[实用新型]温室高效地中热交换装置

说明书

本实用新型属于设施园艺环境工程技术领域，特别涉及一种温室热交换装置。

地中热交换装置是一种有效利用太阳能的温室加温装置，它可将白昼温室中富余的太阳热能贮蓄起来，到夜间释放回温室内给温室加温。

在温室或塑料大棚等园艺设施中，由于其内部具有良好的集热性，即使是气温在0℃以下的严寒冬季，在不加温的情况下，白昼室内气温仍可达到25℃以上，甚至超过30℃，高于植物生长的适宜温度，需通风向室外排除多余的热量。但是一到夜间，如不加温，室内气温又将迅速降低到0℃左右或更低。夜间采用燃料加温虽可满足种植的要求，但燃料的大量消耗会使生产成本大幅度增加。据调查，我国大型温室生产的加温年耗煤量约为60～100吨／亩，其冬季加温耗能费用约占总生产成本的50～70％，运行费用高，经济效益差，这是制约我国现代设施园艺发展的最关键的问题之一。我国设施园艺必须避免国外高能耗的发展模式，这不仅是我国自然资源条件和社会经济状况下的现实需要，也有利于实现农业可持续发展的长远目标。

因此，白昼热量过剩与夜间热量的不足是温室环境控制中一个突出的矛盾，解决这个矛盾的一个思路就是将白昼通风向室外排除的多余热量贮蓄起来，夜间使之释放到温室内进行加温。地中热交换装置就是实现这种设想的贮能加温装置，可以较好地解决温室白昼热量过剩与夜间热量不足的矛盾。地中热交换装置由温室土壤中埋设的管道与风机组成。当白昼温室内气温升高到一定程度(一般为20～25℃)时，开动风机使空气流过管道，这时空气温度高于土壤的温度，热风将加热管道及管周的土壤，把热量蓄积到土壤中。到夜间温室内气温降低到设定点(低于10℃)时再开动风机，使空气从管道中流过，这时空气温度低于土壤的温度，空气被加热而带出蓄积的热量。加温的热量可使室内气温提高3-7℃，可全部或部分代替燃料加温。同时由于地下管道的蓄热，可使地温提高4-8℃，这一点对于保证蔬菜等植物的生长和提高其产量具有尤为显著的作用。由于地下土壤热容量大，放热稳定持久，故在连阴天气下仍可保持一定的效果。

地中热交换装置的最早期的研究可追溯到六十年代，但这项研究真正受到重视并逐渐应用于实际生产是在七十年代相继爆发二次世界性的能源危机以后。在日本的试验研究较多，美、法、希腊等国学者也相继开展了这项研究，到八十年代初已基本达到实用化。近几年仍有不少研究者就该装置的性能、应用方式和优化完善等方面继续进行研究。国内研究者从1984年开始开展了此项研究，目前已在华北、东北地区一定范围内得到推广应用。

与本专利最接近的地中热交换装置如下：

①日本神奈川县藤泽市的一座二连栋温室中的地中热交换装置

温室长19．8米，跨度9米，二跨相连宽度共18米。采用直径φ100mm的聚乙烯圆管作地中热交换装置管道，管道沿温室长度方向埋设，埋设深度分0．5米与0．8米二层，每层以0．5米的间距排列36根。管道的一端通至温室的一面山墙后，转为竖直方向通出地面，所有管道另一端均通至温室的另一面山墙处的沟道中，沟道上方安装3台风机。风机转动时，吸引室内空气，将其压送入沟道，通过沟道送入圆管内，空气流过管道，向管道放热(白昼)或(吸热)，然后从其另一端的出口流出返回温室内。参见：山本雄二郎，地中热交换温室，《(日)农业气象》1985年，41卷3期，P273-280

②日本大坂农林技术中心一座葡萄温室中的地中热交换装置

温室长41米，跨度5．4米，三连跨，总宽度16．2米。采用直径φ100mm、壁厚3mm的聚乙烯圆管作地中热交换装置管道。管道沿温室长度方向埋设，由于温室较长，管道在长度方向上分成二段，每段长18米，二段管道分别在温室二面山墙处通出地面，在温室中部的一端通至沟道中，沟道上方共安装8台风机。管道埋设深度分0．4米与0．6米二层，上层排列2×28根，下层排列2×25根。装置运行时，位于温室中部的风机吸引室内空气，将其压送入沟道，然后分别向二边送入圆管内，空气流过管道，向管道放热(白昼)或(吸热)，然后分别从位于二面山墙处的出口流出返回温室内。参见：段正幸，设施葡萄节能栽培的温度管理与保温，《(日)农业及园艺》1988年，63卷2期，P321-324

地中热交换装置虽然节能效果显著，但还存在热交换效率低、装置建造费用高的缺点。这是因为空气与管道的换热强度低、土壤传热慢，为了达到所需的换热量，需要采用大量的管道，因此其费用大大增加。这是目前地中热交换装置还未能得到更广泛的推广的最主要原因之一。