连栋温室的集放热和遮光系统

1.本发明涉及连栋温室技术领域，尤其涉及一种连栋温室的集放热和遮光系统。


背景技术：

2.连栋温室是进行作物培育的大型现代农业设施，太阳能是连栋温室的主要能量来源，在为温室提供热能的同时，也是作物进行光合作用的必须要素之一。
3.由于太阳辐射全天的强度变化，会使得连栋温室存在着全天光温分布不均的现象，白天正午时段室温过高，太阳辐射强度超过作物的光饱和点，需要采用降温措施降低室内温度与光照强度，早晨与傍晚温度开始降低，光照强度减弱，但仍能维持作物生长，而夜间由于缺少光照来源，室内温度迅速降低，因此则常常需要采用加温设备提高室温保证作物生长。
4.现有技术中，针对连栋温室正午高温强光的问题，常采用开窗通风、湿帘风机及铺设遮阳网等措施，以减少室内光照强度，同时降低室内温度；而针对连栋温室夜间低温的问题，传统方法常采用煤加热或天然气加热方式，但受环境污染及地域等因素限制，而燃油加热和电加热的方式又因为成本过高难以应用。显而易见的，现有的方法只是针对连栋温室正午高温强光或夜间低温的单一问题，无法全面考虑连栋温室全天光温不平衡现象。


技术实现要素：

5.本发明提供一种连栋温室的集放热和遮光系统，用以解决现有技术中连栋温室中全天光温不平衡的缺陷，实现满足植物的光温生长需求。
6.本发明提供一种连栋温室的集放热和遮光系统，包括：
7.聚光系统，所述聚光系统包括透镜、集热装置以及驱动机构，所述透镜位于所述集热装置的上方，所述集热装置位于植物种植区上方，所述驱动机构与所述透镜和/或集热装置连接，以驱动所述透镜和/或所述集热装置移动，以使太阳光穿过所述透镜并聚焦于所述集热装置，或使太阳光平行穿过所述透镜并照射于植物种植区；
8.放热系统，所述放热系统包括放热装置和蓄热装置，所述蓄热装置内具有储热介质，所述蓄热装置分别与所述放热装置和集热装置连接，所述放热装置位于植物种植区。
9.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述驱动机构包括第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一提升装置和第二提升装置，所述第一提升装置包括第一电机和第一旋转轴，所述第一电机固定于连栋温室的一侧，所述第一电机与第一旋转轴连接，所述第一旋转轴可转动地设于连栋温室内，所述第一旋转轴上设有第一卷绳轮，所述第一卷绳轮上设有第一卷绳，所述第一卷绳的端部连接所述透镜的一侧；所述第二提升装置包括第二电机和第二旋转轴，所述第二电机固定于连栋温室的一侧，所述第二电机与第二旋转轴连接，所述第二旋转轴可转动地设于连栋温室内，所述第二旋转轴上设有第二卷绳轮，所述第二卷绳轮上设有第二卷绳，所述第二卷绳的端部连接所述透镜的另一侧。
10.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述第一旋转轴的数量有
多个，所述第一旋转轴上设有第一同步齿，多个所述第一旋转轴的第一同步齿通过第一齿轮链条相连接，多个所述第一旋转轴上的第一卷绳并列布置，并连接所述透镜的一侧；所述第二旋转轴的数量有多个，所述第二旋转轴上设有第二同步齿，多个所述第二旋转轴的第二同步齿通过第二齿轮链条相连接，多个所述第二旋转轴上的第二卷绳并列布置，并连接所述透镜的另一侧。
11.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述驱动机构还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构包括升降装置、平移装置以及集热管架，所述集热装置可移动地设于所述集热管架，所述升降装置包括第三电机和第三旋转轴，所述第三电机固定于连栋温室的一侧，所述第三电机与第三旋转轴连接，所述第三旋转轴可转动地设于连栋温室内，所述第三旋转轴上设有两间隔布置的第三卷绳轮，所述第三卷绳轮上设有第三卷绳，两所述第三卷绳轮的第三卷绳分别连接所述集热管架的两侧；所述平移装置包括第四电机和平移杆，所述第四电机固定于所述集热管架上，所述平移杆连接所述集热装置，所述第四电机的转动轴连接有传动齿轮，所述第四电机通过传动齿轮与所述平移杆端部的齿条啮合。
12.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述升降装置还包括四个定滑轮，四个所述定滑轮固定于连栋温室内，每两所述定滑轮分别设于一所述第三卷绳轮两侧，所述第三卷绳轮的第三卷绳从所述第三卷绳轮的上侧绕过其中一所述定滑轮与所述集热管架的一侧连接，所述第三卷绳轮的第三卷绳从所述第三卷绳轮的下侧绕过另一所述定滑轮与所述集热管架的另一侧连接。
13.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，蓄热装置为蓄热池，所述集热装置为集热管，所述集热管的一端通过第一供液管连通于所述蓄热池内，所述集热管的另一端通过第一回液管连通于所述蓄热池内，所述蓄热池内设有集热液泵，所述第一供液管连接所述集热液泵。
14.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，蓄热装置为蓄热池，所述放热装置为放热管，所述放热管的一端通过第二供液管连通于所述蓄热池内，所述放热管的另一端通过第二回液管连通于所述蓄热池内，所述蓄热池内设有放热液泵，所述第二供液管连接所述放热液泵。
15.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述放热装置设于植物种植区内植物的根部土壤内，和/或，放热装置设于植物种植区内植物的冠层区域。
16.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，集热装置为中空双层的透明管，蓄热装置内具有透过可见光并吸收近红外光的储热介质。
17.根据本发明提供的一种连栋温室的集放热和遮光系统，所述蓄热装置埋设于地表之下。
18.本发明提供的连栋温室的集放热和遮光系统，在正午或正午的前后等光照较强、气温较高的时段，透镜和/或集热装置可移动至将太阳光聚焦到集热装置的状态，改善光照环境并降低室内高温，且集热装置集热后，可将热量储存到蓄热装置内，而在早晚等室内光照较弱、气温较低的时段，透镜可移动至与太阳光线平行，使太阳光直射植物种植区，保证植物正常生长的光温需求，在夜晚等无光照、气温较低的时段，则可通过放热装置将蓄热装置存储的热量释放到植物种植区，保证植物正常生长的温度需求，从而实现了全天光温的平衡，并满足了植物生长的光温需求。并且，本发明所采用的透镜能够减少表面灰尘的沉
积，同时能够实现集热装置小型化以及室内光照均匀。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的结构示意图；
21.图2是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的各时段的状态示意图；
22.图3是本发明提供的连栋温室的集放热和遮光系统的第一驱动机构的正向示意图；
23.图4是本发明提供的连栋温室的集放热和遮光系统的第一驱动机构的侧向示意图；
24.图5是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的升降装置的正向示意图；
25.图6是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的升降装置的侧向示意图；
26.图7是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的平移装置的正向示意图；
27.图8是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的平移装置的俯向示意图；
28.图9是本发明提供的连栋温室的集放热和遮光系统的集热装置的结构示意图；
29.图10是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的集热装置的布置结构示意图；
30.图11是本发明实施例一提供的连栋温室的集放热和遮光系统的放热系统的结构示意图；
31.图12是本发明实施例二提供的连栋温室的集放热和遮光系统的结构示意图；
32.图13是本发明实施例二提供的连栋温室的集放热和遮光系统的集热装置的布置结构示意图；
33.图14是本发明实施例二提供的连栋温室的集放热和遮光系统的放热系统的结构示意图；
34.附图标记：
35.100：聚光系统；200：放热系统；10：透镜；
36.11：连杆；20：集热装置；31：第一提升装置；
37.311：第一电机；312：第一旋转轴；313：第一卷绳轮；
38.32：第二提升装置；321：第二电机；322：第二旋转轴；
39.323：第二卷绳轮；33：升降装置；331：第三电机；
40.332：第三旋转轴；333：第三卷绳轮；34：平移装置；
41.341：第四电机；342：平移杆；35：集热管架；
42.40：蓄热装置；41：集热液泵；42：放热液泵；
43.50：放热装置。
具体实施方式
44.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.连栋温室为多个单间温室连接起来的大温室，其顶部和侧壁均为透明材质，以便太阳光能进入温室内，以供温室内种植的作物进行光合作用，并保持室温，以保证作物正常生长。
46.下面结合图1-图14描述本发明的连栋温室的集放热和遮光系统。
47.请结合参阅图1至图14，本发明实施例中，连栋温室的集放热和遮光系统，包括：
48.聚光系统100，所述聚光系统100包括透镜10、集热装置20以及驱动机构，所述透镜10位于所述集热装置20的上方，所述集热装置20位于植物种植区上方，所述驱动机构与所述透镜10和/或集热装置20连接，以驱动所述透镜10和/或所述集热装置20移动，以使太阳光穿过所述透镜10并聚焦于所述集热装置20，或使太阳光平行穿过所述透镜10并照射于植物种植区；
49.放热系统200，所述放热系统200包括放热装置50和蓄热装置40，所述蓄热装置40内具有储热介质，所述蓄热装置40分别与所述放热装置50和集热装置20连接，所述放热装置50位于植物种植区。
50.上述结构中，驱动机构设于连栋温室的立柱上，以实现稳定驱动，并同时作为透镜10和集热装置20的支撑结构，在驱动机构的作用下，透镜10可与太阳光线垂直，并将太阳光聚焦到集热装置20，或使太阳光平行于透镜10，直射植物种植区，在不同的时间段，进行不同的运动。
51.另外，集热装置20可将收集的热量传导至蓄热装置40内存储，并在需要的时候通过放热装置50提高植物种植区的温度，保证植物生长。
52.本实施例中，在正午或正午的前后等光照较强、气温较高的时段，透镜10和/或集热装置20可移动至将太阳光聚焦到集热装置20的状态，改善光照环境并降低室内高温，且集热装置20集热后，可将热量储存到蓄热装置40内，而在早晚等室内光照较弱、气温较低的时段，透镜10可移动至与太阳光线平行，使太阳光直射植物种植区，保证植物正常生长的光温需求，在夜晚等无光照、气温较低的时段，则可通过放热装置50将蓄热装置40存储的热量释放到植物种植区，保证植物正常生长的温度需求，从而实现了全天光温的平衡，并满足了植物生长的光温需求。
53.并且，由于透镜10位于连栋温室内，可减少透镜10表面灰尘的沉积，同时能够实现集热装置20小型化以及室内光照均匀。
54.一般的，可通过预设各种不同的时段，来通过驱动机构自动驱动透镜10和/或集热装置20的移动以及开启放热装置50的运行，这样，实现了该连栋温室全天自动化的光温调
控。而在其他实施例中，也可通过人为实现调节，不作赘述。
55.另外，本实施例中，所给出的透镜10为曲面菲涅尔透镜，这样，可更好的将太阳光聚焦于集热装置20，并且，在需要遮挡太阳光并集热时，透镜10移动至与入射光垂直，以更好的吸收近红外光进行集热，并散射透过可见光到植物种植区。当然，在其他实施例中，该透镜10还可为平面菲涅尔透镜或其他聚光透镜。
56.请结合参阅图3和图4，本发明一实施例中，所述驱动机构包括第一驱动机构，所述第一驱动机构包括第一提升装置31和第二提升装置32，所述第一提升装置31包括第一电机311和第一旋转轴312，所述第一电机311固定于连栋温室的一侧，所述第一电机311与第一旋转轴312连接，所述第一旋转轴312可转动地设于连栋温室内，所述第一旋转轴312上设有第一卷绳轮313，所述第一卷绳轮313上设有第一卷绳，所述第一卷绳的端部连接所述透镜10的一侧；所述第二提升装置32包括第二电机321和第二旋转轴322，所述第二电机321固定于连栋温室的一侧，所述第二电机321与第二旋转轴322连接，所述第二旋转轴322可转动地设于连栋温室内，所述第二旋转轴322上设有第二卷绳轮323，所述第二卷绳轮323上设有第二卷绳，所述第二卷绳的端部连接所述透镜10的另一侧。
57.上述结构中，第一电机311和第二电机321均固定在连栋温室的立柱上，第一旋转轴312和第二旋转轴322则是可旋转的设在连栋温室横梁向下延伸的固定杆上，本实施例中，可设置多个固定杆，以稳定支撑第一旋转轴312和第二旋转轴322。第一旋转轴312旋转时即会带动第一卷绳轮313转动，以收缩或伸长第一卷绳，第二旋转轴322旋转时则会带动第二卷绳轮323转动，以收缩或伸长第二卷绳，这样，通过第一提升装置31配合第二提升装置32可调整透镜10的朝向倾角，以实现遮光或使太阳光平行穿过。当然，在其他实施例中，第一提升装置31或第二提升装置32还可为设于透镜10上方的伸缩电机。
58.紧接本实施例给出的第一驱动机构，所述第一旋转轴312的数量有多个，所述第一旋转轴312上设有第一同步齿，多个所述第一旋转轴312的第一同步齿通过第一齿轮链条相连接，多个所述第一旋转轴312上的第一卷绳并列布置，并连接所述透镜10的一侧；所述第二旋转轴322的数量有多个，所述第二旋转轴322上设有第二同步齿，多个所述第二旋转轴322的第二同步齿通过第二齿轮链条相连接，多个所述第二旋转轴322上的第二卷绳并列布置，并连接所述透镜10的另一侧。
59.多个第一旋转轴312可通过一个第一电机311同时驱动转动，多个第二旋转轴322可通过一个第二电机321同时驱动转动，以实现透镜10两侧整体稳定的升降。本实施例中，所设置的第一旋转轴312的数量和第二旋转轴322的数量可根据连栋温室的长度和遮挡太阳光的透镜10的长度而定，不作赘述。当然，在其他实施例中，也可通过多个第一电机311分别驱动多个第一旋转轴312旋转。
60.请结合参阅图5至图8，此外，本发明一实施例中，所述驱动机构还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构包括升降装置33、平移装置34以及集热管架35，所述集热装置20可移动地设于所述集热管架35，所述升降装置33包括第三电机331和第三旋转轴332，所述第三电机331固定于连栋温室的一侧，所述第三电机331与第三旋转轴332连接，所述第三旋转轴332可转动地设于连栋温室内，所述第三旋转轴332上设有两间隔布置的第三卷绳轮333，所述第三卷绳轮333上设有第三卷绳，两所述第三卷绳轮333的第三卷绳分别连接所述集热管架35的两侧；所述平移装置34包括第四电机341和平移杆342，所述第四电机341固定于所述
集热管架35上，所述平移杆342连接所述集热装置20，所述第四电机341的转动轴连接有传动齿轮，所述第四电机341通过传动齿轮与所述平移杆342端部的齿条啮合。当然，在其他实施例中，第四电机341也可设于连栋温室的立柱上，通过滑轮可沿立柱上下移动，这样，以在集热管架35升降时，同步移动。
61.上述结构中，第三电机331固定在连栋温室的立柱上，第三旋转轴332的一端可旋转的设在另一侧立柱延伸的固定杆上，第三旋转轴332旋转时即会带动两个第三卷绳轮333转动，以同步带动集热管架35的两侧移动，进而实现集热装置20整体的升降；并且，通过第四电机341的旋转，可带动平移杆342的水平移动，进而实现集热装置20相对于集热管架35的平移。这样，通过平移装置34和升降装置33即可进一步调整集热装置20的位置，以便太阳光聚焦到集热装置20。
62.另外，所述升降装置33还包括四个定滑轮，四个所述定滑轮固定于连栋温室内，每两所述定滑轮分别设于一所述第三卷绳轮333两侧，所述第三卷绳轮333的第三卷绳从所述第三卷绳轮333的上侧绕过其中一所述定滑轮与所述集热管架35的一侧连接，所述第三卷绳轮333的第三卷绳从所述第三卷绳轮333的下侧绕过另一所述定滑轮与所述集热管架35的另一侧连接。
63.即，每一第三卷绳轮333两侧的第三卷绳绕过两定滑轮分别以顺时针与逆时针方向与第三卷绳轮333相连，使得多个第三卷绳分别连接集热管架35的四角，以通过第三旋转轴332实现集热管架35整体的稳定抬升或下降。
64.进一步的，本实施例中，透镜10的数量为多个，集热装置20的数量也为多个，多个透镜10和多个集热装置20一一对应，多个透镜10和多个集热装置20均沿第一旋转轴312的长度方向间隔布置，通过同一第一驱动机构可同时实现多个透镜10的移动，多个集热装置20通过平移杆342连接，通过同一第二驱动结构可同时实现多个集热装置20的移动，并且，为了保证集热装置20整体的平移，本实施例中，集热装置20为集热管，其中一集热管的两端设有可转动地平移齿轮，在集热管架35的两端分别设有移动孔，移动孔的上侧或下侧设有平移齿条，平移齿轮和平移齿条相啮合，以通过平移杆342稳定推动多个集热装置20移动。
65.请结合参阅图12，而在另一实施例中，可不设第二驱动机构，集热装置20设于透镜10的焦点位置，透镜10的两侧直接通过连杆11与集热装置20相连接。
66.本发明实施例中，第一旋转轴312、第二旋转轴322、第三旋转轴332以及平移杆342均是沿南北方向进行设置的，这样，保证了足够的空间区域实现透镜10的聚光和集热。当然，在其他实施例中，可根据具体的地理位置和需求来设置透镜10的朝向，不作赘述。
67.请结合参阅图10和图13，本发明一实施例中，蓄热装置40为蓄热池，所述集热装置20为集热管，所述集热管的一端通过第一供液管连通于所述蓄热池内，所述集热管的另一端通过第一回液管连通于所述蓄热池内，所述蓄热池内设有集热液泵41，所述第一供液管连接所述集热液泵41。
68.通过控制集热液泵41将储热介质从蓄热池进入集热管内，即可吸收近红外光转化为热能，并返还至蓄热池内，以实现蓄热，供其他需要的时段使用。本实施例中，在设置有多个集热管时，多个集热管可采用同程式布置管道，分别通过第一供液管和第一回液管与蓄热池连通；当然，也可采用串联式布置，多个集热管首尾连通，首端的集热管通过第一供液管与蓄热池连通，末端的集热管通过第一回液管与蓄热池连通，或通过导热管依序穿入每
个集热管实现串联。
69.请结合参阅图11和图14，另外，蓄热装置40为蓄热池，所述放热装置50为放热管，所述放热管的一端通过第二供液管连通于所述蓄热池内，所述放热管的另一端通过第二回液管连通于所述蓄热池内，所述蓄热池内设有放热液泵42，所述第二供液管连接所述放热液泵42。
70.通过控制放热液泵42将储热介质从蓄热池进入放热管，可在需要的时段放热，保证连栋温室内的温度。本实施例中，可设置多个放热管，在设置多个放热管时，多个放热管采用同程式布置管道，分别通过第二供液管和第二回液管与蓄热池连通。
71.请结合参阅图11和图14，此外，本发明一实施例中，所述放热装置50设于植物种植区内植物的根部土壤内，和/或，放热装置50设于植物种植区内植物的冠层区域。
72.放热装置50设于植物的根部土壤内时，可对植物根部进行加热，在设于冠层区域时，可对冠层区域进行加热，以满足不同的加热需求，保证植物夜间生长的温度需求。
73.请结合参阅图9，本实施例中，集热装置20为中空双层的透明管，蓄热装置40内具有透过可见光并吸收近红外光的储热介质。
74.这样，集热装置20在集热的过程中，太阳光聚焦到集热装置20，储热介质会吸收近红外光线，以储存热能，并且，可见光线则能散射透过集热装置20，满足植物生长需求。
75.进一步的，所述蓄热装置40埋设于地表之下。
76.将蓄热装置40埋设于地表之下，并外设保温层，可保证蓄热装置40内的储热介质的热量不易流失，便于需要时放热。
77.本实施例中，上述给出的集热装置20为集热管，放热装置50为放热管，这样，以便通过太阳光聚焦集热，并方便在所需植物种植区域放热。当然，根据需要，上述集热装置20和放热装置50也可不限于管状结构，不作赘述。
78.基于上述实施例，本发明给出了两种具体的实施例，请结合参阅图1至图11，实施例一中：
79.透镜10采用曲面菲涅尔透镜，通过第一驱动机构驱动透镜10，第二驱动机构驱动集热装置20，以实现太阳光穿过所述透镜10并聚焦于所述集热装置20，或使太阳光平行穿过所述透镜10并照射于植物种植区。
80.集热装置20为集热管，多个集热管之间采用同程式布置管道，放热装置50为放热管，放热管置于植物的根部土壤内。
81.该实施例的运行方式为：在正午阶段，运行第一电机311和第二电机321，调整透镜10与入射光线垂直，同时运行第三电机331和第四电机341，调整集热管使其始终处于透镜10的焦点位置，运行集热液泵41，使储热介质从蓄热池导入集热管中，储热介质吸收近红外光线，并将热能储存到地下蓄热池中，可见光线则能散射透过集热管，满足植物生长需求；在早晚阶段，运行第一电机311和第二电机321，调整透镜10与入射光线平行，使可见光线与近红外光线均能进入到连栋温室中，保证植物生长的光照和温度需求；在夜间，运行放热液泵42，使储热介质从蓄热池导入放热管中，放出储热介质中蕴藏的热能，从而对作物的根际区域增温，保证植物夜间生长的温度需求。
82.请结合参阅图12至图14，实施例二中：
83.透镜10采用平面菲涅尔透镜，集热装置20为集热管，透镜10与集热管之间通过连
杆11连接，使集热管一直处于透镜10的焦点位置，以实现太阳光穿过所述透镜10并聚焦于所述集热装置20，或使太阳光平行于所述透镜10并照射到植物种植区。
84.同时，集热管采用串联布置方式，放热装置50为放热管，放热管置于植物的冠层区域。
85.该实施例的运行方式为：正午阶段，运行第一电机311和第二电机321，调整透镜10与入射光线垂直，从而有效聚集光线到集热管，运行集热液泵41，使储热介质从蓄热池导入集热管中，储热介质吸收近红外光线，并将热能储存到地下蓄热池中，可见光线则能透过集热管，满足植物生长需求；在早晚阶段，运行第一电机311和第二电机321，调整透镜10与入射光线平行，使可见光线与近红外光线均能进入到连栋温室中，保证植物生长的光照和温度需求；在夜间，运行放热液泵42，使储热介质从蓄热池导入放热管中，放出储热介质中蕴藏的热能，从而对作物的冠层释放热能，提高作物的生长环境温度，促进作物生长。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。