本公開涉及一種熱遞送方法和用于實施該方法的系統(tǒng)。

背景

目前，5％的覆蓋全球的農(nóng)業(yè)市場使用某種氣候優(yōu)化方法，主要是空氣加熱。其它百分之九十五不是如此，主要是由于大量的初始投資，每月高的能源利用帳單和大的環(huán)境占地面積。由于幾個組合因素，傳統(tǒng)的氣候控制方法是次優(yōu)的：需要兩個完全獨立的、基于空氣的加熱和冷卻系統(tǒng)，高能源成本，嚴(yán)重的環(huán)境影響和緩慢的投資回收率。

根區(qū)加熱是在農(nóng)業(yè)(例如，溫室)中直接為生長介質(zhì)提供熱而不是加熱空氣的有效技術(shù)。這種技術(shù)可為種植者提供以下益處：更快的生產(chǎn)、改善的質(zhì)量的作物和節(jié)能以及低的環(huán)境占地面積。根區(qū)加熱影響植物的生理、生長、生產(chǎn)力和質(zhì)量的所有參數(shù)。此外，可以實現(xiàn)顯著的能量節(jié)省。例如，如果根區(qū)溫度保持在最佳，則溫室中的空氣溫度可以降低5℃至10℃，從而降低農(nóng)民的能量消耗和支出。這是可能的，因為對于實現(xiàn)良好的植物生長來說，根區(qū)溫度比葉片溫度更關(guān)鍵。

用于根區(qū)加熱的一種可能的系統(tǒng)是直接的地源熱交換器，其傳遞來自地源交換器的熱以加熱或冷卻消耗者。

一般描述

根據(jù)本公開主題的第一方面，公開了一種用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱遞送系統(tǒng)，該系統(tǒng)被構(gòu)造成具有管道，該管道具有交替的絕熱段和傳熱段。

熱遞送系統(tǒng)構(gòu)造成使流體流過管道，以用于使隨流體容納的熱穿過管道的傳熱段的側(cè)壁遞送到其周圍。管道被構(gòu)造成具有延伸穿過交替的絕熱段和傳熱段的流體流動路徑。

熱遞送系統(tǒng)構(gòu)造成與多個熱消耗者結(jié)合使用，以便將熱遞送至該多個熱消耗者。根據(jù)一個示例，每個傳熱段構(gòu)造成鄰近一個或多個熱消耗者(例如，溫室中的植物)布置。根據(jù)另一個示例，每個熱消耗者構(gòu)造成鄰近一個或多個傳熱段布置。

傳熱段根據(jù)預(yù)定的布置沿著管道布置，使得每個傳熱段的位置對應(yīng)于相應(yīng)的熱消耗者的位置，傳熱段鄰近相應(yīng)的熱消耗者布置。

根據(jù)具體示例，熱消耗者可以是一個或多個植物的根。根據(jù)其它具體示例，熱消耗者可以是以下中的一個或多個：在水池中生長的魚，畜牧業(yè)的地板的部分等。

在下文中在說明書和權(quán)利要求中，短語絕熱段和傳熱段是指管道的段，使得傳熱段以與絕熱段的側(cè)壁相比時具有更高傳熱系數(shù)的側(cè)壁為特征。段可以具有縱向形狀。

術(shù)語農(nóng)業(yè)是指耕種土壤、生產(chǎn)農(nóng)作物和飼養(yǎng)牲畜并在不同程度上制備和銷售所得產(chǎn)品的科學(xué)、技術(shù)或?qū)嵺`。術(shù)語農(nóng)業(yè)還指水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜牧業(yè)。

術(shù)語熱指的是從較熱主體自發(fā)傳遞到較冷主體的能量，并且可以具有正值或負(fù)值。正值構(gòu)造成升高較冷主體的溫度(即，加熱)，并且負(fù)值構(gòu)造成降低較熱主體的溫度(即，冷卻)。

術(shù)語流體是指液體(例如，水)或氣體。流體的特征可以在于高的熱容量。

術(shù)語管道指的是一個或多個管、導(dǎo)管或被構(gòu)造成促進(jìn)流體在其中流動的任何其它封閉流體管線。

術(shù)語側(cè)壁是指形成管道的一個或多個層，并且在管道的內(nèi)表面與管道的外表面之間分開，管道的內(nèi)表面界定流體流經(jīng)的流動路徑。

術(shù)語土壤是指由用于種植植物的碎裂巖石和/或生長介質(zhì)組成的地球表面部分，并且與術(shù)語地面是可互換的。

根據(jù)本公開主題的第二方面，提供了一種用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱遞送方法，該方法包括以下步驟：

a.提供熱遞送系統(tǒng)，該熱遞送系統(tǒng)被構(gòu)造成具有管道，該管道具有交替的絕熱段和傳熱段；

b.推進(jìn)熱容納流體在管道內(nèi)流動，從而將隨該熱容納流體容納的熱穿過管道的傳熱段的側(cè)壁遞送到其周圍。

該方法可以包括將傳熱段鄰近一個或多個熱消耗者布置以便向熱消耗者提供熱的另外的步驟?？蛇x地，該方法可包括將熱消耗者鄰近其相應(yīng)的傳熱段布置的步驟。

根據(jù)本公開主題的第三方面，公開了一種制造用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱遞送系統(tǒng)的方法，該熱遞送系統(tǒng)構(gòu)造成將熱遞送到多個熱消耗者，該方法至少包括以下步驟：提供管道，該管道具有沿著管道的交替的絕熱段和傳熱段，該管道被構(gòu)造成具有延伸穿過該交替的絕熱段和傳熱段的流體流動路徑。

參考第三方面，該方法可以包括在絕熱段的側(cè)壁的內(nèi)表面和外表面中的一者或兩者上形成一個或多個側(cè)向突出部的步驟，以及至少在絕熱段之上施加套管從而在側(cè)向突出部和套管之間形成一個或多個絕熱腔的另外的步驟。

交替的絕熱段和傳熱段的布置允許優(yōu)化向熱消耗者的熱遞送。通過熱源充到流動穿過管道的流體的熱穿過傳熱段遞送到熱消耗者，而向未被熱消耗者占據(jù)的區(qū)域的熱的遞送在絕熱段處減少。向熱消耗者的熱遞送的這種優(yōu)化允許減少來自熱源的熱輸入，從而節(jié)省能量。

遞送給熱消耗者的熱可以是正值，即流體將能量遞送給熱消耗者，和負(fù)值，即熱消耗者將能量遞送給流體。因此，熱遞送系統(tǒng)可以用于冷卻或加熱熱消耗者，以便保持其大體穩(wěn)定的溫度。

熱遞送系統(tǒng)可以應(yīng)用在用于種植植物的農(nóng)業(yè)場地中，并且構(gòu)造成將熱遞送給熱消耗者，即植物的根。農(nóng)業(yè)場地可以被覆蓋(例如，溫室)或不被覆蓋。熱遞送系統(tǒng)可以影響根區(qū)(即，是根周圍的生長介質(zhì)或土壤)的溫度，并且促進(jìn)控制容納根的土壤的溫度。熱遞送系統(tǒng)可以用于冷卻或加熱容納根的土壤，以便保持其大體上恒定的溫度。在一年的白天夜晚和各季節(jié)中，容納根的土壤的恒定和更穩(wěn)定的溫度或至少溫和的溫度變化可以改善植物的生長。

熱遞送系統(tǒng)還可應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，以用于在包括水的水池中養(yǎng)殖魚。熱遞送系統(tǒng)可用于將熱遞送給水，并且從而影響水的溫度。熱遞送系統(tǒng)可以用于冷卻或加熱水池內(nèi)的水，以便維持其大體上恒定的溫度。恒定和更穩(wěn)定的水溫或者至少溫和的水溫變化可以改善魚在所述水中的生長。

下面的特征、設(shè)計和構(gòu)造中的任何一個或多個可以獨立地或以其各種組合被結(jié)合在根據(jù)本公開主題的熱遞送系統(tǒng)和方法中。

至少絕熱段的側(cè)壁可以被構(gòu)造成具有從側(cè)壁的內(nèi)表面和外表面中的一個突出的一個或多個側(cè)向突出部。該一個或多個側(cè)向突出部構(gòu)造成當(dāng)在其之上施加套管時，在側(cè)向突出部和套管之間形成一個或多個絕熱腔。

套管可以是絕熱護(hù)套，其例如通過膠合、熱焊接、熱收縮等被施加或固定在絕熱段的側(cè)壁的內(nèi)表面和/或外表面中的一個上，以便從而增加絕緣。

套管可以是覆蓋管道的側(cè)壁的內(nèi)表面的內(nèi)套管和/或覆蓋管道的側(cè)壁的外表面的外套管。

套管可以分段并且專門覆蓋絕熱段。根據(jù)與該方面相關(guān)的具體示例，覆蓋相應(yīng)的絕熱段的套管的段的端部可以以絕熱的方式附接到管道，從而防止從套管段的端部的熱損失。

一個或多個絕熱腔可以容納絕熱材料。根據(jù)具體示例，絕緣材料是空氣，并且根據(jù)其它示例，絕熱材料是泡沫材料。

一個或多個側(cè)向突出部可以是環(huán)形突出部形式的絕緣材料。

一個或多個側(cè)向突出部可以是螺旋形的，至少沿著絕熱段延伸。

一個或多個側(cè)向突出部可以是大體上直線的。根據(jù)具體示例，側(cè)向突出部可以沿著絕熱段延伸。

管道的側(cè)壁可以被構(gòu)造成具有不同的壁厚度，使得在絕熱段處的壁厚度大于在傳熱段處的壁厚度。

絕熱段和傳熱段可以是構(gòu)造成以交替的順序裝配在一起以形成管道的單獨的段。

當(dāng)制造時或者在現(xiàn)場應(yīng)用該系統(tǒng)時，絕熱段和傳熱段可以拆卸和/或裝配在一起。

根據(jù)與該方面相關(guān)的一個示例，絕熱段和傳熱段可以由以不同的傳熱系數(shù)為特征的不同的材料制成。

管道可以埋置在農(nóng)業(yè)土壤中或鋪設(shè)在土壤的頂部。

熱消耗者可以是植物的根。

絕熱段和傳熱段可以是一致的或變化的長度。

可識別的標(biāo)記可以至少與傳熱段相關(guān)聯(lián)。這種標(biāo)記可以是可見標(biāo)記，例如在管道的外表面上標(biāo)志，或者可以提供可檢測標(biāo)記，例如嵌入在管道中的rf發(fā)射器等。

熱遞送系統(tǒng)還可以包括流體噴射系統(tǒng)，流體噴射系統(tǒng)包括至少一個噴射管，該至少一個噴射管被構(gòu)造成具有多個噴射器，該多個噴射器構(gòu)造成在管的周圍噴射流體(例如水)。噴射器可以是滴灌噴射器或噴霧噴射器。

噴射器可以鄰近傳熱段布置。

噴射出的流體可以用于為消耗者灌溉、施肥以及殺蟲。

管道和噴射管可以構(gòu)成同一個管道，在該同一個管道中所述噴射器布置在傳熱段處，以用于將熱容納流體噴射到管道的周圍，特別是噴射到熱消耗者的周圍。

噴射器可以是選擇性激活的噴射器。根據(jù)具體示例，選擇性激活的噴射器的激活可以取決于噴射管內(nèi)的壓力，即，通過控制噴射管的入口水壓可以打開和關(guān)閉選擇性激活的噴射器，以提供流體的不同的預(yù)定需要的量和/或空間分布。選擇性激活的噴射器可以根據(jù)流體的其它變量例如溫度和流速或根據(jù)時間間隔來激活。

可以遠(yuǎn)程控制噴射器的激活，例如，通過編程控制器、定時器或人類操作者。

管道可以鄰近延伸到在土壤內(nèi)或土壤上或在任何農(nóng)業(yè)介質(zhì)處的熱消耗者，以便將熱遞送給布置在其中的熱消耗者。

熱消耗者可以是布置在農(nóng)業(yè)表面上的植物的部分，例如，其果實、莖或花。

管道可以由例如以下材料中的任一種制成：塑料、陶瓷、玻璃纖維、諸如聚乙烯和聚丙烯的聚合物、有機(jī)和無機(jī)材料、生物可降解材料、金屬材料，例如：鋁、銅、鋼、鐵等等。

熱遞送系統(tǒng)可以構(gòu)造成控制植物的部分，例如容納其根、莖、果實或花的其土壤的溫度以及任選的濕度。

熱遞送系統(tǒng)可以包括流體推進(jìn)裝置，該流體推進(jìn)裝置構(gòu)造成推動熱容納流體在管道內(nèi)流動。根據(jù)一個示例，流體推進(jìn)裝置可以是泵。泵可以是熱泵、水泵、重力池或諸如河流的天然流體源。

該系統(tǒng)可以包括構(gòu)造成將熱遞送至流體的熱源。

熱源可以是常規(guī)源(例如由電、化石燃料、氣體、煤、燃燒木屑等操作)，替代源(地?zé)釤嵩?、太陽能、風(fēng)、生物質(zhì)、水力發(fā)電等)或能夠?qū)徇f送至流體的任何類型的熱源。

熱源可以是任何機(jī)械熱源，例如熱泵、水鍋爐、冷卻器、電熱源、氣體操作的熱源等。

熱源可以是天然熱源，例如地源熱交換器、太陽能、水下儲層(例如，含水層或井)、表面儲層，比如湖或河流、大氣及類似物。

絕熱段和傳熱段中的一些或全部可以等距布置。

絕熱段可以沿著管道是可移動的，以便改變其沿著管道的位置。

對于每一個段，絕熱段和傳熱段可以以不同的幾何形狀(例如直徑和長度)為特征。

熱遞送系統(tǒng)可以是閉環(huán)系統(tǒng)，即，流體可以重復(fù)地再充入熱并將熱遞送給熱消耗者，同時在回路內(nèi)連續(xù)流動。閉環(huán)構(gòu)造可以與諸如含水層的天然熱源結(jié)合使用，以用于使用含水層的天然流體而不影響含水層的液面。

熱遞送系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，即流體可以在從其遞送熱期間或在從其熱遞送之后從管道排放。根據(jù)具體示例，開環(huán)系統(tǒng)可以包括噴射器。

熱遞送系統(tǒng)可以與溫室結(jié)合使用，并且將熱遞送到溫室的部分，以便控制它們的溫度。

管道可以通過擠壓形成。

至少絕熱段可以形成有從側(cè)壁的內(nèi)表面和外表面中的一個突出的一個或多個側(cè)向突出部。

管道可以通過雙側(cè)擠壓模具形成，間歇地擠壓管道的僅一側(cè)，并且該管道在另一側(cè)上具有一個或多個層。

一個或多個層可以與管道一起擠壓，以便在一個或多個層和該一個或多個側(cè)向突出部之間形成絕熱腔。

一個或多個層可以獨立地擠壓，并且可以添加到管道，以便覆蓋至少絕熱段。

可以將一個或多個層添加到管道，以便在一個或多個層和該一個或多個側(cè)向突出部之間形成絕熱腔。

該一個或多個層可以通過螺紋添加到管道。

該一個或多個層可以通過熱焊接或熱收縮添加到管道。

該一個或多個層可以是單個套管，該單個套管被構(gòu)造成沿著其長度覆蓋管道，并且覆蓋絕熱段和傳熱段兩者。

該一個或多個層可以至少在絕熱段處以使得在管道和該一個或多個層之間容納絕緣材料的方式添加到管道。

絕緣護(hù)套可以至少在絕熱段處固定到管道，以便從而增加絕緣。固定可以通過膠合、熱焊接、熱收縮等實現(xiàn)。

絕熱段和傳熱段可以單獨形成，并且以交替的順序裝配在一起，以形成連續(xù)的管道。

管道可以通過注射成型技術(shù)形成。

根據(jù)本公開主題的另一方面，提供了一種地源熱遞送系統(tǒng)，包括：

至少一個第一管道，其構(gòu)造成埋置在土壤中，該第一管道促進(jìn)熱容納流體在其中的流動，并且將熱從土壤穿過第一管道的側(cè)壁遞送到熱容納流體；

至少一個第二管道，其與第一管道流體連通，以促進(jìn)所述熱容納流體流過其中，并且將所述熱容納流體的熱穿過第二管道的側(cè)壁傳遞給至少一個熱消耗者；

流體泵，其與所述第一管道和所述第二管道流體連通，所述流體泵構(gòu)造成推進(jìn)所述熱容納流體；和

流體噴射系統(tǒng)，其包括至少一個噴射管，該至少一個噴射管構(gòu)造成埋置在所述土壤內(nèi)并且至少部分地沿著所述第一管道延伸，所述噴射管被構(gòu)造成具有多個噴射器，該多個噴射器構(gòu)造成在圍繞所述第一管道的土壤處噴射流體。

在操作中，從噴射器噴射的流體使第一管道周圍的土壤潤濕，以便增加土壤的導(dǎo)熱性并且改善從土壤到第一管道且特別是到在其中流動的熱容納流體的熱傳遞。已知的是，土壤的導(dǎo)熱性取決于土壤的類型和土壤的濕度。盡管土壤的類型不可控制，但土壤的濕度可以通過以受控方式使土壤潤濕來改變，如通過本公開主題的系統(tǒng)執(zhí)行的。這允許提高土壤的導(dǎo)熱性并改善從土壤到熱容納流體的熱傳遞。

例如，當(dāng)?shù)谝还艿辣宦裨诔^2米的深度時，已知的是，第一管道周圍的土壤的溫度一直比第二管道周圍的土壤的溫度在冬天更暖且在夏天更冷。通過使第一管道周圍的土壤潤濕，如由流體噴射系統(tǒng)執(zhí)行的，該土壤的更多熱可以傳遞到熱容納流體。

從第二管道接收熱的熱消耗者可以是農(nóng)業(yè)消耗者，例如植物的根，并且其還可以是非農(nóng)業(yè)消耗者，例如商業(yè)或家庭建筑物或?qū)⑹褂脽嵋杂糜诶鋮s和/或加熱目的的任何其它結(jié)構(gòu)。

地源熱遞送系統(tǒng)還可包括與第一管道和第二管道流體連通的流體源，以用于向第一管道和第二管道供應(yīng)所述熱容納流體。

噴射器可以是滴灌噴射器或噴霧噴射器。

地源熱遞送系統(tǒng)還可以包括構(gòu)造成將熱遞送到熱容納流體的熱源。熱源可以是常規(guī)源(例如通過電、化石燃料、氣體、煤、燃燒木屑等操作)，替代源(地?zé)釤嵩?、太陽能、風(fēng)、生物質(zhì)、水力發(fā)電等)或能夠?qū)徇f送至流體的任何類型的熱源。熱源可以是任何機(jī)械熱源，例如熱泵、水鍋爐、冷卻器、電熱源、氣體操作的熱源等。

第二管道可以具有交替的絕熱段和傳熱段。交替的絕熱段和傳熱段的布置可以允許優(yōu)化向熱消耗者的熱遞送。通過熱源充入到流經(jīng)第二管道的流體的熱穿過傳熱段被遞送到熱消耗者，而在絕熱段處向未被熱消耗者占據(jù)的區(qū)域的熱遞送降低。這種對向熱消耗者的熱遞送的優(yōu)化允許減少來自熱源的熱輸入，從而節(jié)省能量。

第二管道的側(cè)壁可以被構(gòu)造成具有不同的壁厚度，使得在絕熱段處的壁厚度大于在傳熱段處的壁厚度。

第一管道、第二管道和流體泵可以構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的元件。

流體噴射系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)。

噴射器可以是選擇性激活的噴射器，其激活取決于噴射管內(nèi)的壓力。

第一管道可以在系統(tǒng)中布置在第二管道下方。

根據(jù)本公開主題的另一方面，提供了一種用于熱遞送的方法，包括以下步驟：

a.提供地源熱遞送系統(tǒng)，包括：至少一個第一管道，其構(gòu)造成促進(jìn)熱容納流體的流動；至少一個第二管道，其與第一管道流體連通，以促進(jìn)所述熱容納流體穿過其流動；與所述第一管道和所述第二管道流體連通的流體泵；以及流體噴射系統(tǒng)，包括至少一個噴射管，所述至少一個噴射管至少部分地沿著所述第一管道延伸并且被構(gòu)造成具有多個噴射器；

b.通過所述流體泵在所述第二管道和所述第一管道之間推進(jìn)所述熱容納流體；

c.使熱從土壤穿過所述第一管道的側(cè)壁傳遞到熱容納流體；

d.使熱從熱容納流體穿過第二管道的側(cè)壁傳遞到至少一個熱消耗者；和

e.通過所述噴射器在第一管道的周圍噴射流體，并且從而使土壤潤濕并增加土壤的導(dǎo)熱性。

附圖說明

為了更好地理解本文公開的主題并且舉例說明可以如何在實踐中實施它，現(xiàn)在將參照附圖僅通過非限制性示例來描述實施方案，在附圖中：

圖1a是根據(jù)本公開主題的第一示例的熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖1b是根據(jù)本公開主題的第二示例的開環(huán)熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖1c是根據(jù)本公開主題的第三示例的閉環(huán)熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖1d是根據(jù)本公開主題的第四示例的在溫室內(nèi)應(yīng)用的熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖1e是根據(jù)本公開主題的第五示例的閉環(huán)熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖1f是根據(jù)本公開主題的另一示例的熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖2a是根據(jù)本公開主題的第一示例的管的一部分的側(cè)視圖；

圖2b是被套管覆蓋的圖2a的管的端視圖；

圖2c是沿圖2b中的線i-i截取的截面圖；

圖2d是圖2c中的部分a的放大圖；

圖2e是類似于圖2a中所示的管的端視圖，然而，固體絕緣材料附接到該管；

圖2f是沿圖2e中的線ii-ii截取的截面圖；

圖2g是根據(jù)本公開主題的又一個示例的管的前視圖，該管具有向內(nèi)突出的側(cè)向突出部；

圖2h是沿圖2g中的線viii-viii截取的截面圖；

圖3a是根據(jù)本公開主題的另一示例的管的端視圖；

圖3b是沿圖3a中的線iii-iii截取的截面圖；

圖4a是根據(jù)本公開主題的又一示例的管的端視圖；

圖4b是沿圖4a中的線iv-iv截取的截面圖；

圖5a是根據(jù)本公開主題的另一示例的管的端視圖；

圖5b是沿圖5a中的線v-v截取的截面圖；

圖6a是根據(jù)本公開主題的另一示例的管的一部分的側(cè)視圖；

圖6b是被套管覆蓋的圖6a的管的正視圖；

圖6c是沿圖6b中的線vi-vi截取的截面圖；

圖6d是根據(jù)本公開主題的管的另一示例的側(cè)視圖；

圖7a是根據(jù)本公開主題的另一示例的管的一部分的側(cè)視圖；

圖7b是被套管覆蓋的圖7a的管的端視圖；

圖7c是沿圖7b中的線vii-vii截取的截面圖；

圖7d是根據(jù)本公開主題的管的另一示例的側(cè)視圖；

圖8a是根據(jù)本公開主題的一個示例的地源熱遞送系統(tǒng)的示意圖；

圖8b是根據(jù)本公開主題的第二示例的地源熱遞送系統(tǒng)的示意圖；以及

圖8c是根據(jù)本公開主題的第三示例的地源熱遞送系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

首先注意圖1a，其示出了一般標(biāo)記為1的根據(jù)本公開的熱遞送系統(tǒng)的第一示例。熱遞送系統(tǒng)1應(yīng)用在用于種植植物p的農(nóng)業(yè)場地中，并且構(gòu)造成將熱遞送給熱消耗者，根據(jù)本示例熱消耗者是在農(nóng)業(yè)土壤8中生長的植物p的根r。熱遞送系統(tǒng)1構(gòu)造成影響根區(qū)溫度(即，根r周圍的溫度)，并且有利于控制容納根r的土壤8的溫度。

例如在以顯著溫度差(例如，白天期間溫暖的氣候和夜間寒冷的氣候)為特征的區(qū)域中，影響和控制植物p的根r的溫度是重要的。熱遞送系統(tǒng)1可以用于冷卻或加熱容納根r的土壤8(或任何基質(zhì)或生長介質(zhì)或流體)，以便保持其大體上恒定的溫度。在一天中，容納根r的土壤的恒定的和更穩(wěn)定的溫度或至少溫和的溫度改變改善植物p的生長。

熱遞送系統(tǒng)1包括管10形式的管道，其埋置在接近根r的深度約15[cm]的土壤8中。管10被構(gòu)造成促進(jìn)流體2流過其中，以用于將容納在流體2內(nèi)的熱遞送到容納根r的土壤8中。根據(jù)其它示例，管的深度可以在大約5[cm]到大約30[cm]之間。

流體2通過熱源30充入熱，并且通過推進(jìn)裝置即泵40被推動在管10內(nèi)流動。具有隨其容納的熱的被推動的流體流過管10，并且將熱沿著其在管10中的流動遞送到根r，然而遞送到管10的選定部分處，如下文將解釋的。箭頭16指從流體2遞送到其周圍的熱。

管10被構(gòu)造成具有交替的絕熱段12和傳熱段14。如下面將詳細(xì)描述的，絕熱段12構(gòu)造成用于將流體2與管10的周圍環(huán)境之間的熱交換降低至最小，而傳熱段14構(gòu)造成用于將熱交換增加到最大。這種布置有利于從熱交換器30遞送到流體2的熱的最佳使用，因為它一方面將熱遞送集中到熱消耗者，即集中到容納根r的土壤，并且防止或限制從流體遞送到未被熱消耗者占據(jù)的區(qū)域的熱遞送。

為了將熱遞送到根r，并且為了防止到?jīng)]有根r的區(qū)域的熱遞送，管10以使得每個傳熱段14鄰近相應(yīng)的植物p的根r布置的方式構(gòu)造。此外，絕熱段12鄰近未容納根r的區(qū)域布置，從而減少向這些區(qū)域的熱遞送。通過將管10設(shè)計成符合給定的農(nóng)業(yè)場地來獲得這樣的構(gòu)造。在所示出的示例中，植物p彼此間隔距離l1?？紤]管10被指定到的場地的特性來設(shè)計管10，并且傳熱段14沿著管10布置以便符合這些特性，即，以便將熱遞送到以距離l1間隔開的植物的根。傳熱段14沿著管10以其間相等的間距布置，以便符合等間隔的植物p，如在圖1a中所示。然而，傳熱段14可以彼此不相等間隔開，以便符合不相等間隔開的植物p，如圖1d所見。

根據(jù)其中熱遞送系統(tǒng)已經(jīng)放置在場所中的示例，植物p可以種植在該場所中以符合給定的熱遞送系統(tǒng)，即植物p可以布置成使得它們的根r在傳熱段14的給定位置附近。

現(xiàn)在參考圖1b至圖1d，其示出了根據(jù)本公開主題的傳熱系統(tǒng)的其它示例，其構(gòu)造成與植物p、根r和土壤8一起使用。

圖1b示出了開環(huán)熱遞送系統(tǒng)100。由箭頭102表示的流體從管111的第一端部進(jìn)入管110，并且充入來自地源熱交換器130形式的熱源的熱。流體102被泵140推動以沿管110流動。管110被構(gòu)造成具有交替的絕熱段112和傳熱段114。通過絕熱和傳熱，絕熱段112和傳熱段114的功能類似于的絕熱段12和傳熱段14的功能。管110包括形成在傳熱段114處的滴灌噴射器118，滴灌噴射器118用于從管110排出流體102，并且從而灌溉容納根r的土壤8。在這種情況下，流體102可以包括諸如化肥和農(nóng)藥的材料?？蛇x地，代替?zhèn)鳠岫?14或除了傳熱段114之外，噴射器118可布置在絕熱段112處。

現(xiàn)在參考圖1c，示出了總體上標(biāo)記為200的閉環(huán)熱遞送系統(tǒng)，其中需要對根r及其周圍區(qū)域進(jìn)行冷卻。熱容納流體(未示出)由泵240推動，并且在由管210形成的閉環(huán)中持續(xù)地流動。熱容納流體重復(fù)地被再充入熱并且經(jīng)由傳熱段214從根r的周圍遞送熱。

可看出，根據(jù)圖1c中所示的示例，熱(由箭頭216表示)從根r的周圍(即根r的根區(qū)范圍)排出到管210的下部部分內(nèi)的熱容納流體，并且然后在管210的定位在地平面之上的上部部分處釋放。熱容納流體的熱經(jīng)由管210的上部部分排放到大氣中。該示例示出了需要冷卻根r的情況。

可以在圖1d中找到根據(jù)本公開主題的用于冷卻熱消耗者的熱遞送系統(tǒng)的另一示例。熱遞送系統(tǒng)300是閉環(huán)系統(tǒng)，如參考熱遞送系統(tǒng)200所描述的，并且在構(gòu)造成種植植物p的溫室g內(nèi)實施。管310鄰近植物p布置，以便通過傳熱段314將熱遞送到植物p。類似于熱遞送系統(tǒng)200，熱遞送系統(tǒng)300也構(gòu)造成冷卻植物p，即向植物p遞送負(fù)值的熱。箭頭316代表從植物p穿過傳熱段314的側(cè)壁遞送的熱，并且該熱從管逸出到冷卻元件302(例如，地源熱交換器、冷卻器)。可以看出，絕熱段312不允許管310內(nèi)的流體與其周圍之間的熱交換。

如圖1d中可進(jìn)一步看到的，傳熱段314彼此不相等地間隔開，并且植物p相應(yīng)地間隔開。

現(xiàn)參考圖1e，示出了具有天然熱源即井430的閉環(huán)熱遞送系統(tǒng)400。布置在井430內(nèi)的熱容納天然流體402通過泵440在管道410內(nèi)被推進(jìn)，同時將熱遞送到植物p的根r。流體402在管道410內(nèi)連續(xù)流動，并且在井430中重復(fù)地被充入熱，且經(jīng)由傳熱段414將熱遞送到熱消耗者(傳遞到根r的熱由箭頭416表示)。當(dāng)與諸如井430的天然熱源結(jié)合使用時，閉環(huán)構(gòu)造允許使用井430的熱，而不影響天然熱源內(nèi)的天然流體402的液面。

現(xiàn)在參考圖1f，其中示出了熱遞送系統(tǒng)1'。熱遞送系統(tǒng)1'類似于圖1a的熱遞送系統(tǒng)1，但是構(gòu)造成在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域使用。熱遞送系統(tǒng)1'構(gòu)造成將熱16'遞送給熱消耗者，根據(jù)本示例，熱消耗者是布置在水池p'中的在水w中游泳的魚f。熱遞送系統(tǒng)1'構(gòu)造成促進(jìn)控制水的溫度，并且從而控制魚f的溫度。水池p'布置在土地中并具有向大氣開放的上部部分。

影響和控制魚f的溫度對于魚f的適當(dāng)生長是重要的，特別是在白天期間的溫暖氣候和夜間的寒冷氣候中。熱遞送系統(tǒng)1'可以用于冷卻和加熱水w，以便保持其大體上恒定的溫度。在一天中，容納根r的土壤的恒定的和更穩(wěn)定的溫度或至少溫和的溫度改變改善植物p的生長。

熱遞送系統(tǒng)1'包括管10'形式的管道，其埋入土壤8'中并在水池p'內(nèi)延伸。管10'被構(gòu)造成促進(jìn)流體2'穿過其流動，以用于將容納在流體2'內(nèi)的熱16'遞送給水w和魚f。

流體2'通過熱源30'充入熱，并且通過推進(jìn)裝置即泵40'被推動以在管10'內(nèi)流動。具有隨其容納的熱的被推動的流體流過管10'，并且在管10'中沿著其流動將熱遞送給水w，然而在管10'的選定部分處將熱遞送給水w，如下文將解釋的。

管10'被構(gòu)造成具有交替的絕熱段12'和傳熱段14'。如下面將詳細(xì)描述的，絕熱段12'構(gòu)造成將流體2'和管10'的周圍之間的熱交換降低到最小，而傳熱段14'構(gòu)造成將熱交換增加到最大值。這類布置有利于最佳地使用從熱交換器30'遞送到流體2'的熱，因為它一方面將熱遞送集中到熱消耗者，即集中到水w和魚f，并且防止或限制從流體到未被熱消耗者占據(jù)的區(qū)域的熱遞送。

為了將熱16'遞送到水w和魚f，并且為了防止熱遞送到水池p'外部的區(qū)域，管10'以使得每個傳熱段14'布置成接近其相應(yīng)的水池p'并且相應(yīng)地確定尺寸的方式構(gòu)造。另外，絕熱段12'鄰近未容納水池p'的區(qū)域布置，從而減少到這些區(qū)域的熱遞送。通過將管10'設(shè)計成符合水池p'的給定位置來獲得這種構(gòu)造。

現(xiàn)在參考圖2a至圖2d，示出了根據(jù)本公開主題的示例的管510。

如圖2a至2d中所見，管510被構(gòu)造成具有絕熱段512和傳熱段514。絕熱段512的側(cè)壁被構(gòu)造成具有多個環(huán)形側(cè)向突出部522，突出部522從側(cè)壁的外表面突出并且在傳熱段514處構(gòu)造成不具有側(cè)向突出部。

側(cè)向突出部522構(gòu)造成當(dāng)套管526施加在管510上時，形成多個絕熱腔524，如圖2c和圖2d中所見。絕熱腔524形成在側(cè)向突出部522和套管526之間。套管526在傳熱段514處緊密地包封側(cè)壁的外表面，并且優(yōu)選在其間留有最小間隙。

絕熱腔524容納空氣，并且從而在絕熱段512處為管提供具有相對高的傳熱系數(shù)(當(dāng)與傳熱段514的傳熱系數(shù)相比時)。

根據(jù)另一個示例，如圖2e和2f中所見，絕熱腔624填充有固體絕緣材料，例如在所示示例中的聚氨酯泡沫628。根據(jù)該示例，套管526可以圍繞聚氨酯泡沫628添加，但不是必須的。聚氨酯泡沫的特征在于具有相對高的傳熱系數(shù)，并且由此在絕熱段612處為管提供絕緣。

根據(jù)關(guān)于管710的另一示例，提供了管710，如圖2g和圖2h中所見。管710是與管710相關(guān)的特定構(gòu)造，根據(jù)該特定構(gòu)造，側(cè)向突出部722向內(nèi)突出，而不是如管710的側(cè)向突出部722一樣向外突出。類似于管710的絕熱腔724，絕熱腔724提供給絕熱段712的側(cè)壁相對低的傳熱系數(shù)(當(dāng)與傳熱段714的側(cè)壁的傳熱系數(shù)相比時)。

現(xiàn)在參見圖3a和圖3b，示出了根據(jù)本公開主題的管的又一示例。管810被構(gòu)造成具有不同的壁厚，使得在絕熱段852處的稱為t1的壁厚大于傳熱段854處的稱為t2的壁厚。由于管810的不同的壁厚，傳熱段854處的熱遞送系數(shù)大于絕熱段852的熱遞送系數(shù)。

根據(jù)本主題的管的又一個示例在圖4a和圖4b中示出。管910設(shè)置有絕熱護(hù)套966，其粘附在絕熱段962處的側(cè)壁的外表面上，從而增大傳熱系數(shù)。根據(jù)本示例，絕緣護(hù)套966由聚氨酯泡沫制成。

在傳熱段處的側(cè)壁的外表面沒有被護(hù)套966覆蓋，并且因此傳熱段964處的傳熱系數(shù)大于絕熱段962的傳熱系數(shù)。

根據(jù)圖5a和圖5b中所示的示例，管1010被構(gòu)造成具有以交替順序組裝在一起以形成連續(xù)的管的單獨的絕熱段1072和傳熱段1074。絕熱段1072設(shè)置有壁厚t3，其大于傳熱段1074的壁厚t4。此外，傳熱段1074設(shè)置有具有比絕熱段1072的材料更大的傳熱系數(shù)的材料。

根據(jù)本示例的段通過多個銷1075裝配在一起。

如圖6a至圖6d中所示，管1110被構(gòu)造成具有大體上線性的縱向突出部1183，其沿著絕熱段1182延伸，并且大體上平行于管的縱向軸線(圖6a-6c)。該示例的更廣泛的解釋是具有線性突出部1283，該線性突出部1283具有相對于管1210的縱向軸線的角度α(圖6d)。

類似于管510的突出部522，突出部1183構(gòu)造成當(dāng)套管1186施加在管1110上時，形成多個絕熱腔1185，如圖6c中所見。絕熱腔1185形成在突出部1183和套管1186之間。套管1186在傳熱段1184處緊密地包封側(cè)壁的外表面，并且優(yōu)選地在其間留有最小間隙。

絕熱腔1185容納空氣，并且從而在絕熱段1182處提供具有相對高的傳熱系數(shù)的管(當(dāng)與傳熱段1184的傳熱系數(shù)相比時)。

現(xiàn)參見圖7a至圖7c，示出了根據(jù)本主題的管的又一示例。管1310構(gòu)造成具有圍繞絕熱段1392延伸的螺旋形側(cè)向突出部1393。突出部1393構(gòu)造成當(dāng)套管1396施加在管1310上時，形成多個絕熱腔1395，如圖7c中所見。絕熱腔1395形成在突出部1393和套管1396之間。套管1396在傳熱段1394處緊密地包封側(cè)壁的外表面，且優(yōu)選地在其間留有最小間隙。

根據(jù)圖7d的具體示例，螺旋突出部1493沿著管1410的整個長度延伸，即沿著絕熱段1492和傳熱段1494延伸，并且絕熱段1492被構(gòu)造成具有套管段1496，形成絕熱腔1495。傳熱段1494沒有用套管覆蓋，并且因此其特征在于具有比絕熱段1492的傳熱系數(shù)大的傳熱系數(shù)。傳熱段1494還受益于在其側(cè)壁處的增大的外表面，由此當(dāng)與扁平管相比時，具有更大的熱交換表面。

根據(jù)本公開主題的另一方面，并且根據(jù)圖1a至圖1d和圖2a至圖2d，提供了一種用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱遞送方法，該方法包括以下步驟：

a.提供熱遞送系統(tǒng)1，其被構(gòu)造成具有管10，該管10具有交替的絕熱段12和傳熱段14；

b.推進(jìn)熱容納流體2在管10內(nèi)流動，從而將隨其容納的熱通過管10的傳熱段14的側(cè)壁遞送到其周圍處的土壤8；

c.使傳熱段14鄰近相應(yīng)植物p的根r布置，以便向其提供熱。

可選地，該方法可以包括使植物p鄰近一個或多個傳熱段14布置的步驟，如參照圖1d所描述的。

根據(jù)本公開主題的又一方面，并且根據(jù)圖1a至圖1d和圖2a至圖2d，公開了一種制造用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用的熱遞送系統(tǒng)1的方法，該熱遞送系統(tǒng)1構(gòu)造成將熱遞送到植物p的多個根r。該方法包括以下步驟：以使得每個傳熱段14構(gòu)造成鄰近一個或多個植物p的根r布置以便向其遞送熱的方式提供管10，管10具有沿著管10的交替的絕熱段12和傳熱段14。

該方法還包括在絕熱段12的側(cè)壁的外表面上形成一個或多個側(cè)向突出部22的步驟以及至少在絕熱段12上施加套管26，從而在側(cè)向突出部22和套管26之間形成多個絕熱腔的步驟。

參照圖4a和圖4b，該方法包括至少在絕熱段962處將絕緣護(hù)套966固定至管910從而增加絕緣的步驟。護(hù)套可以通過膠合、熱焊接、熱收縮和用于將護(hù)套固定到管的其它已知方法固定到管。

參照圖5a和圖5b，絕熱段1072和傳熱段1074單獨形成，并以交替的順序裝配在一起，以形成連續(xù)的管1010。

現(xiàn)在參考圖8a，示出了根據(jù)本公開的一般表示為1501的地源熱遞送系統(tǒng)的第一示例。地源熱遞送系統(tǒng)1501是應(yīng)用在用于種植植物p的農(nóng)業(yè)場地中的閉環(huán)系統(tǒng)，并且構(gòu)造成將熱遞送給熱消耗者，根據(jù)本示例，熱消耗者是在農(nóng)業(yè)土壤1508中生長的植物p的根r。地源熱遞送系統(tǒng)1501構(gòu)造成影響根區(qū)溫度(即，根r周圍的溫度)，并且促進(jìn)控制容納根r的土壤1508的溫度。

影響和控制植物p的根r的溫度是重要的，例如在以顯著溫度差(例如，白天期間溫暖的氣候和夜間寒冷的氣候)為特征的區(qū)域中。地源熱遞送系統(tǒng)1501可以用于冷卻或加熱容納根r的土壤1508(或任何基質(zhì)或生長介質(zhì)或流體)，以便保持其大體上恒定的溫度。容納根r的土壤的恒定的和更穩(wěn)定的溫度或至少溫和的溫度的改變改善植物的生長。

地源熱遞送系統(tǒng)1501構(gòu)造成接收來自布置在地面深層(地下大于1.5米)的土壤1509的熱1516，并將熱傳遞到布置在地面淺層的土壤1508(地下約0.5米)。土壤1509的溫度比土壤1508的溫度更穩(wěn)定，因為其更深并且可以較少地受到地面上方的溫度的影響。土壤1509的溫度通常在約18℃至約22℃之間。

地源熱遞送系統(tǒng)1501包括埋置在土壤1509內(nèi)的第一底部管1520，其有利于其中的熱容納流體1502從流體源即含水層1512流動并且將熱1516從土壤1509穿過底部管1520的側(cè)壁傳遞到其。地源熱遞送系統(tǒng)1501還包括與底部管1520流體連通的第二頂部管1510，以促進(jìn)熱容納流體1502流過其中并將熱容納流體1502的熱1517穿過頂部管1510的側(cè)壁傳遞到根r。地源熱遞送系統(tǒng)1501還包括與底部管1520和所述頂部管1510流體連通并且構(gòu)造成推進(jìn)熱容納流體1502的流體泵1540。

應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)其它示例，底部管1520可以埋置在深得多的位置(例如，地下3米)處，以便被具有更穩(wěn)定的溫度值的土壤包圍。

地源熱遞送系統(tǒng)1501還包括流體噴射系統(tǒng)1550，其是開環(huán)系統(tǒng)。流體噴射系統(tǒng)1550包括埋置在土壤1509內(nèi)并沿著底部管1520延伸的噴射管1555。噴射管1555與流體泵1590流體連通。噴射管1555被構(gòu)造成具有多個噴射器1560，該多個噴射器構(gòu)造成在底部管1520周圍的土壤1509處噴射流體1563。噴射器1560是選擇性地激活的噴射器，其激活取決于噴射管1555內(nèi)的壓力。在操作中，從噴射器1560噴射的流體1563使底部管1520周圍的土壤1509濕潤，以便增加土壤1509的熱傳導(dǎo)性并且改善從土壤1509到底部管1510并且特別是到在其中流動的熱容納流體1502的熱傳遞。在本領(lǐng)域中已知的是，土壤的導(dǎo)熱性取決于土壤的類型和其濕度。盡管土壤的類型不可控制，但土壤的濕度可以通過以受控的方式使土壤潤濕來改變。這允許提高土壤1509的導(dǎo)熱性并改善從土壤1509到熱容納流體1502的熱傳遞。

熱遞送系統(tǒng)1501還包括頂部管1510，頂部管1510埋置在土壤1508中，接近根r。頂部管1510構(gòu)造成促進(jìn)流體1502流過其中，以用于將容納在流體1502內(nèi)的熱遞送到容納根r的土壤1508。

流體1502通過泵1540被推動以在頂部管1510和底部管1520之間流動。箭頭1516是指從熱容納流體1502遞送到頂部管1510的周圍且特別是遞送到根r的熱。

現(xiàn)在參考圖8b，示出了地源熱遞送系統(tǒng)1601的另一示例。地源熱遞送系統(tǒng)1601類似于圖8a的地源熱遞送系統(tǒng)1501，然而，具有兩個另外的特征。第一另外的特征是熱源1607，其與頂部管1610流體連通。熱源1607被構(gòu)造成將熱遞送到在頂部管1610和底部管1620之間流動的熱容納流體1602。第二另外的特征在于頂部管1610具有交替的絕熱段1612和傳熱段1614。

在圖8b中示出了絕熱段1612和傳熱段1614，僅用作示意的目的。并且應(yīng)當(dāng)指出它們可以具有圖1a-1e、2a-2h、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a-6d和7a-7d的絕熱段和傳熱段的特征中的任何一個。

現(xiàn)參考圖8c，示出了根據(jù)本公開的地源熱遞送系統(tǒng)的第三示例，其一般表示為1701。地源熱遞送系統(tǒng)1701是應(yīng)用于加熱常規(guī)家庭1703的閉環(huán)系統(tǒng)。地源熱遞送系統(tǒng)1701構(gòu)造成控制家庭1703內(nèi)的空氣1708的溫度。

影響和控制空氣1708的溫度可能是重要的，例如，在白天期間的溫暖氣候期間和夜間的寒冷氣候期間。地源熱遞送系統(tǒng)1701可以用于冷卻或加熱空氣1708以便維持其大體上恒定的溫度。

地源熱遞送系統(tǒng)1701構(gòu)造成從布置在地面的深層(地下超過1.5米)的土壤1709接收熱1716，并將熱遞送到布置在家庭1703內(nèi)的空氣1708。土壤1709的溫度比空氣1708的溫度更穩(wěn)定，因為它更深并且對地面上的溫度的影響可以較小。土壤1709的溫度通常在約18℃至約22℃之間。

地源熱遞送系統(tǒng)1701包括埋置在土壤1709內(nèi)的第一底部管1720，第一底部管1720有利于其中的熱容納流體1702從流體源即井1712流動并且將來自土壤1709的熱1716穿過底部管1720的側(cè)壁傳遞到熱容納流體1702。地源熱遞送系統(tǒng)1701還包括與底部管1720流體連通的第二頂部管1710，其促進(jìn)熱容納流體1702流過其中并將熱容納流體1702的熱1717傳遞到空氣1708。地源熱遞送系統(tǒng)1701還包括與底部管1720和所述頂部管1710流體連通并且構(gòu)造成推進(jìn)熱容納流體1702的流體泵1740。

應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)其它示例，底部管1720可以埋置在深得多的位置(例如，地下3米)處，以便由具有更穩(wěn)定的溫度值的土壤包圍。

地源熱遞送系統(tǒng)1701還包括流體噴射系統(tǒng)1750，其是開環(huán)系統(tǒng)。流體噴射系統(tǒng)1750包括埋置在土壤1709內(nèi)并沿著底部管1720延伸的噴射管1755。噴射管1755與流體泵1790流體連通。噴射管1755被構(gòu)造成具有多個噴射器1760，該多個噴射器構(gòu)造成用于在底部管1720周圍的土壤1709處噴射流體1763。噴射器1760是選擇性地激活的噴射器，其激活取決于噴射管1755內(nèi)的壓力。在操作中，從噴射器1760噴射的流體1763使底部管1720周圍的土壤1709濕潤，以便增加土壤1709的導(dǎo)熱性并且改善從土壤1709到底部管1710且特別是到在其中流動的熱容納流體1702的熱傳遞。在本領(lǐng)域中已知的是，土壤的導(dǎo)熱性取決于土壤的類型和其濕度。盡管土壤的類型不可控制，但土壤的濕度可以通過以受控的方式使土壤潤濕來改變。這允許提高土壤1709的導(dǎo)熱性并改善從土壤1709到熱容納流體1702的熱傳遞。