本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種為農(nóng)業(yè)大棚植物提供季節(jié)性全方位的溫控系統(tǒng)和溫控方法。

背景技術(shù)：

溫室或蔬菜大棚(以下簡(jiǎn)稱“大棚”)的功能是在自然環(huán)境的反季節(jié)條件下，營(yíng)造適用于果蔬、花卉生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，進(jìn)行高效生產(chǎn)。對(duì)于農(nóng)作物生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，溫度是最重要的環(huán)境要素之一。寒冷地區(qū)冬季室外溫度低于-10℃，為了保證作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，大棚內(nèi)必須配置加熱設(shè)施。我國(guó)東北、西北的高寒地區(qū)和華北的部分地區(qū)，傳統(tǒng)系統(tǒng)加熱費(fèi)用約占運(yùn)行費(fèi)用的50％～60％。為了降低系統(tǒng)能耗，提高生產(chǎn)效益，減少污染，高效節(jié)能的溫室供暖系統(tǒng)勢(shì)在必行。

目前寒冷地區(qū)大棚過(guò)冬常用的方法有以下幾種。一是集中供暖(建立鍋爐、地?zé)峋?，大棚內(nèi)設(shè)置暖氣系統(tǒng)，由于大棚熱損失嚴(yán)重，供暖運(yùn)行費(fèi)用高，無(wú)法提升地溫，棚內(nèi)溫度分布不均。二是熱風(fēng)爐供暖，通過(guò)燃燒不同的燃料(如煤、燃油和秸稈等)，釋放熱量。其熱效率低，棚內(nèi)溫度波動(dòng)大。燃燒后的煙氣含有有害氣體(如硫和氮氧化物、焦油等)，污染嚴(yán)重。三是電加溫系統(tǒng)將電熱線埋在地下，用來(lái)提高地溫。此方法主要是為溫室育苗用，只能作為臨時(shí)短期加溫措施使用，不能用于農(nóng)業(yè)大棚過(guò)冬。以上三種方法夏季均無(wú)法產(chǎn)生降溫效果。

大棚供暖的主要目標(biāo)有二：其一是保持地溫，使植物根部處于適當(dāng)?shù)臏貐^(qū)，以利于其生長(zhǎng)；其二是保持棚溫，使植物的地上部分免于凍傷。傳統(tǒng)的大棚供熱系統(tǒng)方式均是在棚內(nèi)地上設(shè)置暖氣，用于提高棚溫，無(wú)法保證根部溫度，難以實(shí)現(xiàn)植物需要的全方位溫度控制；另外單一的供熱方式也無(wú)法實(shí)現(xiàn)夏季的降溫效果。

現(xiàn)有的常用熱泵形式一是采用土壤源熱泵系統(tǒng)供暖，但由于冬夏取放熱量不平衡，造成土壤溫度降低，使用壽命短；二是采用地下水源熱泵系統(tǒng)供暖，若長(zhǎng)期運(yùn)行排水無(wú)法全部回灌，地下水位下降，破環(huán)地下生態(tài)系統(tǒng)。由于僅僅采用地面設(shè)施布置，不能有效解決植物全方位的溫度需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種農(nóng)業(yè)大棚植物季節(jié)性全方位的溫控系統(tǒng)和溫控方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中冬季大棚供暖運(yùn)行費(fèi)用高、能源利用率低、地上地下溫度差異大、污染嚴(yán)重和夏季無(wú)法降溫的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：一種農(nóng)業(yè)大棚植物季節(jié)性全方位的溫控系統(tǒng)，包括空氣源熱泵機(jī)組，空氣源熱泵機(jī)組的冷凝器出口端與主供水管連通，主供水管、主回水管分別設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥和第二調(diào)節(jié)閥，主供水管分別與暖風(fēng)機(jī)的進(jìn)水端和分水器相連通，分水器和地暖管的進(jìn)水端相連通，暖風(fēng)機(jī)送風(fēng)口和布風(fēng)管連通，分集水器進(jìn)水端上設(shè)有第一電磁閥，暖風(fēng)機(jī)進(jìn)水端上設(shè)有第二電磁閥，暖風(fēng)機(jī)回水端和集水器與主回水管相連通，主回水管設(shè)有蓄熱水箱，第二調(diào)節(jié)閥與循環(huán)水泵的進(jìn)口端連通，循環(huán)水泵的出口端與空氣源熱泵機(jī)組的冷凝器進(jìn)口端連通。

一種農(nóng)業(yè)大棚植物季節(jié)性全方位的溫控方法，采用上述溫控系統(tǒng)，冬季時(shí)：當(dāng)大棚內(nèi)溫度達(dá)到或低于設(shè)定的棚內(nèi)供暖下限溫度時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組、循環(huán)水泵、暖風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥、第一電磁閥、分集水器、第二電磁閥打開；

夏季時(shí)：當(dāng)大棚或溫室內(nèi)的溫度達(dá)到或超過(guò)上限時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組制冷模式啟動(dòng)，循環(huán)水泵和暖風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥和第二電磁閥打開，第一電磁閥和分集水器關(guān)閉，循環(huán)水通過(guò)蓄熱水箱、循環(huán)水泵、空氣源冷水機(jī)組、主供水管進(jìn)入暖風(fēng)機(jī)。

當(dāng)夏季夜間棚外空氣溫度低于棚內(nèi)溫度或棚內(nèi)溫度高于作物適宜生長(zhǎng)溫度時(shí)時(shí)，適時(shí)開啟大棚內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行降溫。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明冬季可以把寒冷地區(qū)棚外空氣的熱量，通過(guò)空氣源熱泵及其連通的地暖管和熱風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至大棚中，夏季則將熱量排出大棚，實(shí)現(xiàn)冬季供熱夏季供冷。低溫空氣源源熱泵冬季運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，能在環(huán)境溫度為-15℃以下實(shí)現(xiàn)大溫升制熱。并且不需要煤等燃料作為驅(qū)動(dòng)，直接利用空氣的能量，營(yíng)造適宜作物生長(zhǎng)的棚內(nèi)溫度，高效節(jié)能、無(wú)污染。末端采用地暖管散熱和布風(fēng)管送風(fēng)的形式，解決了傳統(tǒng)溫室供熱系統(tǒng)棚內(nèi)溫度分布不均，土壤溫度低的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1農(nóng)業(yè)大棚植物季節(jié)性全方位的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1—空氣源熱泵；2—循環(huán)水泵；3—第一調(diào)節(jié)閥；4—第二調(diào)節(jié)閥；5—主供水管；6—主回水管；7—第一電磁閥；8—分集水器；9—地暖管；10—第二電磁閥；11—暖風(fēng)機(jī)；12—布風(fēng)管；13—蓄熱水箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明系統(tǒng)的原理是：冬季利用空氣源熱泵從空氣中取熱，并通過(guò)熱風(fēng)系統(tǒng)和地暖管系統(tǒng)，將熱量轉(zhuǎn)移至大棚內(nèi)，從而營(yíng)造適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的溫度條件。在系統(tǒng)末端的布置方面，通過(guò)分集水器連接地暖管散熱和暖風(fēng)機(jī)連接布風(fēng)管送風(fēng)，以確保土壤溫度和棚內(nèi)溫度均達(dá)到植物生長(zhǎng)的要求；夏季利用同一機(jī)組，通過(guò)熱風(fēng)系統(tǒng)將棚內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移至棚外空氣中，為植物的成長(zhǎng)提供舒適的溫度和濕度條件。所述供熱機(jī)組為低溫空氣源熱泵1機(jī)組，機(jī)組能實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度-15℃及以下，大溫升制熱。末端采用地暖管9與土壤進(jìn)行熱交換，結(jié)合暖風(fēng)機(jī)11、布風(fēng)管12與室內(nèi)空氣換熱。

將本發(fā)明應(yīng)用于寒冷地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚，結(jié)合圖1系統(tǒng)流程圖進(jìn)行說(shuō)明。所述系統(tǒng)包括空氣源熱泵(冷水)機(jī)組1、循環(huán)水泵2、第一調(diào)節(jié)閥3、第二調(diào)節(jié)閥4、主供水管5、主供水管6、第一電磁閥7、第二電磁閥10、分集水器8、地暖管9、暖風(fēng)機(jī)11和布風(fēng)管12。空氣源熱泵(冷水)機(jī)組1的冷凝器出口端與主供水管5連通。主供水管、主回水管分別設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥3和第二調(diào)節(jié)閥4。主供水管5分別與暖風(fēng)機(jī)11的進(jìn)水端和分水器8相連通、分水器8和地暖管9的進(jìn)水端相連通，暖風(fēng)機(jī)送風(fēng)口和布風(fēng)管12連通，分集水器8進(jìn)水端上設(shè)有第一電磁閥7，暖風(fēng)機(jī)11進(jìn)水端上設(shè)有第二電磁閥10。暖風(fēng)機(jī)11回水端和集水器8與主回水管6相連通，主回水管6設(shè)有蓄熱水箱13，第二調(diào)節(jié)閥4與循環(huán)水泵2的進(jìn)口端連通，循環(huán)水泵2的出口端與空氣源熱泵(冷水)機(jī)組1的冷凝器進(jìn)口端連通。

冬季，當(dāng)大棚內(nèi)溫度達(dá)到或低于設(shè)定的棚內(nèi)供暖下限溫度時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組1、循環(huán)水泵2、暖風(fēng)機(jī)11啟動(dòng)，第一調(diào)節(jié)閥3、第二調(diào)節(jié)閥4、第一電磁閥7、分集水器8、第二電磁閥10打開。在空氣源熱泵機(jī)組1的空氣側(cè)，在熱泵內(nèi)部風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，空氣流經(jīng)熱泵機(jī)組1的蒸發(fā)器時(shí)被吸熱降溫，降溫的空氣重新排入大氣，升溫的空氣再進(jìn)入到熱泵機(jī)組1的蒸發(fā)器與制冷劑換熱，把熱量傳給制冷劑的同時(shí)降溫，再返回到大氣中。周而復(fù)始，空氣側(cè)作為低溫?zé)嵩?，不斷地給熱泵機(jī)組1提供熱量。與此同時(shí)，在空氣源熱泵機(jī)組1的水側(cè)，在循環(huán)水泵2的驅(qū)動(dòng)下，循環(huán)水從蓄熱水箱13進(jìn)入熱泵機(jī)組1，同時(shí)由熱泵機(jī)組1的蒸發(fā)器轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的熱量和空氣源熱泵機(jī)組1耗電轉(zhuǎn)化的能量，通過(guò)冷凝器加熱高溫側(cè)循環(huán)水，被加熱的水通過(guò)主供水管5流入到分集水器8和暖風(fēng)機(jī)11。通過(guò)分集水器8將水送入地暖管9，并與棚內(nèi)的土壤換熱，暖風(fēng)機(jī)11內(nèi)熱水加熱空氣，并將加熱的空氣通過(guò)布風(fēng)管12送到棚內(nèi)與其它空氣混合，棚內(nèi)溫度上升。管內(nèi)水與土壤和空氣換熱后而溫度降低，通過(guò)主回水管6、蓄熱水箱13、第二調(diào)節(jié)閥4和循環(huán)水泵2，再流回到空氣源熱泵機(jī)組1的冷凝器加熱升溫。循環(huán)往復(fù)，主循環(huán)水泵2不斷地把空氣源熱泵機(jī)組1從空氣中提取的熱量輸送給地暖管9和暖風(fēng)機(jī)11，使大棚內(nèi)部溫度不斷上升。熱風(fēng)系統(tǒng)(即暖風(fēng)機(jī)11和布風(fēng)管12)和地暖管系統(tǒng)(即分集水器8和地暖管9)使用可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)配。由此可見(jiàn)供暖的熱量都是取自大棚外部空氣的熱量和少量熱泵耗電轉(zhuǎn)化而來(lái)的熱量。

夏季，當(dāng)大棚或溫室內(nèi)的溫度達(dá)到或超過(guò)上限時(shí)，冷水機(jī)組1、主循環(huán)水泵2和暖風(fēng)機(jī)11啟動(dòng)，第一調(diào)節(jié)閥3、第二調(diào)節(jié)閥4和第二電磁閥10打開，第一電磁閥7和分集水器8關(guān)閉，循環(huán)水通過(guò)蓄熱水箱13、循環(huán)水泵2、空氣源冷水機(jī)組1、主供水管5進(jìn)入暖風(fēng)機(jī)11。由于棚外空氣溫度高于棚內(nèi)的溫度，在冷水機(jī)組的1低溫側(cè)，由主循環(huán)水泵2的驅(qū)動(dòng)，水通過(guò)流經(jīng)冷水機(jī)組1的蒸發(fā)器(即熱泵循環(huán)的冷凝器)時(shí)被吸熱降溫，降溫的水通過(guò)主供水管5進(jìn)入暖風(fēng)機(jī)11，同時(shí)冷卻空氣，并將冷卻的空氣通過(guò)布風(fēng)管12送到棚內(nèi)與其它空氣混合，棚內(nèi)溫度降低。同時(shí)，在冷水機(jī)組1的高溫側(cè)，在機(jī)組內(nèi)部風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，由冷水機(jī)組1的蒸發(fā)器轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的熱量通過(guò)冷凝器(即熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器)加熱棚外空氣，機(jī)組內(nèi)部工質(zhì)因與空氣換熱而自身溫度降低，再流回冷水機(jī)組1的蒸發(fā)器吸熱升溫。循環(huán)往復(fù)，不斷地把大棚內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移給棚外大氣，使大棚內(nèi)的溫度下降。同時(shí)對(duì)于夏季夜間棚外空氣溫度低于棚內(nèi)溫度或棚內(nèi)溫度高于作物適宜生長(zhǎng)溫度時(shí)，可以適時(shí)開啟大棚內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行降溫。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。