設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，包括：設置于大棚或日光溫室內的一個壓縮機和一個換向閥；以及并行設置且受控于自動控制單元的太陽能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過熱泵技術，綜合利用太陽能、大棚或日光溫室內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的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災害，為作物寒冷季節(jié)正常生長、豐收奠定了基礎；也用于作物高溫季節(jié)降溫除濕的需要。
【專利說明】設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及設施農業(yè)【技術領域】，尤其涉及一種設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代農業(yè)標志之一是設施農業(yè)。設施農業(yè)又以大棚或日光溫室及其水利與能源設施的配套為代表。大棚和日光溫室是高效日光效應的設施農業(yè)，秋冬春三個季節(jié)，尤其以春節(jié)市場供應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、花卉等農業(yè)產(chǎn)品基本來自于大棚和日光溫室。
[0003]我國內蒙古高原、青藏高原、黃土高原、南疆戈壁等廣袤的農村，有大量閑置的或可開辟利用耕種的土地，也有眾多閑置勞動力。在這些地區(qū)，經(jīng)濟作物、蔬菜等農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施農業(yè)。這些地區(qū)的大棚或日光溫室僅是解決了干旱、大風條件下的種養(yǎng)殖，冬季由于嚴寒的影響絕大多數(shù)大棚或日光溫室閑置。
[0004]所謂設施農業(yè)就是通過大棚、日光溫室、水電、設備設施的建設，人工創(chuàng)造適宜的農業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)。秋冬春三個季節(jié)既是大棚和日光溫室設施農業(yè)產(chǎn)品經(jīng)濟效益最高、性價比最高的時期，又是面臨低溫災害影響最嚴重的時期，尤其我國北方、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害的問題。在這些地區(qū)，低溫災害年年有，輕則導致連年大面積的根本性的減產(chǎn)，重則絕產(chǎn)。并且，由于生長環(huán)境低溫不利，很多地區(qū)的農戶不得已采取促生劑等方式實施補償?shù)蜏卦斐傻牟焕绊懀M而影響了產(chǎn)品的品質和產(chǎn)品的銷售，甚至危及人們的身體健康。
[0005]解決抗御低溫災害的辦法實施過許多，如:加厚大棚和日光溫室結構性保溫措施，每畝大棚或日光溫室的保溫建造費用高達5?8萬元；燒煤或電暖保暖導致生產(chǎn)成本增高，甚至賠本。因而，使得眾多農戶或望而卻步，或經(jīng)營失敗，或放棄從事農業(yè)。
[0006]我國農業(yè)面臨的問題就是可耕性土地少、優(yōu)質農產(chǎn)品供量少、精細果蔬品種少、有機綠色產(chǎn)品少、適宜現(xiàn)代農業(yè)經(jīng)營環(huán)境差的局面。人們對農產(chǎn)品需求的關鍵時期是冬季旺需與春季青黃不接，不僅導致價格不穩(wěn)定，嚴重的是品質不保障。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，以抗御大棚和日光溫室低溫災害，為作物創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，包括:設置于大棚或日光溫室內的一個壓縮機和一個換向閥；以及
[0009]太陽能水源熱泵單元，所述太陽能水源熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內的太陽能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，所述地下蓄熱水池內設有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；所述太陽能蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機、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)熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器及設置于所述大棚或日光溫室內上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機、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)熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內的水環(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、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)熱泵單元并行設置且受控于自動控制單元。
[0013]優(yōu)選，所述太陽能蒸發(fā)冷凝器為碳纖維幕式太陽能蒸發(fā)冷凝器。
[0014]優(yōu)選，所述太陽能水源熱泵單元還包括設置于大棚或日光溫室內的散熱風機。
[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)熱泵單元還包括設置于所述大棚或日光溫室內底部的用于強制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風機，以及設置于所述大棚或日光溫室內上部用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風機。
[0017]優(yōu)選，所述大棚或日光溫室內還設置有用于果蔬或/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藏棚，由所述氣環(huán)熱泵單元對所述果蔬或/和藥材進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還設置有干燥房，由所述氣環(huán)熱泵單元為所述干燥房提供熱風對需要干燥之物進行熱風干燥處理。
[0019]優(yōu)選，所述壓縮機由電驅動或燃氣輪機驅動。
[0020]優(yōu)選，所述壓縮機由燃氣輪機驅動，所述燃氣輪機的排氣回收入所述氣環(huán)熱泵單
J Li o
[0021]優(yōu)選，所述自動控制單元包括PLC單片機。
[0022]由于采用了上述技術方案，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)包括并行設置的太陽能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。其中，太陽能水源熱泵單元是寒冬季節(jié)農業(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，太陽能蒸發(fā)冷凝器以蒸發(fā)器的模式吸收太陽能的熱量，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能蒸發(fā)冷凝器吸收熱量蒸發(fā)，通過壓縮機做功，在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器內冷凝，將熱量釋放并儲存于地下蓄熱水池的水中；夜間低溫時，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為蒸發(fā)器模式，太陽能蒸發(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，通過壓縮機做功，在太陽能蒸發(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，從而提高了大棚和日光溫室內部的夜間溫度，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期，或在太陽能輻照量比較低的地區(qū)，難以通過運行太陽能水源熱泵單元來滿足大棚或日光溫室內的作物保溫供暖的需要。此間，自動控制單元啟動氣環(huán)熱泵單元，利用大棚或日光溫室的室內空間溫度梯度大、氣流自然流變小、土壤(或墻體)放熱等特點，通過氣環(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底部空氣的低位熱量而蒸發(fā)為氣態(tài)冷媒，通過壓縮機做功，在大棚或日光溫室內的上部氣態(tài)冷媒在氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器冷凝為液態(tài)冷媒，同時將熱量釋放在大棚或日光溫室內的上部空間，加熱了大棚或日光溫室內的上部空氣，構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，保持室溫不會繼續(xù)和大幅度下降，以滿足作物保溫供暖的需要。
[0024]當持續(xù)連陰天，不能運行太陽能水源熱泵單元；且冬季氣溫很低不利于空氣源蒸發(fā)吸熱，不能運行氣環(huán)熱泵單元時，此間，自動控制單元啟動水環(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，通過壓縮機做功，在大棚或日光溫室內的水環(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]當進一步在大棚或日光溫室內建造用于冬季存貯果蔬、藥材等的地窖，通過運行氣環(huán)熱泵單元對果蔬、藥材可以起到降濕防凍的作用；建造用于對果蔬、藥材等夏季低溫保鮮的儲藏棚，通過運行氣環(huán)熱泵單元對果蔬、藥材可以起到低溫保鮮作用；建造干燥房，通過運行氣環(huán)熱泵單元，可以為干燥房的上部提供熱風，對蘑菇、藥材等進行干燥處理。
[0026]綜上，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過熱泵技術，綜合利用大棚或日光溫室本體、太陽能、大棚或日光溫室內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的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災害，為作物寒冷季節(jié)正常生長、豐收奠定了基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型實施例的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)原理框圖；
[0028]圖2是本實用新型實施例的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)布置示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步非限制性的說明。
[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)，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)包括:設置在大棚或日光溫室內的一個壓縮機和一個四通換向閥；以及通過冷媒緩沖分配器并行設置且受控于自動控制單元的太陽能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元和水環(huán)熱泵單元。
[0031]太陽能水源熱泵單元包括:設置在大棚或日光溫室內的太陽能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，在地下蓄熱水池內設有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；該太陽能蒸發(fā)冷凝器、上述的壓縮機、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)回路內充有冷媒。
[0032]其中，太陽能蒸發(fā)冷凝器優(yōu)選為碳纖維幕式太陽能蒸發(fā)冷凝器。碳纖維集熱幕是碳纖維織物，織物的強度高，集熱幕用釘子壁掛懸垂安裝于大棚或日光溫室內，夏季可以圈起來收存。冷媒管道穿設在集熱幕的中間蒸發(fā)式吸熱由集熱幕收集的太陽能，再通過壓縮機和蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器換取熱量，據(jù)根實際觀測，當冷凝水溫達到30°C時，每平米集熱面積日集太陽熱能45兆焦，超過常規(guī)的太陽能集熱器集熱量約5倍，集熱效果好，而其造價僅是常規(guī)太陽能的1/2。在碳纖維幕式太陽能蒸發(fā)冷凝器的附近還配有散熱風機。
[0033]其中，地下蓄熱水池按所需熱量來選擇建造容量，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)蓄水的重要設施，夏季蓄水，冬季使用，因此，蓄熱水池功能性很強。根據(jù)觀測，氣溫_33°C的夜間，蓄熱水池的水溫15°C時，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]太陽能水源熱泵單元是寒冬季節(jié)農業(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太陽輻射得到熱能的現(xiàn)象稱為被動式利用太陽能；通過太陽能集熱器等裝置加熱水或空氣使用或蓄存太陽熱能的稱為主動式利用太陽能。白天，利用大棚和日光溫室的透光、保溫、密閉的特點，太陽能蒸發(fā)冷凝器以蒸發(fā)器的模式吸收太陽能的熱量，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能蒸發(fā)冷凝器吸收熱量蒸發(fā)，通過壓縮機做功，在蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器內冷凝，將熱量釋放并儲存于地下蓄熱水池的水中；夜間低溫時，蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器切換為蒸發(fā)器模式，太陽能蒸發(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，通過壓縮機做功，在太陽能蒸發(fā)冷凝器冷凝為液態(tài)冷媒而釋放熱量，在散熱風機作用下，強制將熱量釋放并散布于大棚和日光溫室的空間內，從而提高了大棚和日光溫室內部的夜間溫度，滿足作物夜間保溫供暖的需要。
[0035]氣環(huán)熱泵單元包括:設置在大棚或日光溫室內底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器，及設置在大棚或日光溫室內上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器；該氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、上述的壓縮機、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的底部還配有用于強制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風機；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最好1.5米以上的空間，在大棚或日光溫室內的上部還配有用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風機。
[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期，或在太陽能輻照量比較低的地區(qū)，難以通過運行太陽能水源熱泵單元來滿足大棚或日光溫室內的作物保溫供暖的需要。此間，自動控制單元啟動氣環(huán)熱泵單元，利用大棚或日光溫室的室內空間溫度梯度大、氣流自然流變小、土壤(或墻體)放熱等特點，通過運行氣環(huán)熱泵單元，使用大棚或日光溫室內部的空氣給自己造熱。具體操作:當室溫下降到12°C時，啟動氣環(huán)熱泵單元，首先，大棚或日光溫室內底部的蒸發(fā)風機以低速強制蒸發(fā)的方式換熱，閉環(huán)回路內的冷媒吸收室內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，蒸發(fā)的冷媒經(jīng)壓縮機做功攜帶高位熱量，通過氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器將高位熱量釋放在大棚或日光溫室內上部，再經(jīng)高處的冷凝風機將高位熱量釋放在1.5米以上空間，形成空氣加熱，至此構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、高秸桿時期保暖的效果尤其好，因為這時期作物根部與底部具備抗8°C以上低溫的能力，已經(jīng)沒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設置用于果蔬或/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藏棚；由氣環(huán)熱泵單元對果蔬或/和藥材進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用薄膜建造簡易的儲藏棚用于果蔬、藥材等的低溫保鮮。
[0040]未使用本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)之前，夏天菜農要將收獲的果蔬先運到冷風庫降溫后才能裝車發(fā)運，低溫運輸保障了果蔬長途到廣州、上海等地不再會發(fā)熱或霉爛，但每公斤果蔬要增加0.5?0.7元的處理費用。使用本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)的氣環(huán)熱泵單元，在大棚或日光溫室內的田邊地頭，將用保溫棉被封裝好果蔬的運輸車，用氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器的抽風管配合蒸發(fā)風機對運輸車進行抽風從而對果蔬進行降溫，30噸位滿載的運輸車，在環(huán)境溫度為33°C而果蔬降到5°C用時僅25分鐘，菜農與車主均節(jié)省了費用和時間，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。
[0041]其中，還可以在大棚或日光溫室內建造干燥房，由氣環(huán)熱泵單元為該干燥房提供熱風對需要干燥之物例如蘑菇、藥材等進行熱風干燥處理。氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器的風管在底部吸氣并除濕，冷媒吸熱蒸發(fā)經(jīng)壓縮機做功后，高溫高壓的熱量在干燥房的上部在冷凝風機作用下送為熱風，當風量達到10000立方米/小時、出風溫度40°C左右時，其時間、干度效果均達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、不通風而使色澤變深、品質不均勻或部分過度干燥等的問題；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。
[0042]水環(huán)熱泵單元包括:設置在大棚或日光溫室內的水環(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、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)、內蒙古自治區(qū)的西蒙地區(qū)，地面水資源相當匱乏，而地下卻有豐富的苦咸水，可以通過水環(huán)熱泵單元而充分利用。
[0044]當持續(xù)連陰天，不能運行太陽能水源熱泵單元；且冬季氣溫很低不利于空氣源蒸發(fā)吸熱，不能運行氣環(huán)熱泵單元時，此間，自動控制單元啟動水環(huán)熱泵單元，充分利用大棚或日光溫室外部周圍的水源來為大棚或日光溫室內部制熱，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，水冷換熱冷凝器設有多個出水駁接管口，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)二次換熱器加熱無土栽培床的溫度，或經(jīng)套管加熱水培營養(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業(yè)園藝供熱問題，并完全取代了燃料鍋爐供熱。我國西部許多地區(qū)，如甘肅省的河西走廊、新疆自治區(qū)的南疆地區(qū)、內蒙古自治區(qū)的西蒙地區(qū)，地面水資源相當匱乏，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、無土栽培、有機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，這些地區(qū)有廣博的土地，通過修建專用的覆膜式蓄水池大棚，充分利用此水環(huán)熱泵單元來加熱蓄水池內的水，池內水既可以蓄熱，又可以澆灌作物。
[0045]在甘肅省天水市甘泉農場一座4032 Hl2芹菜苗培育大棚，50萬株價值25萬元。芹菜苗期如果溫度低于8°C則會出現(xiàn)抽薹而導致芹菜不能食用。原本有太陽能熱泵系統(tǒng)，但2012年12月份遭遇歷史未有過的連續(xù)16天連陰天，最低氣溫-18°C，太陽能水源熱泵單元與氣環(huán)熱泵單元都不能運行，通過運行水環(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、收獲，避免了給菜農造成經(jīng)濟損失。
[0046]在甘肅省皋蘭實驗基地，通過運行水環(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的無限生長西紅柿水培育苗、有機培定植和土培定植的正常運營。
[0047]其中，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)所用壓縮機可為常規(guī)的電驅動方式。但在沒有電的偏遠、高原、高寒地區(qū)，可以使用灌裝煤氣、壓縮天然氣等作為燃氣輪機的燃料，用燃氣輪機直接通過滑差離合器連接驅動壓縮機，燃氣輪機的排氣再由氣環(huán)熱泵單元回收，實驗已經(jīng)取得成功。還可以使用經(jīng)過處理的沼氣作為燃氣輪機的燃料來驅動壓縮機。根據(jù)熱力學第二定律，燃料燃燒轉換為電能，其能源利用效率僅為30%，熱泵COP平均值為3，則電動熱泵的能源利用率為0.9。燃料直接變?yōu)閯恿Φ哪茉蠢寐蕿?0%，燃料排氣熱泵再回收效率平均為55%，所以，燃氣輪機熱泵的能源效率，比電動熱泵高約50%。同時，在農村很多大棚或日光溫室距離電源較遠，輸電容量較低，使用電動熱泵將會出現(xiàn)很多麻煩的配套問題和資金問題，而使用燃氣輪機熱泵則可輕易解決使用和收存等問題。實際操作證明:一臺改造的3.5馬力汽油機，驅動一臺3匹活塞式壓縮機，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行47天。
[0048]其中，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)的自動控制單元主要包括PLC單片機，基本實現(xiàn)了無人職守，可以實現(xiàn)以下智能化管理:
[0049](一)按溫度設置控制碳纖維幕式太陽能蒸發(fā)冷凝器自動換熱、散熱；
[0050](二)低溫自動啟動供熱、中溫自動待命、高溫自動啟動制冷；
[0051](三)水壓聯(lián)動啟動熱泵、熱泵聯(lián)動啟動水泵；
[0052](四)回氣溫度過低或排氣溫度過高保護，自動調節(jié)回復正常；
[0053](五)設有大氣溫度檢測、溫室空間溫度檢測、壓縮機回氣溫度和壓力檢測、壓縮機排氣溫度和壓力檢測、地下蓄熱水池水溫檢測、排風溫度檢測、供水溫度檢測、排水溫度檢測、土壤地溫檢測等全方位數(shù)據(jù)觀測，熱泵機組工況狀態(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，人機對話采用按鈕，設有人工強制開機或關機，增加了操作者管理的靈活性。
[0055]本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)中的太陽能水源熱泵單元、氣環(huán)熱泵單元及水環(huán)熱泵單元并行設置且均受控于上述的自動控制單元，不同的熱泵單元之間可以根據(jù)實際狀況自動切換，為大棚或日光溫室內的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長環(huán)境。
[0056]本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)不局限于低溫時為大棚或日光溫室內的作物提供保溫供暖條件。在夏季高溫季節(jié)，當大棚或日光溫室內溫度過高不利于作物正常生長時，也可以運行本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過切換蒸發(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的熱量散發(fā)至室外，對室內進行降溫，避免作物被烘烤灼傷，為作物提供適宜的生長環(huán)境。熱泵制冷屬于本領域的公知技術，在此不再詳細贅述。
[0057]本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，自2008年起，在新疆、內蒙、寧夏、甘肅、青海、西藏、陜西、四川等高海拔、高旱、高寒地區(qū)進行高原夏菜冬季生產(chǎn)性實驗與推廣性應用，取得了良好的效果。設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)配套成本每平方米40?60元，相當于大棚或日光溫室保溫建設費用的50%，相當于燃煤熱水鍋爐與金屬暖氣片供暖系統(tǒng)配套建設費用的50%。每平方米每天用電0.2度左右，相當于0.2公斤煤的價格，相當于相同工況下燃煤成本的50%。因此，投入及運行成本較低，經(jīng)濟效益客觀。
[0058]設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)以滿足設施農業(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，集被動式與主動式利用太陽能、復合利用空氣源與水源熱泵功效、大棚與日光溫室內調溫保暖除濕與農產(chǎn)品冷藏保鮮、以及電力驅動與燃氣輪機驅動等多功能于一體的多功效新能源組合的系統(tǒng)。經(jīng)過五年實驗與觀測:熱泵輸入每千瓦時電能可以轉換太陽能光熱的轉換能效比達到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，上市時間提早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、銅等營養(yǎng)成分和微量元素，尤其溫度、濕度、水質(鹽度)還原調控，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]設施農業(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害，作物保暖的最大溫差可達到42°C；
[0061](二)作物成熟上市時間提前15天以上，品質有明顯的改善；
[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，促進作物生長；
[0064](五)日光溫室有機栽培擴大了冬季蔬菜品種，無限生長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，免除內地運進成本，市場價格降低60% ；
[0065](六)每畝大棚或日光溫室保暖建設的投入減少約占總投資50%；
[0066](七)農業(yè)熱泵系統(tǒng)綜合性的滿足了農業(yè)生產(chǎn)過程的供熱保暖、制冷保鮮等需要；
[0067](八)農業(yè)生產(chǎn)依靠溫度、濕度、陽光三要素，農業(yè)熱泵系統(tǒng)推動了設施農業(yè)的發(fā)展，使在戈壁、沙灘、高山等無土地區(qū)通過人工環(huán)境生產(chǎn)蔬菜等農產(chǎn)品成為可能。
[0068]綜上，本實用新型的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，通過熱泵技術，綜合利用太陽能、大棚或日光溫室內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的作物提供了保溫供暖條件，為作物創(chuàng)造了適宜的生長環(huán)境，抗御了大棚或日光溫室的低溫災害，為作物寒冷季節(jié)正常生長、豐收奠定了基礎。
[0069]以上所述僅是本實用新型較佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本實用新型的保護范圍以權利要求的內容為準，任何基于本實用新型的技術啟示而進行的等效變換，也在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于，包括:設置于大棚或日光溫室內的一個壓縮機和一個換向閥；以及 太陽能水源熱泵單元，所述太陽能水源熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內的太陽能蒸發(fā)冷凝器；地下蓄熱水池，所述地下蓄熱水池內設有蓄熱水池蒸發(fā)冷凝器；所述太陽能蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機、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)熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內底部的氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器及設置于所述大棚或日光溫室內上部的氣環(huán)冷凝蒸發(fā)器，所述氣環(huán)蒸發(fā)冷凝器、所述壓縮機、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)熱泵單元包括設置于所述大棚或日光溫室內的水環(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、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)熱泵單元并行設置且受控于自動控制單元。
2.如權利要求1所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能蒸發(fā)冷凝器為碳纖維幕式太陽能蒸發(fā)冷凝器。
3.如權利要求2所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能水源熱泵單元還包括設置于大棚或日光溫室內的散熱風機。
4.如權利要求1所述的設施農業(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1.5米以上的空間。
5.如權利要求4所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述氣環(huán)熱泵單元還包括設置于所述大棚或日光溫室內底部的用于強制冷媒蒸發(fā)的蒸發(fā)風機，以及設置于所述大棚或日光溫室內上部用于將冷凝冷媒釋放的熱量向周圍散發(fā)的冷凝風機。
6.如權利要求5所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述大棚或日光溫室內還設置有用于果蔬或/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藏棚，由所述氣環(huán)熱泵單元對所述果蔬或/和藥材進行降濕防凍或者低溫保鮮處理。
7.如權利要求6所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述大棚或日光溫室內還設置有干燥房，由所述氣環(huán)熱泵單元為所述干燥房提供熱風對需要干燥之物進行熱風干燥處理。
8.如權利要求1所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機由電驅動或燃氣輪機驅動。
9.如權利要求8所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述壓縮機由燃氣輪機驅動，所述燃氣輪機的排氣回收入所述氣環(huán)熱泵單元。
10.如權利要求1至9任一項所述的設施農業(yè)熱泵系統(tǒng)，其特征在于:所述自動控制單元包括PLC單片機。
【文檔編號】F25B30/06GK203478704SQ201320560167
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】冷同桂 申請人:山東宏力空調設備有限公司