一种用于大棚的多能互补控温方法与流程

1.本发明涉及农作物种植的温室技术领域，具体涉及一种用于大棚的多能互补控温方法。


背景技术：

2.我国作为世界第一农业大国，在农业方面积累了相当多的经验和知识，但是我国大部分地区存在土质不好、土壤资源匮乏、气候条件复杂多变等劣势，这些劣势对农作物的生长极其不利。而且随着社会的进步，从事农业生产的人也日趋减少，而社会对农产品的需求却日益增高，原有农作种植方式已经不能满足社会发展的需要，必须对传统的农业进行技术更新和改造。因此，在我国发展现代化农业和生态农业是今后农业发展的必然趋势。
3.农业大棚在我国北方农业种植中普遍使用，但是大部分大棚只是采用纯日光方式去种植农作物，这种传统的大棚消耗大、收益低，属于粗放型农业种植。另外，这种传统大棚对于大棚内种植的反季节作物来说并不友好，因为随着自然天气的不规则变化，仅靠日光无法为农作物提供一个稳定又连续的能量供应，大棚内温度就会在阴雨天或者夜间骤然降低，不利于农作物的生长。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种应用于大棚的多能互补控温方法，解决了现有大棚不能保证农作物生长温度稳定和连续的技术问题。
5.实现本发明的技术方案是：一种用于大棚的多能互补控温方法，包括光伏单元、空气能单元、地热能单元和控制单元，控制单元控制光伏单元进行发电和蓄电，控制空气能单元和地热单元进行温度补偿，光伏单元为控制单元、空气能单元和地热单元供电；所述光伏单元包括光伏板、逆变器和蓄电池，光伏单元有三种工作模式：
①
太阳能充足且大棚内不需要能量补充时，所述光伏板所产生的能量经逆变器转换后均储存于蓄电池中；
②
太阳能充足且大棚内部需要进行能量补充时，所述光伏板所产生的能量经逆变器转换后，一部分储存于蓄电池中，另一部分驱动其他用电设备运行；
③
当阴雨天或者夜间无法利用太阳能时，大棚内部所有用电设备均由蓄电池供电；空气能单元包括分别设置在棚体两端的空气加压扇和换气泵；地热单元包括设置在棚体内部的地盘管，地盘管的进水端和出水端与地源热泵机组循环连接，地源热泵机组位于棚体的外部，地源热泵机组与地盘管之间依次设置电动三通换向阀、控温组件、循环水泵，控温组件包括并联在电动三通换向阀和循环水泵之间的热水控温水箱和冷水控温水箱，热水控温水箱和冷水控温水箱的进水口均与电动三通换向阀相连、出水口均与循环水泵相连，进水口、出水口之间为储水腔，储水腔的外周设置有相变材料；在棚体内部温度上升时，控制单元控制电动三通换向阀动作，使地源热泵机组的循环水通过冷水控温水箱，对棚体内部的土壤进行冷却降温，冷水控温水箱的相变材料调
节循环水的温度，使循环水的温度恒定；在棚体内温度下降时，控制单元控制电动三通换向阀动作，使地源热泵机组的循环水通过热水控温水箱，对棚体内部的土壤进行加热升温，热水控温水箱的相变材料调节循环水的温度，使循环水的温度恒定；所述控制单元包括plc控制模块，控制模块的输入模块与棚体内部温湿度传感器、气压传感器、光照传感器相连；控制模块的输出模块与继电器模块和驱动模块相连，继电器模块控制循环水泵、空气加压扇、电动三通换向阀的动作；控制模块的驱动模块控制地源热泵机组、换气泵的动作。
6.进一步地，所述棚体内设置相互连接的主干水管和浇水软管，浇水软管设置在灌溉沟渠内，主干水管位于棚体外的进水端设置灌溉水泵，所述继电器模块控制灌溉水泵动作。
7.进一步地，所述主干水管沿棚体的长度设置，所述浇水软管设置有若干个，若干个浇水软管沿主干水管的长度方向等间隔设置。
8.进一步地，所述棚体内部的土壤中设置土壤湿度传感器，土壤湿度传感器与所述输入模块相连。
9.进一步地，沿棚体长度方向设置支撑杆，沿支撑杆的长度方向设置所述温湿度传感器、气压传感器、光照传感器。
10.进一步地，所述棚体内部设置若干个补光灯，各个补光灯呈矩形阵列分布且与棚体内部的种植区上下相对，所述驱动模块控制补光灯动作。
11.进一步地，所述棚体的侧墙上设置有电动门，所述驱动模块控制电动门动作。
12.进一步地，所述plc控制模块连接有显示屏，显示屏上显示温湿度传感器、气压传感器、光照传感器监测到的棚体内的各项参数及光伏单元、空气能单元和地热能单的工作状态参数。
13.进一步地，所述光伏板通过支撑架设置在棚体的后墙上。
14.本发明提供的地热能、太阳能和空气能的用于大棚的多能互补控温方法，利用多种传感器可以实时监测大棚内温湿度、气压、光照度和土壤湿度各项参数，当某项参数或几项参数不适宜农作物生长时，控制单元可以发出命令驱动空气能单元和地热能单元运行，实现对大棚内各项参数的调控，除此之外，大棚内外所有设备所需电量均由光伏单元发电储存于蓄电池内的电量提供，在地热能、太阳能和空气能多能互补的情况下，可以保持大棚内各项参数的稳定，从而提高农作物的产量。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
16.图1为本发明中大棚的正视图；图2为本发明中大棚的右视图；图3为本发明中大棚的俯视图；图4为本发明的控制原理图；
图5为本发明中光伏板的安装状态图；图6为本发明中热水控温水箱或冷水控温水箱的剖视结构示意图。
17.图中标号：1、棚体，2、光伏板，3、逆变器，4、蓄电池，5、水泵，6、主干水管，7、浇水软管，8、温湿度传感器，9、气压传感器，10、光照传感器，11、土壤湿度传感器，12、空气加压扇，13、换气泵，14、地盘管，15、热水控温水箱，16、冷水控温水箱，17、电动三通换向阀，18、地源热泵机组，19、补光灯，20、电动门，21、控制单元，22、支撑杆，23、循环水泵，24、储水腔，25、进水口，26、出水口，27、相变材料，28、plc控制模块，29、输入模块，30、输出模块，31、继电器模块，32、驱动模块，33、后墙，34、侧墙，35、显示屏，36、支撑架。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。
19.一种的用于大棚的多能互补控温方法，如图1-图4所示，包括光伏单元、空气能单元、地热能单元和控制单元21，控制单元21控制光伏单元进行发电和蓄电，控制空气能单元和地热单元对大棚内部进行温度补偿，光伏单元为控制单元21、空气能单元和地热单元供电。所述光伏单元包括光伏板2、逆变器3和蓄电池4，光伏单元有三种工作模式：
①
太阳能充足且大棚内不需要能量补充时，所述光伏板2所产生的能量经逆变器3转换后均储存于蓄电池4中；
②
太阳能充足且大棚内部需要进行能量补充时，所述光伏板2所产生的能量经逆变器3转换后，一部分储存于蓄电池4中，另一部分驱动其他用电设备运行；
③
当阴雨天或者夜间无法利用太阳能时，大棚内部所有用电设备均由蓄电池4供电。
20.所述空气能单元包括分别设置在棚体1两端的空气加压扇12和换气泵13，空气加压扇12调节棚体1内部的气压，换气泵13在更换气体的同时，辅助调节棚体1内的气压。
21.如图3-图6所示，所述地热单元包括设置在棚体1内部的地盘管14，地盘管14的进水端和出水端与地源热泵机组18循环连接，地源热泵机组18利用地下的热源或冷源，通过循环水在地盘管14中循环流动，调节棚体1内部的土壤温度。地源热泵机组18位于棚体1的外部，地源热泵机组18与地盘管14之间依次设置电动三通换向阀17、控温组件、循环水泵23，控温组件包括并联在电动三通换向阀17和循环水泵23之间的热水控温水箱15和冷水控温水箱16，热水控温水箱15和冷水控温水箱16的进水口25均与电动三通换向阀17相连、出水口26均与循环水泵23相连，进水口25、出水口26之间为储水腔24，储水腔24的外周设置有相变材料27。在棚体1内部温度上升时，控制单元21控制电动三通换向阀17动作，使地源热泵机组18的循环水通过冷水控温水箱16，对棚体1内部的土壤进行冷却降温，冷水控温水箱16的相变材料27调节循环水的温度，使循环水的温度恒定；在棚体1内温度下降时，控制单元21控制电动三通换向阀17动作，使地源热泵机组18的循环水通过热水控温水箱15，对棚体1内部的土壤进行加热升温，热水控温水箱15的相变材料27调节循环水的温度，使循环水的温度恒定。
22.所述控制单元21包括plc控制模块28，控制模块28的输入模块29与棚体1内部温湿度传感器8、气压传感器9、光照传感器10相连，实时采集棚体1内部的环境参数。沿棚体1长
度方向设置支撑杆22，沿支撑杆22的长度方向设置所述温湿度传感器8、气压传感器9、光照传感器10；控制模块28的输出模块30与继电器模块31和驱动模块32相连，继电器模块31控制循环水泵23、空气加压扇12、电动三通换向阀17的动作；控制模块28的驱动模块32控制地源热泵机组18、换气泵13的动作，即根据各个传感器监测到的环境参数适应性调整地源热泵机组18、换气泵13、循环水泵23、空气加压扇12、电动三通换向阀17的工作状态。
23.进一步地，所述棚体1内部的土壤中设置土壤湿度传感器11，土壤湿度传感器11与所述输入模块29相连。所述棚体1内设置相互连接的主干水管6和浇水软管7，浇水软管7设置在灌溉沟渠内，主干水管6位于棚体1外的进水端设置灌溉水泵5，所述继电器模块31控制灌溉水泵5动作，进而调节土壤及空气湿度。具体地，所述主干水管6沿棚体1的长度设置，所述浇水软管7设置有若干个，若干个浇水软管7沿主干水管6的长度方向等间隔设置。
24.进一步地，所述棚体1内部设置若干个补光灯19，各个补光灯19呈矩形阵列分布且与棚体1内部的种植区上下相对，所述驱动模块32控制补光灯19动作，充分利用光伏单元产生的清洁能源，充分保证作物的生长环境。
25.进一步地，所述棚体1的侧墙上设置有电动门20，所述驱动模块32控制电动门20动作，既便于人员进出时的及时开门和及时关闭，又能在无人值守时通过开启电动门20调节棚体1内部的气压、温湿度。
26.进一步地，所述plc控制模块28连接有显示屏35，显示屏35上显示温湿度传感器8、气压传感器9、光照传感器10监测到的棚体1内的各项参数及光伏单元、空气能单元和地热能单的工作状态参数。
27.具体地，包括：棚体1，所述棚体1的后墙33与左右两侧的侧墙34均为夯土墙；光伏板2，所述光伏板2通过支撑架36固定安装于后墙34内侧的上半部分；逆变器3，所述逆变器3固定安装于后夯土墙外侧；蓄电池4，所述蓄电池4固定安装于后夯土墙外侧，且所述蓄电池4与所述逆变器3相邻；水泵5，所述水泵5位于所述棚体1的右侧，且所述水泵5输出端与棚体1内主干水管6相连；主干水管6，主干水管6水平放置于所述棚体1内，且所述主干水管6一端与水泵5相连一端为闭口；浇水软管7，所述浇水软管7放置于灌溉沟渠内，且所述浇水软管7一端与主干水管6上均匀分布的出水口相连接，所述浇水软管7另一端为开口端；温湿度传感器8，所述温湿度传感器8位于所述棚体1内；气压传感器9，所述气压传感器9位于所述棚体1内；光照传感器10，所述光照传感器10位于所述棚体1内；土壤湿度传感器11，所述土壤湿度传感器11位于所述棚体1内；空气加压扇12，所述空气加压扇12固定安装于所述棚体1上；换气泵13，所述换气泵13固定安装于棚体1上，且所述换气泵13远离所述空气加压扇12的一侧；地盘管14，所述地盘管14位于所述棚体1内并铺设于土壤下方，且所述地盘管14与地源热泵机组18相连；热水控温水箱15，所述热水控温水箱15内部有储水腔24，且储水腔24与热水控温
水箱15之间放置有第一种相变材料；冷水控温水箱16，所述冷水控温水箱16内部有储水腔24，且储水腔24与冷水控温水箱16之间放置有第二种相变材料；电动三通换向阀17，所述电动三通换向阀17安装在所述热水控温水箱15进水口侧和所述冷水控温水箱16进水口侧的循环水回路上，且所述电动三通换向阀17的两个出水口一端与所述热水控温水箱15相连，一端与冷水控温水箱16相连；地源热泵机组18，所述地源热泵机组18放置于棚体1外侧；补光灯19，所述补光灯19可根据农作物的需求均匀分布于所述棚体1内；电动门20，所述电动门20安装在所述棚体1的一侧；控制单元21，所述控制单元21固定安装在棚体1上且靠近所述电动门20的左侧；支撑杆22，所述支撑杆22左右两端插入左右夯土墙中，且所述支撑杆22上绑有所述温湿度、光照和气压传感器；循环水泵23，所述循环水泵23安装在紧靠大棚外侧的循环水回路上。
28.温湿度传感器8、气压传感器9、光照传感器10、土壤湿度传感器11采集到的信号输出到控制单元21的显示屏上，同时控制单元计算去控制各项参数是否满足要求并做出反馈，将反馈的信号输出到继电器模块31去控制水泵5、空气加压扇12、电动三通换向阀17和循环水泵23作出反应，或者反馈的信号输出到驱动模块32去控制地源热泵机组18、电动门20、补光灯19、和换气泵13。
29.本实施例中的地热能、太阳能和空气能多能互补大棚，除了利用太阳能供电去控制补光灯19、水泵5和空气加压扇12进行自动补光、补水和加压，同时，通过所述地源热泵机组18利用地热能提高大棚内的温度，地热能、太阳能和空气能多能互补大棚利用传感器检测各项参数，通过所述控制单元21处理分析，实现对大棚内各项参数的稳定调控。对照不同农作物的生长环境的需求，保证大棚内部环境始终保持一个稳定的状态。
30.所述控温组件包含一个热水控温水箱15和冷水控温水箱16，所述热水控温水箱15内部有储水腔24，且储水腔24与热水控温水箱15之间放置有第一种相变材料，所述冷水控温水箱16内部有储水腔24，且储水腔24与冷水控温水箱16之间放置有第二种相变材料，所述热水控温水箱15和所述冷水控温水箱16与循环水回路相连，且所述热水控温水箱15和所述冷水控温水箱16放置在大棚外。
31.阴雨天气或者晚上时，大棚内部温度降低，所述控制单元21命令所述地源热泵机组18运行制热，循环水在回路中循环往复，在进入大棚内部前，在电动三通换向阀17的控制下，循环水流经所述热水控温水箱15，循环水从所述热水控温水箱15上端进水口进入，当循环水进水温度低于第一种相变材料的相变温度时，第一种相变材料放热，循环水温度升高，当循环水温度高于第一种相变材料的相变温度时，第一种相变材料吸热，循环水温度降低，因此，从所述热水控温水箱15流出的水能够始终保持一个恒定的较高的温度，循环水在大棚内部经过地盘管14进行换热，进而升高大棚内的温度。
32.中午阳光充足时，大棚内部温度升高，控制单元21命令所述地源热泵机组18运行制冷，循环水在回路中循环往复，在进入大棚内部前，在电动三通换向阀17的控制下，循环水流经所述冷水控温水箱16，循环水从所述冷水控温水箱16上端进水口进入，当循环水进水温度低于第二种相变材料的相变温度时，第二种相变材料放热，循环水温度升高，当循环
水温度高于第二种相变材料的相变温度时，第二种相变材料吸热，循环水温度降低，因此，从所述冷水控温水箱16流出的水能够始终保持一个恒定的较低的温度，循环水在大棚内部经过地盘管14进行换热，进而降低大棚内的温度。
33.在地源热泵机组18长时间运行制热和制冷后，所述热水控温水箱15和所述冷水控温水箱16中的第一种相变材料和第二种相变材料分别可以起到蓄热和蓄冷的作用，此时所述热水控温水箱15和所述冷水控温水箱16充当蓄热和蓄冷装置。
34.本发明提供的地热能、太阳能和空气能多能互补大棚所能达到的有益效果不仅限于本发明提到的夯土墙型大棚，实际生活中的其它类型棚体，如立柱型大棚、文洛式温室大棚等都适用于本发明提出的地热能、太阳能和空气能多能互补大棚的实施方式。
35.本发明未记载或未详述的部分均为本领域技术人员的常规技术手段。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。