少10°C，日光溫室室溫至少12°C。
[0034]太陽(yáng)能水源熱泵單元是寒冬季節(jié)農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)在大棚和日光溫室高效換熱與保溫供暖的主要系統(tǒng)。大棚或日光溫室本體通過(guò)太陽(yáng)輻射得到熱能的現(xiàn)象稱為被動(dòng)式利用太陽(yáng)能；通過(guò)太陽(yáng)能集熱器等裝置加熱水或空氣使用或蓄存太陽(yáng)熱能的稱為主動(dòng)式利用太陽(yáng)能。白天，利用大棚和日光溫室的透光、保溫、密閉的特點(diǎn)，太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器以蒸發(fā)器的模式吸收太陽(yáng)能的熱量，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為冷凝器模式，閉環(huán)回路中的冷媒在太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器吸收熱量蒸發(fā)，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器內(nèi)冷凝，將熱量釋放并儲(chǔ)存于地下蓄熱水池的水中；夜間低溫時(shí)，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為蒸發(fā)器模式，太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器切換為冷凝器模式，閉環(huán)回路中的冷媒在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器吸收蓄存于水中的熱量蒸發(fā)為氣態(tài)冷媒，通過(guò)壓縮機(jī)做功，在太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器冷凝為液態(tài)冷媒而釋放熱量，在散熱風(fēng)機(jī)作用下，強(qiáng)制將熱量釋放并散布于大棚和日光溫室的空間內(nèi)，從而提高了大棚和日光溫室內(nèi)部的夜間溫度，滿足作物夜間保溫供暖的需要。
[0035]氣環(huán)熱泵單元包括:設(shè)置在大棚或日光溫室內(nèi)底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器，及設(shè)置在大棚或日光溫室內(nèi)上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器；該氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、上述的壓縮機(jī)、換向閥、該氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器以及常規(guī)的節(jié)流閥、電磁閥、循環(huán)泵等經(jīng)冷媒管路串接形成氣環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路(圖中未具體示意出各管路元件)，該閉環(huán)回路內(nèi)充有冷媒。
[0036]其中，氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收位于大棚或日光溫室內(nèi)底部最好0.5米以下的低溫空氣中的低位熱量，在大棚或日光溫室內(nèi)的底部還配有用于強(qiáng)制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風(fēng)機(jī)；氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器將高位熱量釋放在大棚或日光溫室內(nèi)最好1.5米以上的空間，在大棚或日光溫室內(nèi)的上部還配有用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風(fēng)機(jī)。
[0037]冬季大棚與日光溫室的最低室溫要求不低于8°C。連續(xù)陰天缺少日光照度的時(shí)期，或在太陽(yáng)能輻照量比較低的地區(qū)，難以通過(guò)運(yùn)行太陽(yáng)能水源熱泵單元來(lái)滿足大棚或日光溫室內(nèi)的作物保溫供暖的需要。此間，自動(dòng)控制單元啟動(dòng)氣環(huán)熱泵單元，利用大棚或日光溫室的室內(nèi)空間溫度梯度大、氣流自然流變小、土壤(或墻體)放熱等特點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元，使用大棚或日光溫室內(nèi)部的空氣給自己造熱。具體操作:當(dāng)室溫下降到12°C時(shí)，啟動(dòng)氣環(huán)熱泵單元，首先，大棚或日光溫室內(nèi)底部的蒸發(fā)風(fēng)機(jī)以低速?gòu)?qiáng)制蒸發(fā)的方式換熱，閉環(huán)回路內(nèi)的冷媒吸收室內(nèi)0.5米以下底部低溫空氣中的低位熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)過(guò)程還凝聚了底部空氣的濕氣，降低了底部空氣的比重，使得底部濕氣凝重的空間產(chǎn)生流動(dòng)，蒸發(fā)的冷媒經(jīng)壓縮機(jī)做功攜帶高位熱量，通過(guò)氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器將高位熱量釋放在大棚或日光溫室內(nèi)上部，再經(jīng)高處的冷凝風(fēng)機(jī)將高位熱量釋放在1.5米以上空間，形成空氣加熱，至此構(gòu)成了以底部空氣源潛熱與上部空氣放熱之間的閉環(huán)加熱，保持室溫不會(huì)繼續(xù)和大幅度下降，以滿足作物保溫供暖的需要。
[0038]氣環(huán)熱泵單元在西紅柿、黃瓜、辣椒等大齡、高秸桿時(shí)期保暖的效果尤其好，因?yàn)檫@時(shí)期作物根部與底部具備抗8°C以上低溫的能力，已經(jīng)沒(méi)有怕低溫的花蕾或嫩果，循環(huán)底部空氣有利于降低濕度和二氧化碳濃度，加熱上部空氣則尤其有利于作物授粉和熟果。
[0039]其中，還可以在大棚或日光溫室內(nèi)設(shè)置用于果蔬或/和藥材冬季降濕防凍的地窖；以及用于果蔬或/和藥材夏季低溫保鮮的儲(chǔ)藏棚；由氣環(huán)熱泵單元對(duì)果蔬或/和藥材進(jìn)行降濕防凍或者低溫保鮮處理。例如:在甘肅省甘南藏族自治州卓尼縣將大棚或溫室安裝的冬季保暖用的氣環(huán)熱泵，夏秋季就地在大棚或溫室內(nèi)用薄膜建造簡(jiǎn)易的儲(chǔ)藏棚用于果蔬、藥材等的低溫保鮮。
[0040]未使用本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)之前，夏天菜農(nóng)要將收獲的果蔬先運(yùn)到冷風(fēng)庫(kù)降溫后才能裝車發(fā)運(yùn)，低溫運(yùn)輸保障了果蔬長(zhǎng)途到廣州、上海等地不再會(huì)發(fā)熱或霉?fàn)€，但每公斤果蔬要增加0.5?0.7元的處理費(fèi)用。使用本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)的氣環(huán)熱泵單元，在大棚或日光溫室內(nèi)的田邊地頭，將用保溫棉被封裝好果蔬的運(yùn)輸車，用氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器的抽風(fēng)管配合蒸發(fā)風(fēng)機(jī)對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行抽風(fēng)從而對(duì)果蔬進(jìn)行降溫，30噸位滿載的運(yùn)輸車，在環(huán)境溫度為33°C而果蔬降到5°C用時(shí)僅25分鐘，菜農(nóng)與車主均節(jié)省了費(fèi)用和時(shí)間，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0041]其中，還可以在大棚或日光溫室內(nèi)建造干燥房，由氣環(huán)熱泵單元為該干燥房提供熱風(fēng)對(duì)需要干燥之物例如蘑菇、藥材等進(jìn)行熱風(fēng)干燥處理。氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器的風(fēng)管在底部吸氣并除濕，冷媒吸熱蒸發(fā)經(jīng)壓縮機(jī)做功后，高溫高壓的熱量在干燥房的上部在冷凝風(fēng)機(jī)作用下送為熱風(fēng)，當(dāng)風(fēng)量達(dá)到10000立方米/小時(shí)、出風(fēng)溫度40°C左右時(shí)，其時(shí)間、干度效果均達(dá)到了熱炕烘干的效果。但采用氣環(huán)熱泵單元烘干方式避免了熱炕烘干方式所存在的溫度高、不通風(fēng)而使色澤變深、品質(zhì)不均勻或部分過(guò)度干燥等的問(wèn)題；氣環(huán)熱泵單元比燃煤或燒木柴的熱炕有著顯著的節(jié)能、環(huán)保效果，且保證了干燥之物的品質(zhì)。
[0042]水環(huán)熱泵單元包括:設(shè)置在大棚或日光溫室內(nèi)的水環(huán)蒸發(fā)冷凝器以及水環(huán)冷凝蒸發(fā)器；其中，該水環(huán)蒸發(fā)冷凝器與大棚或日光溫室外部周圍的水源連接；該水環(huán)蒸發(fā)冷凝器、上述的壓縮機(jī)、換向閥，該水環(huán)冷凝蒸發(fā)器以及常規(guī)的節(jié)流閥、電磁閥、循環(huán)泵等經(jīng)冷媒管路串接形成水環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路(圖中未具體示意出各管路元件)，該閉環(huán)回路內(nèi)充有冷媒。
[0043]其中，大棚或日光溫室外部周圍的水源主要包括河水源、井水源、苦咸水源等低位熱源。我國(guó)西部許多地區(qū)，如甘肅省的河西走廊、新疆自治區(qū)的南疆地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的西蒙地區(qū)，地面水資源相當(dāng)匱乏，而地下卻有豐富的苦咸水，可以通過(guò)水環(huán)熱泵單元而充分利用。
[0044]當(dāng)持續(xù)連陰天，不能運(yùn)行太陽(yáng)能水源熱泵單元；且冬季氣溫很低不利于空氣源蒸發(fā)吸熱，不能運(yùn)行氣環(huán)熱泵單元時(shí)，此間，自動(dòng)控制單元啟動(dòng)水環(huán)熱泵單元，充分利用大棚或日光溫室外部周圍的水源來(lái)為大棚或日光溫室內(nèi)部制熱，滿足作物保溫供暖的需要。冷媒經(jīng)水環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收大棚或日光溫室外部周圍水源的低位熱量而蒸發(fā)，再經(jīng)壓縮機(jī)做功，在水環(huán)冷凝蒸發(fā)器釋放熱量，該水環(huán)冷凝蒸發(fā)器為水冷換熱式冷凝器，水冷換熱冷凝器設(shè)有多個(gè)出水駁接管口，可將熱量蓄存在地下蓄熱水池中，或經(jīng)地下管道直接提升土壤的溫度，或經(jīng)床架管道提升蘑菇培育床的溫度，或經(jīng)二次換熱器加熱無(wú)土栽培床的溫度，或經(jīng)套管加熱水培營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)管道的溫度，極好的解決了大型大棚或日光溫室農(nóng)業(yè)園藝供熱問(wèn)題，并完全取代了燃料鍋爐供熱。我國(guó)西部許多地區(qū)，如甘肅省的河西走廊、新疆自治區(qū)的南疆地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的西蒙地區(qū)，地面水資源相當(dāng)匱乏，而地下卻有豐富的苦咸水，而且，這些地區(qū)冬季氣溫很低不利于空氣源蒸發(fā)吸熱的使用，再就是培植蘑菇、水培蔬菜、無(wú)土栽培、有機(jī)栽培等種植方式不能僅僅使用空間加熱，因此，水環(huán)熱泵單元突顯出其多用途、多功效。同時(shí)，這些地區(qū)有廣博的土地，通過(guò)修建專用的覆膜式蓄水池大棚，充分利用此水環(huán)熱泵單元來(lái)加熱蓄水池內(nèi)的水，池內(nèi)水既可以蓄熱，又可以澆灌作物。
[0045]在甘肅省天水市甘泉農(nóng)場(chǎng)一座4032 Hl2芹菜苗培育大棚，50萬(wàn)株價(jià)值25萬(wàn)元。芹菜苗期如果溫度低于8°C則會(huì)出現(xiàn)抽薹而導(dǎo)致芹菜不能食用。原本有太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)，但2012年12月份遭遇歷史未有過(guò)的連續(xù)16天連陰天，最低氣溫-18°C，太陽(yáng)能水源熱泵單元與氣環(huán)熱泵單元都不能運(yùn)行，通過(guò)運(yùn)行水環(huán)熱泵單元，利用2?4°C水溫的河水經(jīng)水環(huán)熱泵系統(tǒng)取熱，維持了大棚室溫和地溫10°C以上，確保了作物正常生長(zhǎng)、收獲，避免了給菜農(nóng)造成經(jīng)濟(jì)損失。
[0046]在甘肅省皋蘭實(shí)驗(yàn)基地，通過(guò)運(yùn)行水環(huán)熱泵單元，采用苦咸水取熱，維持了十七座日光溫室培植引進(jìn)的無(wú)限生長(zhǎng)西紅柿水培育苗、有機(jī)培定植和土培定植的正常運(yùn)營(yíng)。
[0047]其中，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)所用壓縮機(jī)可為常規(guī)的電驅(qū)動(dòng)方式。但在沒(méi)有電的偏遠(yuǎn)、高原、高寒地區(qū)，可以使用灌裝煤氣、壓縮天然氣等作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料，用燃?xì)廨啓C(jī)直接通過(guò)滑差離合器連接驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣再由氣環(huán)熱泵單元回收，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)取得成功。還可以使用經(jīng)過(guò)處理的沼氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，燃料燃燒轉(zhuǎn)換為電能，其能源利用效率僅為30%，熱泵COP平均值為3，則電動(dòng)熱泵的能源利用率為0.9。燃料直接變?yōu)閯?dòng)力的能源利用率為90%，燃料排氣熱泵再回收效率平均為55%，所以，燃?xì)廨啓C(jī)熱泵的能源效率，比電動(dòng)熱泵高約50%。同時(shí)，在農(nóng)村很多大棚或日光溫室距離電源較遠(yuǎn)，輸電容量較低，使用電動(dòng)熱泵將會(huì)出現(xiàn)很多麻煩的配套問(wèn)題和資金問(wèn)題，而使用燃?xì)廨啓C(jī)熱泵則可輕易解決使用和收存等問(wèn)題。實(shí)際操作證明:一臺(tái)改造的3.5馬力汽油機(jī)，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)3匹活塞式壓縮機(jī)，裝備一座600平米的日光溫室，一罐15公斤的液化石油氣可以運(yùn)行47天。
[0048]其中，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)的自動(dòng)控制單元主要包括PLC單片機(jī)，基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人職守，可以實(shí)現(xiàn)以下智能化管理:
[0049](一)按溫度設(shè)置控制碳纖維幕式太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器自動(dòng)換熱、散熱；
[0050](二)低溫自動(dòng)啟動(dòng)供熱、中溫自動(dòng)待命、高溫自動(dòng)啟動(dòng)制冷；
[0051](三)水壓聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)熱泵、熱泵聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)水泵；
[0052](四)回氣溫度過(guò)低或排氣溫度過(guò)高保護(hù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)回復(fù)正常；
[0053](五)設(shè)有大氣溫度檢測(cè)、溫室空間溫度檢測(cè)、壓縮機(jī)回氣溫度和壓力檢測(cè)、壓縮機(jī)排氣溫度和壓力檢測(cè)、地下蓄熱水池水溫檢測(cè)、排風(fēng)溫度檢測(cè)、供水溫度檢測(cè)、排水溫度檢測(cè)、土壤地溫檢測(cè)等全方位數(shù)據(jù)觀測(cè)，熱泵機(jī)組工況狀態(tài)與操作的直觀效果良好；
[0054](六)控制顯示采用LED數(shù)碼顯示屏，人機(jī)對(duì)話采用按鈕，設(shè)有人工強(qiáng)制開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)，增加了操作者管理的靈活性。
[0055]本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)中的太陽(yáng)能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元及水環(huán)熱泵單元并行設(shè)置且均受控于上述的自動(dòng)控制單元，不同的熱泵單元之間可以根據(jù)實(shí)際狀況自動(dòng)切換，為大棚或日光溫室內(nèi)的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。
[0056]本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)不局限于低溫時(shí)為大棚或日光溫室內(nèi)的作物提供保溫供暖條件。在夏季高溫季節(jié)，當(dāng)大棚或日光溫室內(nèi)溫度過(guò)高不利于作物正常生長(zhǎng)時(shí)，也可以運(yùn)行本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過(guò)切換蒸發(fā)器與冷凝器之間的蒸發(fā)/冷凝模式，使熱泵系統(tǒng)處在制冷狀態(tài)，將大棚或日光溫室內(nèi)的熱量散發(fā)至室外，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行降溫，避免作物被烘烤灼傷，為作物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。熱泵制冷屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)，在此不再詳細(xì)贅述。
[0057]本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，自2008年起，在新疆、內(nèi)蒙、寧夏、甘肅、青海、西藏、陜西、四川等高海拔、高旱、高寒地區(qū)進(jìn)行高原夏菜冬季生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)與推廣性應(yīng)用，取得了良好的效果。設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)配套成本每平方米40?60元，相當(dāng)于大棚或日光溫室保溫建設(shè)費(fèi)用的50%，相當(dāng)于燃煤熱水鍋爐與金屬暖氣片供暖系統(tǒng)配套建設(shè)費(fèi)用的50%。每平方米每天用電0.2度左右，相當(dāng)于0.2公斤煤的價(jià)格，相當(dāng)于相同工況下燃煤成本的50%。因此，投入及運(yùn)行成本較低，經(jīng)濟(jì)效益客觀。
[0058]設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)以滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚或日光溫室保暖、干燥、保鮮、除濕、降溫等綜合需要為目標(biāo)，集被動(dòng)式與主動(dòng)式利用太陽(yáng)能、復(fù)合利用空氣源與水源熱泵功效、大棚與日光溫室內(nèi)調(diào)溫保暖除濕與農(nóng)產(chǎn)品冷藏保鮮、以及電力驅(qū)動(dòng)與燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)等多功能于一體的多功效新能源組合的系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)五年實(shí)驗(yàn)與觀測(cè):熱泵輸入每千瓦時(shí)電能可以轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能光熱的轉(zhuǎn)換能效比達(dá)到1:7?10 ;每平方米面積大棚或溫室配置的熱泵輸入功率3?6瓦；熱泵加熱每噸水每提升I°C水溫的電耗0.36度；同比草莓溫室的試驗(yàn)，上市時(shí)間提早17天，果重提高43%，果肉含糖率的成熟度提高76%。在3060米海拔的高原種植的山東濰坊濰縣蘿卜，按原產(chǎn)地土壤與水中氮、磷、鉀、鈣、錳、鋅、鐵、銅等營(yíng)養(yǎng)成分和微量元素，尤其溫度、濕度、水質(zhì)(鹽度)還原調(diào)控，蘿卜的外形尺寸與原產(chǎn)地相同，由于使用祁連山的雪水澆灌其口感優(yōu)于原產(chǎn)地。
[0059]設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)的發(fā)明從根本上滿足了大棚和日光溫室設(shè)施配套的需要，可歸納為:
[0060](一)從根本上抗御了秋冬春低溫災(zāi)害，作物保暖的最大溫差可達(dá)到42°C；
[0061](二)作物成熟上市時(shí)間提前15天以上，品質(zhì)有明顯的改善；
[0062](三)秋茬作物推后15天，春茬作物由3月上旬提前到正月十五即可；
[0063](四)人工環(huán)境改善了室溫、濕度、底部氣體成分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)；
[0064](五)日光溫室有機(jī)栽培擴(kuò)大了冬季蔬菜品種，無(wú)限生長(zhǎng)西紅柿等作物得以在西北高原高寒地區(qū)冬季生產(chǎn)，滿足供給，免除內(nèi)地運(yùn)進(jìn)成本，市場(chǎng)價(jià)格降低60% ；
[0065](六)每畝大棚或日光溫室保暖建設(shè)的投入減少約占總投資50%；
[0066](七)農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)綜合性的滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的供熱保暖、制冷保鮮等需要；
[0067](八)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依靠溫度、濕度、陽(yáng)光三要素，農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)推動(dòng)了設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使在戈壁、沙灘、高山等無(wú)土地區(qū)通過(guò)人工環(huán)境生產(chǎn)蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品成為可能。
[0068]綜上，本實(shí)用新型的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過(guò)熱泵技術(shù)，綜合利用太陽(yáng)能、大棚或日光溫室內(nèi)的空氣源以及大棚或日光溫室外部周圍的水源，為大棚或日光溫室內(nèi)的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災(zāi)害，為作物寒冷季節(jié)正常生長(zhǎng)、豐收奠定了基礎(chǔ)。
[0069]以上所述僅是本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本實(shí)用新型的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于，包括:設(shè)置于大棚或日光溫室內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)換向閥；以及 太陽(yáng)能水源熱泵單元，所述太陽(yáng)能水源熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)的太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，所述地下蓄熱水池內(nèi)設(shè)有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；所述太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器經(jīng)冷媒管路串接形成所述太陽(yáng)能水源熱泵單元的閉環(huán)回路； 氣環(huán)熱泵單元，所述氣環(huán)熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器及設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述氣環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路； 水環(huán)熱泵單元，所述水環(huán)熱泵單元包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)的水環(huán)蒸發(fā)冷凝器及水環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述水環(huán)蒸發(fā)冷凝器與所述大棚或日光溫室外部周圍的水源連接；所述水環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機(jī)、所述換向閥以及所述水環(huán)冷凝蒸發(fā)器經(jīng)冷媒管路串接形成所述水環(huán)熱泵單元的閉環(huán)回路； 所述太陽(yáng)能水源熱泵單元、所述氣環(huán)熱泵單元及所述水環(huán)熱泵單元并行設(shè)置且受控于自動(dòng)控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器為碳纖維幕式太陽(yáng)能蒸發(fā)冷凝器。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽(yáng)能水源熱泵單元還包括設(shè)置于大棚或日光溫室內(nèi)的散熱風(fēng)機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器吸收位于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部0.5米以下的低溫空氣中的低位熱量；所述氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器將高位熱量釋放在所述大棚或日光溫室內(nèi)1.5米以上的空間。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述氣環(huán)熱泵單元還包括設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)底部的用于強(qiáng)制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，以及設(shè)置于所述大棚或日光溫室內(nèi)上部用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風(fēng)機(jī)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述大棚或日光溫室內(nèi)還設(shè)置有用于果蔬或/和藥材冬季降濕防凍的地窖；以及用于果蔬或/和藥材藥材夏季低溫保鮮的儲(chǔ)藏棚，由所述氣環(huán)熱泵單元對(duì)所述果蔬或/和藥材進(jìn)行降濕防凍或者低溫保鮮處理。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述大棚或日光溫室內(nèi)還設(shè)置有干燥房，由所述氣環(huán)熱泵單元為所述干燥房提供熱風(fēng)對(duì)需要干燥之物進(jìn)行熱風(fēng)干燥處理。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機(jī)由電驅(qū)動(dòng)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，所述燃?xì)廨啓C(jī)的排氣回收入所述氣環(huán)熱泵單元。
10.如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的設(shè)施農(nóng)業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述自動(dòng)控制單元包括PLC單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】F25B30/06GK203478704SQ201320560167
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
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