專利名稱：太陽能海水淡化溫室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用溫室設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集太陽能、海水 淡化技術(shù)為一體的可適合淡水資源匱乏地區(qū)作物種植的溫室。
技術(shù)背景在炎熱干旱地區(qū)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，由于蒸發(fā)作用，供給的淡水約有80%要損 失掉，很不經(jīng)濟，因此要抓好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就必須控制溫室里環(huán)境溫度，目前大多 數(shù)溫室通常是通過"濕簾風(fēng)機裝置"利用水的蒸發(fā)來實現(xiàn)降低氣溫，即在溫室 的一側(cè)裝大型軸流風(fēng)扇，相對的一側(cè)裝濕簾，濕簾是用有機材料制成的多孔蜂 窩狀墊子，工作時需用淡水充分潤濕墊子。即使如此，這些地區(qū)在溫室里進行 的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用于溫室降溫及灌溉仍需消耗大量的能源和淡水，因而只有在能源 便宜的地方才可經(jīng)濟可行，使這項技術(shù)受到極大的限制。在具備海水或苦咸水 資源的地區(qū)，利用太陽能將海水或苦咸水淡化，并提供給溫室種植之用，不失 為解決炎熱干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟途徑。中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院、曰本 茬原制作所、唐山市古冶區(qū)政府曾合作進行了海水淡化農(nóng)業(yè)栽培綜合實驗項 目，該項目整個系統(tǒng)由太陽能海水淡化裝置、高標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能日光溫室、自動控制 灌溉施肥系統(tǒng)、作物生長環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和計算機自動控制 系統(tǒng)等組成。其海水淡化裝置主要由太陽能集熱設(shè)備、三級真空蒸發(fā)缸、太陽 能電池及蓄電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、海水供水系統(tǒng)、淡水及廢水收集系統(tǒng)等組 成。全部產(chǎn)水過程的能量由太陽能提供。單元裝置設(shè)計日產(chǎn)淡水200升。溫室 內(nèi)無土栽培基質(zhì)為日本引進的具有長期栽培無病害、吸水性強等特點的輕石。 試驗蔬菜品種有西紅柿、黃瓜、日本生菜、油菜、日本蜜瓜、秋葵等。自動控 制灌溉選用節(jié)水效果最好的內(nèi)鑲式滴灌管和補償式扦插滴灌頭的兩種滴灌方 式。該實驗項目取得了一定效果，但該系統(tǒng)的海水淡化裝置利用的是真空蒸發(fā) 的原理，具有獨立于溫室的太陽能集熱設(shè)備、三級真空蒸發(fā)缸等，設(shè)備較為復(fù)
雜，造價也比較高。并且，此處的節(jié)能日光溫室僅僅是作為淡化水的應(yīng)用場所而存在。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能、低成本的太陽能海水淡化溫室，該太陽能 海水淡化溫室不僅可以存儲淡化海水，還可將淡化海水匯聚至淡水貯水池以供 輸出灌溉，從而具有作物種植功能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案一種太陽能海水淡化溫室，包括作物栽培的溫室主體，在溫室頂部上方加 設(shè)海水蒸餾用頂層，其內(nèi)層采用波長選擇性透光彩色塑料板，外層屋頂覆蓋面 采用透光板，在外層屋頂內(nèi)側(cè)天溝位置設(shè)淡水收集槽，淡水收集槽經(jīng)管路與淡 水貯水池相通， 一抽取并存儲海水的海水貯水池通過供水立管接固定在雙層屋 頂內(nèi)的噴水管，噴水管的兩側(cè)開設(shè)噴孔。本發(fā)明太陽能海水淡化溫室是集太陽能海水蒸餾裝置、環(huán)境受控溫室于一 體，適合生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用淡水，并具有遮陽和降溫功能，可用于海水淡化及作物種 植。本發(fā)明可滿足沿海、海島、沙漠鹽堿區(qū)等有海水或苦咸水但淡水資源匱乏 的地區(qū)解決蔬菜供應(yīng)和人畜飲水的需要。本發(fā)明的優(yōu)點是-1、 節(jié)水節(jié)能將太陽能的利用與海水淡化技術(shù)高效地結(jié)合在一起，不需 要淡水供給；只需從外部提供很少能源。2、 運行經(jīng)費低系統(tǒng)的運行費用遠低于以石油為動力的海水淡化系統(tǒng)。


圖l 為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2 為本發(fā)明一實施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖) 圖3 為圖2之A處截面圖 圖4 為圖3之B處放大圖具體實施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明太陽能海水淡化溫室以作物栽培的溫室為主體， 在屋頂以下部分采用通常溫室的結(jié)構(gòu)和材料，即可以輕鋼構(gòu)件制作立柱、復(fù)合 梁、各種橫桿等，采用透光材料如玻璃、聚碳酸酯中空板等作為周邊覆蓋材料。本發(fā)明的重要創(chuàng)新在于將熱量大量聚集的溫室頂部設(shè)計為獨特的雙層屋頂結(jié)構(gòu)，形成面積巨大的 海水蒸餾裝置，讓海水的蒸發(fā)、冷凝均在雙層屋頂內(nèi)進行。雙層屋頂?shù)膬?nèi)層屋 頂9作為海水的蒸發(fā)床，采用特制的波長選擇性透光彩色塑料板，該板可截留 紅外光以提升雙層屋頂夾層間的溫度從而提高海水的蒸餾量，并且對于用于作 物生長的其余光波則有很好的透過性。雙層屋頂?shù)耐鈱游蓓?起凝結(jié)作用，為 了使凝結(jié)的淡水順著外層屋頂?shù)膬?nèi)側(cè)匯集起來，除了保證外層屋頂?shù)慕嵌茸銐?外，外層屋頂?shù)牟牧线x擇也很重要，本發(fā)明外層屋頂?shù)牟牧喜捎貌ＡО寤蚱渌?具有超親水性能的材料板。本發(fā)明的一個實施例的外層屋頂材料選擇目前問世 不久的超親水玻璃，該玻璃是在普通浮法玻璃上鍍制了一層納米Ti02光催化薄 膜，親水性的納米TiO,光催化薄膜層大大降低了玻璃的表面張力，與水的接觸 角可由一般玻璃的25。 35。降低為《6.5。。當(dāng)水凝結(jié)到玻璃上時，由于玻璃的 "超親水性"，不會像通常那樣凝結(jié)成水珠，而是均勻地擴散到整個玻璃表面， 并且完全浸潤玻璃，這樣就避免了雙層屋頂內(nèi)凝結(jié)的淡水再度滴下與海水混合 的情況發(fā)生。為了收集冷凝的淡水，在外層屋頂8內(nèi)側(cè)接近天溝14的位置設(shè)置了淡水 收集槽13，沿外層屋頂內(nèi)側(cè)淌下的淡水均收集到該槽內(nèi)，并通過管路(淡水立 管10、淡水地埋管6送至淡水貯水池7，淡水地埋管6以0. 1 0. 5%坡向淡水 貯水池。實際上，噴灑在內(nèi)層屋頂?shù)暮Ｋ畠H一部分可一次性蒸發(fā)，其余在溫度 升高后仍需回流至海水貯水池，為此，在內(nèi)層屋頂9接近天溝的下方還設(shè)置了 海水回流槽11。為提供海水， 一抽取并存儲海水的海水貯水池2與外接海水水源的供水地 埋管4相通，并在供水地埋管4上裝有海水提升泵3，海水jt水池2的出口通 過供水立管16接固定在雙層屋頂內(nèi)(內(nèi)層屋頂脊部為佳)的噴水管，噴水管的兩
側(cè)開設(shè)噴孔15。接至海水回流槽11的海水回流地埋管5以0. 3 0. 7 %坡度 坡向海水貯水池。圖2為本發(fā)明一實施例的平面示意圖，該實施例規(guī)格可為6.4m(跨 度)X3x4m(開間)x8，在溫室北端地面下設(shè)淡水貯水池7 (容積約2-3 m:t，與溫 室面積有關(guān))，并埋設(shè)淡水地埋管6與之相通，該淡水地埋管坡度為0.3%,坡 向淡水貯水池。溫室南端設(shè)海水貯水池2 (容積約7-8m3，與溫室面積有關(guān))， 并埋設(shè)海水回流地埋管5與之相通，海水回流地埋管6坡度為0. 5%,坡向海水 貯水池。由海水貯水池還引出供水地埋管4，在供水地埋管上裝有海水提升泵 3，通過供水立管向雙層屋頂泵送海水。圖3為圖2在A處的截面圖，由該圖可見太陽能海水淡化溫室具有與傳統(tǒng) 溫室相近的骨架形式1和四周圍護結(jié)構(gòu)。但綜合考慮外屋面內(nèi)側(cè)淡水凝結(jié)后順 屋面流淌所需角度及屋頂?shù)暮侠砀叨龋瑴厥业目缍炔灰舜笥?.4m。太陽能海水 淡化溫室是具有特殊雙層屋頂結(jié)構(gòu)的溫室，通過雙層屋頂實現(xiàn)海水的蒸發(fā)、冷 凝以產(chǎn)生淡水。圖4為圖3 B處的放大圖，由該圖可看出一部分主要部件的位置及連接關(guān) 系(包括溫室主體結(jié)構(gòu)的立柱、復(fù)合梁等骨架形式1及外層屋頂8、內(nèi)層屋頂 9、海水回流槽ll、海水回流立管12、淡水收集槽13、淡水立管IO)。如圖1所示，本發(fā)明的具體工作過程是海水JC水池2中的海水在海水提 升泵3的抽送下，通過供水地埋管4、供水立管16進入固定在內(nèi)層屋頂9脊部 的噴水管15內(nèi)，噴水管15的兩側(cè)有許多細小的噴孔，將海水均勻地噴灑在內(nèi) 層屋頂9的外側(cè)。流過內(nèi)層屋頂9外側(cè)的海水，從環(huán)境吸收熱量，尤其從屋頂 吸收熱量，促進蒸發(fā)。部分海水蒸發(fā)并凝結(jié)在傾斜的外層屋頂8的內(nèi)表面，并 順著傾斜的外層屋頂8的內(nèi)表面匯入淡水收集槽13內(nèi)，并通過淡水立管10、 淡水地埋管6匯聚至淡水貯水池7內(nèi)供溫室作物灌溉用。沒有蒸發(fā)的熱鹽水順 著內(nèi)層屋頂9的外表面匯入海水回流槽11內(nèi)，并通過海水回流立管12、海水 回流地埋管5流回海水貯水池2，同海水混合后再次泵送至內(nèi)層屋頂?shù)捻敳窟M 行蒸發(fā)。
因為海水不停流過內(nèi)層屋頂，所以不會產(chǎn)生鹽類沉積。內(nèi)層屋頂?shù)暮Ｋ?流過量決定是降溫過程占優(yōu)勢還是蒸發(fā)過程占優(yōu)勢。大量的水會很快升溫，并 開始蒸發(fā)。實際工作過程中，鹽水在內(nèi)層屋頂流動的同時，淡水持續(xù)不斷地向 下流過外層屋頂?shù)膬?nèi)面，源源不斷地被收集到淡水貯水池里。雖然內(nèi)層屋頂?shù)耐鈧?cè)溫度較高，但蒸發(fā)過程的降溫效果卻能保持溫室的溫 度不高。隨著外側(cè)溫度的升高，這種雙層屋頂?shù)慕禍匦Ч鰪姟厥覂?nèi)的溫度 使?jié)穸冗m合作物生長。被蒸發(fā)的水凝結(jié)在外層屋頂?shù)膬?nèi)側(cè)上，凝結(jié)過程放出的 熱量大部分由溫室排除。根據(jù)初步試驗，在南方炎熱地區(qū)，本發(fā)明(以上述實施例結(jié)構(gòu)為例)的淡水日均產(chǎn)量約1.2-1.5L/ (m2.d)。即使氣溫超過30。C，溫室內(nèi)離地面30cm 處的溫度從未超過35°C;溫室內(nèi)的相對濕度，日出時達到100%;隨著溫室內(nèi) 溫度升高，平均值約60%。這樣的條件很適合種植蔬菜，對于西紅柿、菜椒及 花卉等的滴灌，這種系統(tǒng)生產(chǎn)的淡水足夠滿足需求。本發(fā)明只需從外部提供很少能源，把海水提升到屋頂?shù)捻敳?大約20kW /ha)。這部分能源可以考慮從光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電取得，這樣整個系統(tǒng)就不 需要外部能源了；系統(tǒng)的運行費用大大降低，遠低于以石油為動力的海水淡化 系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種太陽能海水淡化溫室，包括作物栽培的溫室主體，其特征在于在溫室頂部上方加設(shè)海水蒸餾用頂層，其內(nèi)層采用波長選擇性透過彩色塑料板，外層屋頂覆蓋面采用透光板，在外層屋頂內(nèi)側(cè)天溝位置設(shè)淡水收集槽，淡水收集槽經(jīng)管路與淡水貯水池相通，抽取并存儲海水的海水貯水池通過供水立管接固定在雙層屋頂內(nèi)的噴水管，噴水管的兩側(cè)開設(shè)噴孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于所述外層屋頂 覆蓋的透光板為玻璃板或具有超親水性能的透光材料板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于所述具有超親 水性能的透光材料板為鍍制納米Ti02光催化薄膜的超親水玻璃板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于所述固定在雙 層屋頂內(nèi)的噴水管固定在內(nèi)層屋頂脊部處。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于在內(nèi)層屋頂天溝 下方設(shè)置海水回流槽。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于所述淡水地埋管坡度為0. 1 0. 5%，坡向淡水貯水池。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能海水淡化溫室，其特征在于所述海水回流地埋管坡度為O. 3 0. 7%,坡向海水|￡水池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能海水淡化溫室，包括作物栽培的溫室主體，在溫室頂部上方加設(shè)海水蒸餾用頂層，其內(nèi)層采用波長選擇性透過彩色塑料板，外層屋頂覆蓋面采用透光板，在外層屋頂內(nèi)側(cè)天溝位置設(shè)淡水收集槽，淡水收集槽經(jīng)管路與淡水貯水池相通，抽取并存儲海水的海水貯水池通過供水立管接固定在雙層屋頂內(nèi)的噴水管，噴水管的兩側(cè)開設(shè)噴孔。本發(fā)明是集太陽能海水蒸餾裝置、環(huán)境受控溫室于一體，適合生產(chǎn)農(nóng)業(yè)用淡水，并具有遮陽和降溫功能，可用于海水淡化及作物種植；可滿足沿海、海島、沙漠鹽堿區(qū)等有海水或苦咸水但淡水資源匱乏的地區(qū)解決蔬菜供應(yīng)和人畜飲水的需要。
文檔編號C02F1/14GK101152964SQ20061011341
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者卜云龍, 周產(chǎn), 張曉文, 李秀剛, 楊仁全, 龍智強 申請人:北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司