一种温室用排管式相变储热放热装置的制作方法

日期:2019-02-05 14:32:18

本实用新型属于设施农业温室环境控制设备领域,特别涉及一种温室用排管式相变储热放热装置。



背景技术:

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,人民群众对农产品的需求快速增长,对反季的农产品的需求量与日俱增,所以温室在农业中的作用越来越大。

温室作物生产是现代农业生产的一种重要方式,相较于大田作物生产,其生产过程受外界气候变化的影响较小,同时温室中的小气候环境可以根据作物生长的需要进行控制。但是在实际生产中,即使是冬天,白天也往往因为温室升温快,存在温度过高的问题;夜晚在没有主动加温措施的情况下,因温室自身热稳定能力较弱,往往又存在温度过低的问题,不利于作物的生长。

在抑制高温方面,目前温室生产中最主要的方式就是进行通风,将白天富余的热量排除室外,虽然方法比较有效,但也是一种能源的浪费;在夜间加温方面,传统加温方式能耗大、成本高、污染大,因此温室生产中亟需清洁、节能的温度调控技术。太阳能相对来说就是一种取之不尽、用之不竭的清洁廉价能源,但要将白昼富余的太阳热用于夜间加温,必须解决热能贮存和释放的问题。利用一般蓄热材料,如水或土壤、建筑材料等,将白昼富余的太阳热能以显热方式贮存的方法,需要较大体积的蓄热材料和蓄热装置,其放热温度也不够稳定。相变材料是一种高效、稳定的储热介质,其潜热大、相变温度明确、稳定,如将相变材料用于太阳能收集、存储和释放,可开发出紧凑、高效和稳定放热的蓄热装置,为解决温室白天高温和夜间低温问题提供一条新的途径。

目前相变材料在温室实际生产中的应用有限,存在许多问题。一般地,相变温度在-50~90℃范围内的材料划为常低温相变材料,此类材料在建筑和日常生活中应用较为广泛,其中,相变温度低于15℃的材料主要用于空调制冷,高于15℃的材料用于太阳能储热和热负载领域。温室与一般建筑的需求不同,比如常见温室果菜类作物的夜间最低温度不宜低于10~15℃,上述常低温相变材料中可根据温室的需要进行筛选;而目前温室中常用的多为相变温度20℃以上的相变材料,与温室需要补温的区间匹配性较差,往往造成白天蓄热时相变率较低,夜晚放热时,放热时间过早、后半夜放热不足,或放热时间滞后等问题。另一方面,目前温室领域常用的单一种类的相变材料往往也无法完全匹配温室夜间温度变化过程的特点,若进行材料改性又难以兼顾对其多方面性能的要求,同时大大增加了成本,且存在一定风险。

因此,现有生产中亟需一种能够与温室环境特征和种植需求相匹配的适宜的低温相变储热放热装置。



技术实现要素:

本实用新型的目的是,针对现有技术的不足,提供一种温室用排管式相变储热放热装置,所述装置为两端设置有管头1的相变材料管2水平或竖直间隔均匀安装在温室北墙或山墙7上,并在相邻相变材料管2之间、相变材料管2与温室北墙或山墙7之间均设置保温隔热层5;

所述相变材料管2、保温隔热层5共同通过固定架6固定在温室北墙或山墙7上;

选择选择两种或三种以上相变温度的相变材料分别填装在不同的相变材料管2中,相变材料管2按照相变温度由低到高排列,或由高到低排列,并按相同顺序循环排列,使得相变材料管2整体放热均匀,减小温室内温度梯度、提高温室内温度分布均匀性。

一个相变材料管2中只填装一种相变温度的相变材料。

所述相变材料管2中等量填装单组分或多组分配比的固-液相变材料,相变温度为8~20℃,最高相变温度与最低相变温度之差>5℃。

需调整相变材料的相变温度时,选用不同组分配比、混合的方法调整至目标值。

所述相变材料管2管材表面刷涂黑色涂料。

本实用新型的有益效果为:

(1)本实用新型选用相变温度8~20℃的亚常低温相变材料,相变温度与温室环境特征和作物需求相匹配;相比于其他技术所用相变材料,本实用新型装置中采用的相变温度更加符合温室夜间种植作物的需温范围,保证热量在温室最需要加温的时候释放,避免了热量浪费;

(2)本实用新型采用具有不同相变温度的亚常低温相变材料进行组合,确保夜间温室内温度下降过程中,相变材料的放热过程具有分级放热的特点,实现夜晚放热“接力”,避免了前半夜放热过快、后半夜放热不足以及不放热等问题;

(3)本实用新型提供的温室用排管式相变储热放热装置,通过收集温室白天富余热量并在夜晚释放,降低了白天高温,夜晚低温问题的发生,并延长了温室夜间相变材料的放热时间,解决了现有太阳能利用系统后期放热能力不足的问题;

(4)本实用新型采用的固-液相变材料蓄热简便易行,蓄热效率高,蓄热量稳定,封装完毕不产生任何污染,在夜晚可以有效补温;与传统加温设备相比,无能源消耗,成本低,同时理论上讲可以永久重复使用;

(5)本实用新型提供的温室用排管式相变储热放热装置,形式多样,安装方式简便、安全、快捷,且对温室内生产不产生任何不利影响,可根据不同温室的结构条件和温度需求进行改变,有着很高的适用性。

(6)本实用新型提供的的温室用排管式相变储热放热装置,为相变材料与温室生产结合提供了一种新思路,装置高效便捷、使用寿命长、易于拆装、适用于新旧及改造温室,具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型温室用排管式相变储热放热装置正视图;

图2为本实用新型温室用排管式相变储热放热装置侧视图;

标号说明:1-管头;2-相变材料管;3-一级相变材料;4-二级相变材料;5-保温隔热层;6-固定架;7-温室北墙或山墙。

具体实施方式

本实用新型提供了一种温室用排管式相变储热放热装置,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

图1、2分别为本实用新型提供的温室用排管式相变储热放热装置正视图和侧视图,根据图1、2所示,本实用新型提供的温室用排管式相变储热放热装置包括管头、相变材料管2、一级相变材料3、二级相变材料4、保温隔热层5、固定架6、温室北墙或山墙7;其中一级相变材料3为相变温度较高的相变材料,二级相变材料4为相变温度较低的相变材料。

相变材料管2两端设有管头1,实现密封作用;相变材料管2的管材需具有耐腐蚀、高热阻的性质,无论采用何种材管料,管材表面需刷涂利于吸收太阳辐射的黑色涂料,以提高其集热能力,充分保证相变材料吸热、相变;夜晚热阻较高,高热阻管材能够延迟放热开始时间,从而拉长放热区间,让热量尽可能多的在温度更低的后半夜释放,避免温度过低造成冻害。

相变材料管2的尺寸根据温室尺寸、生产需要和经济成本确定,且所有相变材料管2尺寸相同;相变材料管2间隔均匀、竖直排列,并安装在温室北墙或山墙7上。

一根相变材料管2仅填装一种相变温度的相变材料,在相邻的2根相变材料管2中分别等量填装一级相变材料3和二级相变材料4,并按照相同填装顺序依次循环;其中一级相变材料3和二级相变材料4为单组分材料或多组分配比的固-液、高潜热的亚常低温相变材料,种类可以不同但应是无毒无害无恶劣气味,如石蜡、月桂醇、癸醇、六水合氯化钙、聚乙二醇、硬脂酸丁酯、羊脂酸、月桂酸等;同时为匹配温室温度特征和作物温度需求,相变温度选择8~20℃,相变温度差>5℃。

若选择了超过两种相变温度的相变材料,则填装有不同相变温度相变材料的相变材料管2排列顺序按照相变温度由低到高排列,或由高到低排列,然后按照相同顺序循环填装,保证有规律地间隔排列,使得白天或夜晚不同温度、不同时间段的吸热、散热均匀,尽可能提高温室内温度分布均匀性。

对相变材料管2中相变材料的相变温度调整时,选用已有材料不同配比、混合的方法,调整相变温度至目标值,不包括复杂的材料改性技术。

在相邻相变材料管2之间、相变材料管2与温室北墙或山墙7之间均设置保温隔热层5,保温隔热层5的材料可以选择泡沫塑料或橡胶垫。

固定架6可以采用现场装配方式,直接设置在温室山墙、北墙、北侧屋顶以及部分立柱等结构表面上,以将固定相变材料管2、保温隔热层5共同固定在温室北墙或山墙7上。

相变材料管2、保温隔热层5、固定架6的尺寸均根据温室内部的空间合理布局。

上述温室用排管式相变储热放热装置的工作原理为:

白天,随着温室中太阳辐射的增强、空气温度的上升,温室内温度的升高,相变材料管2中相变温度较低的相变材料首先相变、吸收热量,相变材料按相变温度由低到高的顺序依次发生相变,将白天温室内多余热量充分收集、储存,抑制温室内的高温水平,减少温室内的高温时间;

夜晚,温室外温度逐步降低,但初期温室外气温相对较高,室内向外散失热量不多,无需补充过多热量,此时相变温度最高的一级相变材料开始相变、放出热量;随着温室内空气温度的逐渐降低,室内向外的热量损失逐渐增大,相变温度更低的二级、三级相变材料逐步开始放热,实现“接力”放热,提升室内温度水平,控制室内低温时间,来保证温室内的温度水平不低于作物生长最低温度;即相变材料放热温度与温室夜间温度特征和作物夜间需温范围相匹配,按相变温度由高到低的顺序依次发生相变,保证将白天储存的热量在最该释放的时候分级、接力放出,避免了热量浪费。

当出现不良天气条件时,如白天温度不高、阴雨、雾霾等,相变温度较低的二级或三级相变材料可以在白天较低温度下吸收热量,夜晚仍然可以进行放热。

上述装置充分利用了亚常低温相变材料特性,将白天富余的热量收集存储,以减少白天高温危害,在夜晚释放热量减缓温度的降低,同时利用不同低温相变材料的特性,实现夜晚“接力”放热,达到热量分级调控的目的,从而更有利于应对不良天气条件。



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