CN102740683A - 温室气候控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温室气候控制设备，该设备包括具有第一系列通道(7a)及第二系列通道(7b)的第一换热器(7)、从温室通向所述第一系列通道的温室供气装置(1)、从室外通向所述第二系列通道的室外供气装置(5)、从所述设备通向温室的温室排气装置(4)、以及从所述设备通向室外的室外排气装置(6)，其中所述温室排气装置与所述第一系列通道连接，并且所述室外排气装置与所述第二系列通道连接。以此方式将空气保留在温室中而不供给新空气，同时可以调节温室中的空气温度，并保持将温室空气与室外空气隔开。

Description

温室气候控制设备

背景技术

在棚室园艺领域，人们对于影响作物生长和质量的所有参数进行控制的需求与日俱增。同时，人们迫切需要以尽可能最少的能耗、二氧化碳产生物及作物保护产品用量的前提下控制这些参数。温室湿气管理在此发挥重要作用，一方面是因为湿气亏缺度(绝对湿度与完全饱和湿度的差值，以每立方米干燥空气的湿气克数计)决定着植物的养分吸收和健康状况，另一方面是因为蒸发(或冷凝)会消耗相对大量能量。

为了能够对温室室温进行控制，除了在供暖季节使用加热装置之外，还使用温室气候控制设备，其包括具有第一系列通道及第二系列通道的第一换热器，其中这些通道相互传递来自这些通道中的液体的热能；从温室通向第一通道的温室供气装置，从室外通向第二通道的室外供气装置，从所述设备通向温室的温室排气装置；以及从所述设备通向室外的排气装置。

在这种已知设备中，离开温室的空气热量传递到流入温室的空气之中。当然反之亦然，此时温室室温低于室外温度。然而这样会从温室带出空气，从而造成温室中二氧化碳损失。新鲜空气也从室外供应到温室之中，导致感染来自室外的致病菌的危险。

发明内容

如上所述，为了为作物保留温室中存在的二氧化碳及增加到温室中的二氧化碳，重要的一点是使温室中的空气保留在温室之中。为了尽可能减少感染和传染的危险，另外重要的一点是将尽可能最少量的空气从室外带入温室之中。

为此目的，本发明提供了一种上述类型的设备，其中温室排气装置与温室供气装置通往的通道相连，室外排气装置与室外供气装置通往的通道相连。

利用这些手段，温室中的空气得以保留而不需供给新空气，同时可以调节温室中的空气温度，并保持将温室空气与室外空气隔开。虽然原则上这与上述尽可能保持温室室温的情况基本不同，但允许温室中的水分在低于温室空气温度的室外温度及高空气湿度下发生冷凝从而干燥温室空气。确切地说在峰值负载较高的情况下，温室空气冷凝在温室壁上也会造成减湿。

根据本发明的设备设计为：在确定的温度极限范围内，保持所需温度和湿气亏缺度或干燥度，其中能耗为最小，可保持温室封闭，从而不会损失二氧化碳，病害和害虫不会进入温室。温室空气与室外空气之间完全隔开，使增加的二氧化碳不会损失。由于室内长期为春季气候，提高了作物产品的产量和质量，而收获时间可因需而变。

根据一个优选实施例，所述设备处于冷却位置或加热位置，在冷却位置时降低温室室温，在加热位置时升高或保持温室室温，并且所述设备具有第二换热器，所述第二换热器具有第三和第四系列通道，在加热位置时工作。在加热操作过程中，在对室外空气进行绝热冷却之后，利用室外空气通过两个空气-空气换热器将温室空气冷却到远低于凝点的温度，然后再次重复利用显热和冷凝热将温室空气加热到接近于初始温度，而湿度低了很多。在冷却操作过程中，利用所述绝热冷却的室外空气通过这些空气-空气换热器对温室空气进行冷却和减湿或干燥，然后将温室空气增湿至过饱和状态，并在混合温室空气后进一步绝热冷却，其中湿气亏缺度保持恒定。

根据本发明的设备作为一个模块，其优选尺寸为，在加热位置时最大气流速率约为250m³h^-1，在冷却位置时最大气流速率约为400m³h^-1的模块。处于加热位置时的热损失约为窗口打开时的热损失的百分之几。随着温室室温与室外空气露点之间的差值增大，冷却能力提高，在T＝25K时可达15kW。对于多数作物而言，在每40m²应用一个模块的情况下，温室可以一直保持封闭。

这些模块均自带控制器，可分布应用于整个温室，或者可以集中或联接在温室的一侧，然后根据温室中的构造例如通过送气装置进行空气分配。温度和湿度可以精确控制，因为结合成一个网络的模块的设置点可以单独调节。利用软管或通道通过这些模块的气流的垂直加压也可降低垂直梯度。

根据另一个优选实施例，在处于加热位置时，在所述温室供气装置与所述第一换热器的第一通道之间连接第二换热器的第三系列通道，并且在所述第一换热器的第一通道与所述温室排气装置之间连接第二换热器的第四系列通道。该实施例限制了通道数量和长度，在结构上具有吸引力。

若在冷却位置时，将第二换热器的第三系列通道和第四系列通道分别与第一换热器的第一系列通道和第二系列通道并行连接，则会优化所述设备的热力学效果。

根据一个替代实施例，在冷却位置时液体仅流过第二换热器的第四系列通道，绕过第二换热器的第三系列通道。虽然这样带来的是次佳结果，但大大简化了通道构造。

若在第一换热器的第一系列通道与第二换热器的第四系列通道之间的连接部分、或在第二换热器的第四系列通道与温室排气装置之间的连接部分容纳一个三通阀，则会进一步简化通道构造。使用该三通阀是为了在加热位置与冷却位置之间进行平稳过渡。通过配备该三通阀，防止了控制波动。

所述换热器优选是由回流换热器形成，周期性反复地同时互换供气装置与第一系列通道和第二系列通道之间的连接、以及排气装置与第一系列通道和第二系列通道之间的连接。除了传递普通显热之外，这里还传递潜热(冷凝热)，使总换热量增加了一倍多。所谓的回流换热器提供了更高的减湿能力和冷却能力。另外还可应用膜片回流换热器。

若将每个换热器均放置在矩形内壳体中，在内壳体中设置可通过阀关闭的开口，并将内壳体放置在外壳体中，使外壳体壁在内壳体的开口侧比内壳体壁进一步向外延伸，则会进一步简化所述设备的构造。因此，若将开口设置在内壳体的相对面中，在结构上则会更加有利。

由于在处于冷却位置时并行使用这些回流换热器，并在加热位置时使用相同的通道和板，这就需要很多的板，因此必须预先对这些板进行良好密封。这可以通过以下方式实现：让这些板平行于板座移动，仅使这些板在关闭路径的最后阶段在板座的方向上移动，其中板上的软密封圈提供了良好密封。为了在有限的空间内实施这些措施，建议为阀配备可基本平行于关闭平面而移动的闭板。

若为所述阀配备四个导板，每个导板均可在凹槽中成对移动，所述凹槽设于一个框架之中、基本平行于移动方向而延伸，并且所述凹槽设有一个部件，所述部件扩展了一个平行于所述板的移动方向的组件以及一个向密封件延伸的组件，所述措施的实施则会在结构上有吸引力。若所述阀通过一个可平行于所述关闭平面而移动的杆机构进行操作，则会简化对所述板的驱动。闭板于是可以大致脱离板座而移动，从而以尽可能最小的摩擦进行移动，形成板相对于板座的良好密封。

若为所述阀配备至少一个共用驱动装置，将所述阀设置在所述装置的一侧，所述驱动装置通过一个杆机构联接到与这些从动阀相关联的板上，则会进一步简化驱动。板式马达驱动自锁主轴，使得在关闭位置时在密封件上保持压力。为了实现这一目的，该马达仅在几乎达到最大电流时关闭。

附图说明

以下将参照附图对本发明进行说明，在附图中：

图1示出了根据本发明的设备处于加热位置时的图；

图2是图1所示设备处于冷却位置时的图；

图3示出了该设备处于加热位置时发生的过程的焓图；

图4示出了该设备处于冷却位置时发生的过程的焓图；

图5是图1所示设备处于第一替代冷却位置时的图，其中回流换热器并行连接；

图6是图1所示设备处于第二替代冷却位置时的图，其中第一回流换热器被绕过；

图7示出了本发明第一实施例分别处于冷却位置和加热位置时的图，其中这两个回流换热器在处于冷却位置时并行连接。

图8是根据本发明一个结构实施例的两个回流换热器的组合的示意性透视图；

图9是作为图8所示实施例一部分的板系统的示意性透视图；

图10是图8和图9所示实施例的内壳体的等距视图；

图11为对应于图10的视图，其中外壳体以轮廓线示出了并增加了风机；

图12为对应于图11具有端板的视图；

图13示出了根据本发明的系统的图，该系统在加热位置时与热泵联接；

图14是图13所示系统处于冷却位置时的图；

图15示出了根据图14的设备处于冷却位置时发生的过程的焓图；

图16示出了根据本发明的系统的图，该系统在加热位置时与蓄水层联接；

图17是图16所示系统处于冷却位置时的图；

图18是图17所示系统的图，该系统配有额外的换热器；

图19示出了根据本发明的系统的图，该系统在加热位置时与热泵和蓄水层联接；并且

图20是图19所示系统处于冷却位置时的图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的设备的简图。该设备包括第一换热器7，该换热器具体是一种焓回流换热器。第一换热器7配有第一系列通道7a以及与第一系列通道热联接的第二系列通道7b。所述设备还包括“标准”换热器8，即仅为交换显热而配备的换热器，所述换热器配有第一系列通道8a以及与第一系列通道热联接的第二系列通道8b。所述设备进一步包括将来自温室的空气供应到所述设备的温室供气连接部分1，将空气从所述设备排放到温室的温室排气连接部分4，将来自室外的空气供应到所述设备的室外供气连接部分5，以及将空气从所述设备排放到室外的室外排气连接部分6。

在加热位置时，来自温室的空气从温室供气连接部分1引导到第二换热器8的第一系列通道8a。然后该空气从点2进行引导，由此到达第一换热器7的第一系列通道7a，之后到达点3，通过第二换热器8的第二系列通道8b将该空气带到温室排气连接部分4。来自室外的空气从室外供气连接部分5引导经过第一换热器7的第二系列通道7b，随后通过室外排气连接部分6再次引导到室外。

在来自温室的空气经过第二换热器8的第一系列通道8a时，该空气通过流经第二换热器的第二系列通道8b的空气而被冷却和冷凝。在温室空气经过第一换热器的第一系列通道7a时，该空气在从点2到点3的过程中，通过流经第一换热器的第二系列通道7b从连接部分5到达连接部分6的优选绝热冷却的室外空气而进一步冷却和冷凝。然后温室空气在流经第二系列通道8b从第二换热器8到达连接部分4的过程中再次被加热，其中利用了经过第一系列通道8a过程中的冷凝热。通过利用冷凝热，温室的回气温度仅降低了百分之几，而湿度却大大降低。在该图中还示出了增湿器10和11，它们对气流进行绝热增湿和冷却。还可在温室空气和室外空气各自相关路径的其他位置设置风机。

如图2所示，在冷却操作过程中，两股气流经过大致对应于图1的路径，前提是不经过第二换热器8的第二系列通道8b。因此气流经过第二换热器8的第一系列通道8a已没有意义，使得还有可能或替代地有可能不经过第二换热器8的第一系列通道8a。

本发明的热力学操作在如图3和图4所示的焓图中对进行了说明。图3以焓图形式示出了所述设备处于不同加热位置时的情况，室内温度、室外温度和相对湿度进行了规律组合。来自温室的空气(其状态以数字1表示)在状态2下被冷却和冷凝并离开第二换热器8的第一系列通道8a(这些数字对应于图1和图2中的数字符号)。该空气在第一换热器7的第一系列通道7a中被进一步冷却和冷凝到状态3。然后该温室空气在第二换热器8的第二通道8b中再次被加热至与其进入所述设备中时的温度几乎相同的温度，但处于更加干燥的状态，之后到达状态4。温室空气能加热到这样的温度是因为可以利用冷凝热，使温度有效度接近100％。室外空气首先从状态5绝热冷却至状态5a。然后室外空气在第一换热器中加热升温，蒸发温室空气形成的冷凝物，在状态6下离开回流换热器。

如图4所示，在冷却位置时进行测湿或热动力过程。这时要将恒定湿气亏缺度控制至4g/m³，如蓝色虚线所示。状态1下的温室空气(数字符号对应于图2)在第一换热器7的第一系列通道7a中被冷却并冷凝到状态3。在流出的温室空气中或在温室中，水分通过温室排气连接部分4被雾化并携带到温室中。该空气与温室空气混合达到状态4a，同时供应太阳能，到达状态4b，其中水分能够蒸发，到达状态4c。虽然为了阐释的目的，这些过程在图中在时间上依次示出，但这些过程实际上是同时进行的。在达到平衡之后，状态4c与温室空气状态1同时发生。状态5下的室外空气被绝热冷却至状态5a。该空气在第一换热器7中进行加热，从而使温室空气形成的冷凝物蒸发，该空气在状态6下离开系统。在该实例中，状态1下的温室空气处于平衡状态，总辐射为500Wm^-2。其他蓝色点始终在100Wm^-2以下。

图中通过比较的方式给出了通过打开窗口实现冷却的温室平衡状态，通过1b的曲线为番茄作物的曲线，通过1a的曲线为蒸发湿气量仅为番茄蒸发湿气量的一半的作物的曲线。可以看出，窗口打开时的温室平衡温度比关闭温室时的温室平衡温度低几度，并且本发明应用蒸发作用强的作物时的温室平衡温度比应用蒸发作用较弱的作物时的温室平衡温度高几度。本发明应用于温室关闭的情况下和应用于窗口打开的情况下的最大差异在于湿度或湿气亏缺度，在打开窗口时湿气亏缺度达到15以上，超出了健康生长的最佳范围。

现在将参照图5和图6对冷却情况的替代实施例进行说明。

在加热位置时，需要至少两个回流换热器，在恢复将温室空气冷却到凝点以下的过程中释放的热量的同时，在不混合室外空气的情况下去除温室湿气，以实现所需减湿作用。除了恢复热量之外，回流换热器还恢复湿气。在加热操作过程中，可通过焓回流换热器在第二个冷凝步骤中实现更深度冷却，因为冷凝热可作为冷却气流中的蒸发热而排放，从而将更多的湿气从温室空气排出。尽管室外严霜，该焓回流换热器也不会冻结。在冷却操作过程中，该焓回流换热器将湿气从温室空气转移到冷却空气，从而实现对温室空气的更深度冷却，冷却能力大幅提升。

在加热位置时，一个焓回流换热器在第一个冷凝步骤中不起作用，因为不想对返回温室空气重新增湿。在根据图2的冷却位置时，不使用该回流换热器，因此这时有一个焓回流换热器不起作用。

然而，在冷却位置时，若图2的图增加很多块板，则可以使用第一回流换热器，使气流如图5所示并行流过两个回流换热器，从而减小对温室空气和室外(冷却)空气的流动阻力，使用相同风机的最大流量增大，因此冷却能力提高。

在这种构造中，可以不使用焓回流换热器或使用一个焓回流换热器(与一个仅用于显热的回流换热器一起使用)。若使用带有板的焓回流换热器，两个回流换热器也可均为焓回流换热器。在加热位置时，第一焓回流换热器的切换时间则设为无限长，即不进行切换，使冷凝物从该回流换热器流出而不转移到返回的温室空气中。在冷却位置时，通过将湿气从温室空气转移到室外(冷却)空气中，冷却能力大大提高。然而在使用膜片回流换热器时不发生冷凝。若在冷却位置时绕过第一回流换热器，就会出现如图6所示的图。该图仅需一个三通阀。若在冷却位置时这些回流换热器并行连接，电路图就如图7所示变得复杂很多。

该图中能够实现从加热位置到冷却位置的切换，需要大量两通阀和一个三通阀(在该图中为12个两通阀和1个三通阀)。通过对壳体中分配通道路径的优良设计，可以减少两通阀的数量。图6和图7的三通阀为调制型三通阀。由此可以实现从加热位置到冷却位置的连续过渡。这仅在其它板处于加热位置的情况下才有可能实现。然后冷却的温室空气3与重新加热的温室空气4混合。三通阀一到达其最终位置，其他阀就置于冷却位置。

为了适当引导温室气流和室外气流经过这两个回流换热器并实现从加热操作到冷却操作的切换，就需要具有一块或多块板的通道系统。由于实际原因和经济原因，通道和板必须构造在一个壳体中，该壳体必须以尽可能最低的生产价格带来尽可能最小的流量损失。操作构件，例如风机、增湿器、泵、板式马达和控制器可以集成到该壳体中，形成独立操作模块。然后组装模块，形成更大的单元或分布在整个温室中。很明显这些模块也可以并行连接在一个大壳体中。

该壳体除了用于其他目的之外，还用于以下目的：将这些回流换热器无泄漏连接到集成空气分配通道；以尽可能最小的流动损失容纳所述分配通道；提供交叉分配通道的拓扑方案；容纳用于从加热位置切换到冷却位置的所述板；使用尽可能最少量的板；设置风机以实现高效率；收集和排放冷凝水分；实现室外空气和温室空气的增湿作用；建立温室空气和室外空气与供气通道和排气通道的连接。这样，如果这些壳体堆叠放置或并行放置，用一个构造简单的超级集管或歧管就能将各连接部分连接起来，使各单元精确对齐地堆叠放置、并行放置和固定，使之能够在适当状态下容纳控制器电子部件，使组件易于安装、系统容易维护。

这些板必须具有良好的关闭性能(总泄露小于公称流量的0.5％)并且可能仅占用很小的空间。一种解决方案是：所述板具体为滑板，其中在关闭运动结束时，利用导轨形式将所述板在和运动方向成直角的方向上压入板座的密封件中。所述板在打开位置时平行于这些回流换热器的关闭面，从而不占据额外空间。在可能的情况下，所述板与一个杆机构连接，使线性运动所需马达数量尽可能最少。该三通阀可以具体为旋转阀。

一方面，这些分配通道必须占据尽可能小的空间，另一方面其尺寸必须使流动阻力相对于所述回流换热器较小。通过将两个分开的通道设置在回流换热器的一侧，其中所述两个通道可与该回流换热器的流入口或流出口连接，那么这些回流换热器的流入口和流出口就可以彼此任意连接。为了允许所有互换情况(这对于展示了并行回流换热器处于冷却位置的图来说是必要的)，两个并行通道必须设置在这些回流换热器的两侧。然后操作所述滑板，使得所述回流换热器的所需流入口和流出口彼此连接。分配通道的这种设置方式防止了分配通道彼此交叉，因此分配通道需要更大空间。

所述壳体优选制成使所述回流换热器同时通过两个壳体部件封闭，其中所述壳体部件基本上是垂直于密封法兰关闭。以此方式，在安装过程中，法兰与壳体之间的密封件仅在一个方向上负载，从而实现良好密封，并且还可以无需定位辅助而进行安装。所述壳体部件具有舌槽连接，具体表现为具有卡接配合且无泄漏。通过自定位连接简化了安装过程。

所述壳体部件优选为对称形式，以便两个壳体部件可以用相同模具制成。所述壳体部件优选制成使产品能在一个方向上从模具移出，从而无需滑动件。为了实现此目的，使用了关闭部件，这些关闭部件可以堵住开口，这些开口为了对称目的而开设，在功能上不是必要的。

所述滑板设计为可以推入壳体部件内的凹陷空间中而在壳体部件的拔出方向上安装，其中通过切口边缘实现了良好密封。所述壳体优选是由泡沫塑料制成，从而实现良好绝缘值并形成稳定的壳体。一些材料，例如发泡聚丙烯(EPP)，因其在强度、绝热值、可生产性、重量和价格方面的优势而推荐使用。

对于带有向后弯曲叶片的径向风机(这种风机最适合此应用)，在叶轮周围留出足够空间，以便实现尽可能最高的风机效率。

在室外(冷却)空气入口处留出足够空间，使大部分雾化水滴能够蒸发掉，以便尽可能绝热地对空气进行冷却。

所述壳体在两侧配有关闭盖，风机、电子部件和增湿器安装在所述关闭盖上。与所述壳体部件的情况一样，这些盖和所述壳体部件具有舌槽连接。所述盖的外侧和歧管或超级集管的通道的组件具有舌槽连接。这些通道组件也具有舌槽连接。这就形成了一个系统，壳体模块易于组装以在系统内形成更大的整体。

参照图8对分配通道和板的优选应用布局进行说明。第一焓回流换热器7和第二焓回流换热器8形成基础，它们相互成行布置。用于排放室外空气的排气通道6沿着两个回流换热器7，8的排气侧延伸。用于排放温室空气的排气通道4同样在两个回流换热器7，8的排气侧平行于排气通道6而延伸。这两个回流换热器7，8通过连接通道2，3彼此连接。用于供应室外空气的供气通道1在回流换热器7，8的供气侧平行于这些排气通道而延伸。用于供应室外空气的供气通道5在回流换热器7，8的供气侧平行于其他通道而延伸。还在每个回流换热器7，8与各通道1，4，6，7和连接通道2，3中的一个通道之间分别设有板b，c，d，e，f，g，h和I。板b，c，d，e，f，g，h和I均为滑板。还在通道4和6与回流换热器8之间设置了一个由三通阀形成的阀。

如图9所示，板b至板I优选具体为带有一个机构的滑板，以恰当地在关闭位置关闭。板20与多个突出部21一起在导轨22中移动。导轨22放置在使板20与板架23保持一段距离的位置，使板20能以非常小的摩擦往复移动。刚好在板到达必须关闭的位置之前，导轨成角度(约45°)地向板架移动。在板移动结束之时，板20通过其O型密封环(在图中未示出)压在板架23上，从而以可忽略的摩擦形成良好密封。

板20在中央形成突出部24，导杆25和26可附接在该突出部上，也可连接到其他板上。一个突出部与导杆成直角而设置，导杆可围绕该突出部而转动。如图10所示，该导杆还与两个上下布置的板20的突出部24连接。

如图10所示，内壳体是直接与这些回流换热器连接并且其中配合了一部分导杆的壳体的一部分。图中与外壳体的其余部分分开地绘出了内壳体，使得能够在图中更好的观察各板的操作。为清晰起见，图中还省略了回流换热器。板20通过主轴马达而移动。图中的这些板通过导杆25和26彼此连接，从而省去了很多马达。板a具体为转板，也通过主轴马达在旋转点上移动。通过选择螺杆传动的螺距使主轴自锁，各板上保持张力，密封适当下压，从而实现最小泄露。转板a的主轴马达可在板架后的杆上旋转。虽然对于上述板系统而言，十个板仅需三个马达，这些板当然也可以其他方式移动或被驱动。内壳体中的一些端口只是为了实现壳体部件的对称性并使壳体部件能从模具移出而开设的，因而仅需两个模具。这些端口通过将关闭件27和28置于其中而将其关闭。在中心的右侧还可见关闭隔板29，为了对称性也在模具中将其省去。

在图11中增加了外壳体，外壳体以线条示出，以便仍可见其内部。该图示出了风机入气口以及可将风机置入其中的空间。最后，增加了如图12所示的端盖31。

加热功能通常是通过温室中的管道加热系统实现。在这种情况下，热量是由锅炉或热电组合系统供应。热量还可由热泵供应，其中热量可从已加热室外空气和新鲜室外(冷却)空气提取，以实现更多减湿作用。然后热泵还用于在冷却位置时冷却室外(冷却)空气并进一步冷却进入温室的空气，同时热量随受热的室外空气排出。

在加热位置时，热量从已预热和增湿的室外空气提取，其中除了显热之外，还利用了从温室移出的湿气的冷凝热。由此可以实现高“性能系数”(COP)。

在冷却位置时，通过传热介质首先冷却返回温室的空气，然后再冷却室外(冷却)空气。于是回流换热器通过减湿实现了最大冷却，并且温室空气被进一步冷却。

热泵的换热器的设置方式与通常情况不同，因为使用了三个换热器而不是两个换热器，其中一个换热器是为室外空气而设置。其目的是允许回流换热器传递更多潜热，从而大幅提高系统效能。在加热位置时，系统如图13所示。

热泵首先释放其热量到减湿的温室空气中，其中换热器41逆流工作。之后介质膨胀，因此对介质进行冷却，于是在换热器42中首先对室外空气进行冷却。冷却的室外空气保证了对温室空气进行更深度冷却，于是从温室空气提取更多湿气。此时加热的介质在换热器43中通过加热和增湿的室外空气被进一步加热。此处利用了在温室空气减湿过程中产生的湿气冷凝热。热泵的所有换热器均与空气逆流，从而实现换热器的最大能力。通过换热器的高换热能力，流出的室外空气的温度接近于流入空气的温度，室外空气与饱和室外空气的湿气蒸发热的唯一差别是能量损失。

增加室外气流可以保持在刚好是凝点和冰点以上的温度，从而在室外低温下防止换热器42冻结。如果温度低于冰点很多，则可绕过换热器42，仅通过换热器43从返回的室外空气提取热量，调节室外气流以免冻结。

在高加热需求和低湿气产量的情况下会发生大量减湿。利用温室空气增湿器10，可以调节温室空气的状态再次达到适当值。然后建议在到达换热器41之前通过雾化器44进行增湿，使温室空气首先被热泵绝热冷却然后被加热到比在换热器41后进行增湿的情况下的温度低的温度。因此会提高热泵的COP。另一种限制减湿的方法是限制室外气流，从而实现少量减湿。然而这样热泵可能会通过换热器43接收过少空气，使COP降低，并且可能不产生能量。这时可去掉一个额外的板，使室外空气直接旁路到达换热器43而进行补救。

在冷却位置时，如图14所示，用热泵系统代替了一个四通阀(图中绘出为四个三通阀47，48，49，50)，温室减湿系统中的各板相连接。还建议利用板46，51和52使所有换热器逆流工作。

在换热器43中，热泵首先释放热量到加热和增湿的室外空气中。在膨胀及由此产生的冷却之后，冷却和减湿的返回温室空气在换热器41中被逆流冷却。然后加热的介质在换热器42中冷却室外空气。仅在对室外空气进行的绝热冷却11已不能再产生足够能量使温室保持在所需状态的情况下才使用热泵。在通过热泵达到了室外空气的湿球温度时可以关闭绝热增湿11。通过对返回温室空气及室外空气5进行冷却，焓回流换热器可在更大温度范围内将湿气从温室空气转移到室外空气中，从而实现更大冷却能力。冷却和减湿的温室空气在返回温室时通过雾化水分增湿到过饱和点。雾与温室中的空气混合后蒸发，从而对温室进行冷却。优选以此实现恒定湿气亏缺度。通过在到达热泵的冷凝器之前，利用雾化器45将水分雾化到流出的室外空气6中，雾化的水分通过冷凝器分散地蒸发，出口温度低了很多，从而使热泵介质的温度6较低，于是热泵的COP提高(如图15所示，通过在从6a到6b的过程中进行绝热冷却，使COP在从6到6a的过程中提高)。

图15的焓图表明，加热的室外空气的温度首先利用雾化器45通过绝热冷却降低到状态6a。然后通过热泵在换热器43中供热，直到到达状态6b，之后通过蒸发过饱和室外空气6a进行绝热冷却，达到状态6c。冷却的温室空气3通过热泵在换热器41中被进一步冷却至3a，其中该空气被进一步减湿，在换热器41中发生冷凝。水分在壳体或温室中进行雾化。该空气与温室空气混合，于是(为方便起见作为单独步骤进行说明)温度上升到4a，之后温度通过日射上升到4b，然后温度通过绝热蒸发下降，直到到达状态4c，该状态等同于温室空气1的平衡状态。

可以选择长期蓄热层和蓄冷层来满足对加热和冷却的需求。在含水层中储存，即所谓的蓄水层储存，是最明显的技术方案。蓄水层储存已应用于越来越多的项目，其目的是使暖源与冷源之间的温度差尽可能大，从而使得用于将地下水转移到空气中(通过一个未示出的分开的交换器)的换热器仍具有经济的尺寸。通过板58，59，60和61实现从暖源到冷源的切换。在加热位置时，蓄冷层从室外空气吸收换热器53中的排气。空气6已在第二回流换热器中进行了加热。暖源通过换热器54将热量供应到返回的温室空气4经过的一个换热器。为了降低冷源的温度，参见图16，可以通过三通阀55利用绝热冷却的室外空气5a。

若所有换热器均逆流工作，并且在热量上分层储存(蓄冷层在下，蓄热层在上)，则会提供系统效率。在冷却位置时，利用受热的室外空气对暖源56进行加热。参见图17，冷源57用于对已冷却的温室空气进一步冷却。

为了能够更好地利用室外空气6排放过程中的冷凝热，可在供应绝热冷却的室外空气5a的过程中增加换热器62和三通阀63。然后该空气在温室空气4返回换热器之后通过从冷源返回的水分进行冷却。参见图18，室外空气的供气温度因而降低，从而更多的湿气转移到室外空气6，更多的湿气可在换热器中冷凝，对暖源的加热能力提高。

可将热泵系统和蓄水层进行组合，其中蓄水层用于存储其他季节排放的室外空气中仍存在的热量或冷量，并使热泵的入口温度升高或降低，由此提高热泵的COP。

图19示出了加热位置时的组合(为简单起见，图中未包括短期蓄热层和蓄冷层)。蓄水层与热泵系统之间通过换热器64和三通阀65进行联接。

在该系统中，可能的情况是不达到平衡状态(取决于尺寸，培养类型，气候等)，每年蓄热层变暖，蓄冷层变冷。因此至少在临近区域有需求的情况下，可将该系统用作供热源和/或供冷源。图20示出了冷却位置时的组合。

该系统由于这种组合而变得甚至更加复杂，但是由于焓回流换热器的温度差较大并且热泵的温度差较小，减湿系统和热泵系统的效率会提高，因此安装规模较小，所以费用不会太高昂。

大型公司常使用热电联产(CHP)。其优点主要是因为提供购买津贴，高峰时间为输电干线供电以及为第三方供热的价格合理。与使用来自烟气的部分废热和二氧化碳相比，CHP不会实现更实际的节能。其转换效率低于现代发电站。大部分热量不能使用，必须以高昂的代价废弃。由于烟气中有污染物，二氧化碳不能用于所有作物。在令人失望的输入关税税率下，CHP不能进行经济运作，于是也丧失了其他优点。所以CHP是一种风险投资。

HortiAir系统是真正节能的系统，因此能保证基本节能。这种系统能在所有情况下进行可控减湿，从而在封闭的温室中可获得所需湿度亏缺度。除了节约能量和成本之外，该系统还会带来更多成果和更高质量，其中所需二氧化碳要少得多。

可选地通过热泵和/或长期蓄热层和蓄冷层，将HortiAir系统与CHP系统相结合，会使CHP系统规模小得多，并使化石能源的用量少很多。虽然表面上CHP可使每平米温室表面积的能量消耗降低，但结合CHP应用HortiAir系统会使成本更低，温室气候可控性更好，作物产量更高。在很多情况下，不使用CHP而应用HortiAir系统会产生更好的总体结果。作出这种选择必须基于风险分析，节能总会产生积极结果。

Claims (16)

1.温室气候控制设备，包括：

-具有第一系列通道及第二系列通道的第一换热器，

其中所述通道相互传递来自所述通道中液体的热能；

-从温室通向所述第一系列通道的温室供气装置；

-从室外通向所述第二系列通道的室外供气装置；

-从所述设备通向温室的温室排气装置；以及

-从所述设备通向室外的室外排气装置，

其特征在于，所述温室排气装置与所述第一系列通道连接，并且所述室外排气装置与所述第二系列通道连接。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备处于冷却位置或加热位置，在冷却位置时降低温室室温，在加热位置时升高或保持温室室温，并且所述设备配有第二换热器，所述第二换热器具有第三系列通道和第四系列通道，至少在加热位置时工作。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，在处于加热位置时，所述第二换热器的第三系列通道连接在所述温室供气装置与所述第一换热器的第一通道之间，并且所述第二换热器的第四系列通道连接在所述第一换热器的第一通道与所述温室排气装置之间。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在处于冷却位置时，所述第二换热器的第三系列通道和第四系列通道分别与所述第一换热器的第一系列通道和第二系列通道并行连接。

5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在处于冷却位置时，液体仅流过所述第二换热器的第四通道，绕开所述第二换热器的第三通道。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，在所述第一换热器的第一系列通道与所述第二换热器的第四系列通道之间的连接部分、或在所述第二换热器的第四系列通道与所述温室排气装置之间的连接部分容纳一个三通阀。

7.如以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述换热器由回流换热器形成，周期性反复地同时互换所述供气装置与所述第一系列通道和第二系列通道之间的连接、以及所述排气装置与所述第一系列通道和第二系列通道之间的连接。

8.如以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述换热器均放置在矩形内壳体中，在所述内壳体中设有可通过阀关闭的开口，并且所述开口设置在所述内壳体的相对面中。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述内壳体放置于外壳体之中与之一体成型，并且外壳体壁在内壳体壁设开口侧比所述内壳体进一步向外延伸。

10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述阀具有闭板，所述闭板可基本平行于关闭平面而移动。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述阀具有四个导板，每个导板均可在凹槽中成对移动，所述凹槽设于一个框架之中、基本平行于移动方向而延伸，并且所述凹槽设有一个部件，所述部件扩展了一个平行于所述板的移动方向的组件以及一个向密封件延伸的组件，并且所述阀通过一个可平行于所述关闭平面而移动的杆机构而工作。

12.如权利要求2至11中任一项所述的设备，其特征在于，配有压缩机、蒸发器以及至少两个联结换热器的热泵，其中第一联结换热器容纳在所述第一换热器与所述室外供气装置之间，第二联结换热器容纳在所述第二换热器与所述温室排气装置之间。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，第三联结换热器容纳在所述室外供气装置与所述第一换热器之间。

14.如权利要求2至13中任一项所述的设备，其特征在于，蓄热元件，例如蓄水层，配有至少第一和第二联接换热器，第一联接换热器放置在所述第一换热器与所述室外供气装置之间，并且第二联结换热器放置在所述第二换热器与所述温室排气装置之间。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，第三联结换热器放置在所述室外供气装置与所述第一换热器之间。

16.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，蓄热元件，例如蓄水层，配有至少第一联结换热器，所述第一联结换热器与所述热泵联接。

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