一种零能耗太阳能牛床供暖系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720099875.0 (22)申请日 2017.01.23 (73)专利权人 重庆匠心通风技术有限公司 地址 404100 重庆市渝中区经纬大道780号 1幢3-8# (72)发明人 付祥钊 杨勋 丁艳蕊 居发礼 邓晓梅 瞿广龙 (74)专利代理机构 重庆市前沿专利事务所(普 通合伙) 50211 代理人 顾晓玲 (51)Int.Cl. A01K 1/015(2006.01) F24J 2/34(2006.01) F24J 2/04(2006.01) F24J 2/46(。

2、2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种零能耗太阳能牛床供暖系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种零能耗太阳能牛床 供暖系统， 该零能耗太阳能牛床供暖系统包括集 热系统和蓄热系统； 集热系统包括太阳能集热 器、 集热工质箱和蓄热工质箱； 蓄热系统包括短 期蓄热子系统和/或长期蓄热子系统； 短期蓄热 子系统包括至少在牛床地面下变温层内设置的 短期蓄热板； 长期蓄热子系统包括设置在短期蓄 热板之下、 恒温层之上的长期蓄热板。 本实用新 型利用热压作用， 形成无动力循环， 实现供暖系 统近零能耗运行， 经济效益和社会效益明显。 本 实用新型利用太阳能。

3、资源， 将太阳能利用与奶牛 饲养设施牛床相结合， 实现饲养设施与供暖设 施一体化， 符合国家节能减排， 绿色发展的大方 向， 是造福民生的绿色技术实用新型。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 206507004 U 2017.09.22 CN 206507004 U 1.一种零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 包括集热系统和蓄热系统； 所述集热 系统包括太阳能集热器、 集热工质箱和蓄热工质箱； 所述太阳能集热器的入口与集热工质 箱的第一出口相连， 所述太阳能集热器的出口与集热工质箱的第一入口相连； 所述集热工 质箱的第二出口与蓄热工质箱的第一入口相连且在连接管路上设置有第三阀门。

4、， 所述集热 工质箱的第二入口与蓄热工质箱的第一出口相连且在连接管路上设置有第四阀门； 所述蓄热系统包括短期蓄热子系统和/或长期蓄热子系统； 所述短期蓄热子系统包括至少在牛床地面下的变温层内设置的短期蓄热板， 所述短期 蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口相连， 所述短期蓄热板的出口与蓄热工质箱的第二 入口相连； 所述短期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第五阀 门， 所述短期蓄热板的出口与蓄热工质箱的第二入口的连接管路上设置有第七阀门； 所述长期蓄热子系统包括设置在短期蓄热板之下、 恒温层之上的长期蓄热板， 所述长 期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口相连， 所述长期蓄热板的。

5、出口与蓄热高工资箱的 第二入口相连； 所述长期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第六 阀门， 所述长期蓄热板的出口与蓄热工资箱的第二入口的连接管路上设置有第八阀门。 2.根据权利要求1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述太阳能集热器 设置在牛舍屋顶。 3.根据权利要求1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述集热工质箱设 置在牛舍屋顶且集热工质箱的第一入口高于太阳能集热器的出口， 所述集热工质箱的第一 出口高于太阳能集热器的入口。 4.根据权利要求1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述蓄热工质箱设 置于土壤恒温层。 5.根据权利要求。

6、1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述集热工质箱的 第二入口与蓄热工质箱的第一出口的连接管路上设置有工质泵。 6.根据权利要求1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 在每个牛床下设置 有一块短期蓄热板， 相邻短期蓄热板之间通过管路连接。 7.根据权利要求1所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述长期蓄热板至 少设置在牛床之下， 其为一个整体结构或者分为多块且每一块设置在一个牛床之下。 8.根据权利要求7所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述短期蓄热板位 于地面下大致0.1m， 所述长期蓄热板位于地面下大致1.5m， 所述蓄热工质箱位于地面2m。

7、以 下。 9.根据上述权利要求之一所述的零能耗太阳能牛床供暖系统， 其特征在于， 所述工质 为水。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 206507004 U 2 一种零能耗太阳能牛床供暖系统 技术领域 0001 本实用新型涉及牛舍供暖系统， 特别涉及一种近零能耗的高寒地区太阳能牛舍一 体化供暖系统。 背景技术 0002 牛舍是奶牛场中牛群的饲养和休息场所， 牛舍温度对奶牛身体和产奶量有着重要 的影响。 从工艺角度， 奶牛在10-20的温度下产奶量更多， 质量更好。 但在高寒地区(如拉 萨)的冬季， 室外气温较低， 室内温度无法满足奶牛休息和产奶的要求， 需要对牛舍进行供 暖。 目前常用。

8、的牛舍供暖采用在牛舍内设置取暖装置的方法， 这种牛舍供暖技术能耗大， 存 在大量能源的消耗， 还会损害养牛场的空气品质和周围的生态环境。 如何设计节能绿色且 保证牛场的空气品质和周围的生态环境的供暖系统系统是一个亟需解决的技术问题。 实用新型内容 0003 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题， 特别创新地提出了一种一 种零能耗太阳能牛床供暖系统， 解决现有技术中牛舍供暖技术能耗大且损害养牛场的空气 品质和周围的生态环境的问题。 0004 为了实现本实用新型的上述目的， 本实用新型提供了一种零能耗太阳能牛床供暖 系统， 其包括集热系统和蓄热系统； 所述集热系统包括太阳能集热器、 集热。

9、工质箱和蓄热工 质箱； 所述太阳能集热器的入口与集热工质箱的第一出口相连， 所述太阳能集热器的出口 与集热工质箱的第一入口相连； 所述集热工质箱的第二出口与蓄热工质箱的第一入口相连 且在连接管路上设置有第三阀门， 所述集热工质箱的第二入口与蓄热工质箱的第一出口相 连且在连接管路上设置有第四阀门； 所述蓄热系统包括短期蓄热子系统和/或长期蓄热子 系统； 所述短期蓄热子系统包括至少在牛床地面下变温层内设置的短期蓄热板， 所述短期 蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口相连， 所述短期蓄热板的出口与蓄热工质箱的第二 入口相连； 所述短期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第五阀 门， 所。

10、述短期蓄热板的出口与蓄热工质箱的第二入口的连接管路上设置有第七阀门； 所述 长期蓄热子系统包括设置在短期蓄热板之下、 恒温层之上的长期蓄热板， 所述长期蓄热板 的入口与蓄热工质箱的第二出口相连， 所述长期蓄热板的出口与蓄热高工资箱的第二入口 相连； 所述长期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第六阀门， 所 述长期蓄热板的出口与蓄热工资箱的第二入口的连接管路上设置有第八阀门。 0005 本实用新型利用太阳能资源， 将太阳能利用与奶牛饲养设施牛床相结合， 实现 饲养设施与供暖设施一体化， 符合国家节能减排， 绿色发展的大方向， 是造福民生的绿色技 术实用新型。 0006 本实用新。

11、型在循环系统上， 分为集热循环和蓄热循环， 利用热压作用， 形成无动力 循环， 实现供暖系统近零能耗运行， 经济效益和社会效益明显。 0007 本实用新型涵盖集热、 蓄热、 释热三大环节。 在收集环节， 通过热压自然循环， 实现 说 明 书 1/5 页 3 CN 206507004 U 3 太阳能集热器与屋顶集热工质箱的联合集热。 在蓄热环节， 利用牛床下面不同深度的土壤 存储太阳能， 其中通过表层土壤(变温层)进行冬季白天太阳能的短期蓄存； 下层土壤(恒温 层)进行夏秋两季太阳能的长期季节蓄存。 在释热环节， 利用表层土壤白天蓄存的太阳能为 牛床提供稳定的表面温度分布， 实现奶牛所在的牛床区。

12、域温度10-20的局部供暖。 下层土 壤蓄存的夏秋两季太阳能， 源源不断地补充到表层土壤， 确保牛床整个冬季节温度满足要 求。 0008 在本实用新型的一种优选实施方式中， 所述太阳能集热器设置在牛舍屋顶。 充分 利用牛舍斜坡屋顶的建筑特点， 实现太阳能的高效收集。 0009 在本实用新型的另一种优选实施方式中， 所述集热工质箱设置在牛舍屋顶且集热 工质箱的第一入口高于太阳能集热器的出口， 所述集热工质箱的第一出口高于太阳能集热 器的入口。 通过热压自然循环， 实现太阳能集热装置与屋顶集热工质箱的联合集热。 0010 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 所述蓄热工质箱设置于土壤恒温层。 蓄 。

13、存夏秋两季太阳能， 在冬季时源源不断地补充到表层土壤， 确保牛床整个冬季节温度满足 要求。 0011 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 所述集热工质箱的第二入口与蓄热工质 箱的第一出口的连接管路上设置有工质泵。 保证工质的顺利高效输送。 0012 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 在每个牛床下设置有一块短期蓄热板， 相邻短期蓄热板之间通过管路连接。 利用表层土壤白天蓄存的太阳能为牛床提供稳定的表 面温度分布， 实现奶牛所在的牛床区域温度10-20的局部供暖。 0013 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 所述长期蓄热板至少设置在牛床区域之 下， 其为一个整体结构或者分为多块且每一块设。

14、置在一个牛床区域之下。 实现夏秋两季太 阳能的长期季节蓄存。 0014 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 所述短期蓄热板位于地面下大致0.1m， 所述长期蓄热板位于地面下大致1.5m， 所述蓄热工质箱位于地面2m以下。 蓄热工质箱设置 于恒温层内， 易于保持工质箱内的工质温度。 设置以上高度， 在热压自然循环作用下形成无 动力循环， 节约能源， 有利于牛舍内的环境。 0015 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 所述工质为水。 利用水作为循环工质， 低 成本、 方便又环保。 0016 本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出， 部分将从下面的描述 中变得明显， 或通过本实用新型。

15、的实践了解到。 附图说明 0017 本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显和容易理解， 其中： 0018 图1是本实用新型一种优选实施方式中零能耗太阳能牛床供暖系统的示意图； 0019 图2是本实用新型一种优选实施方式中牛舍的横立面图； 0020 图3是本实用新型一种优选实施方式中牛舍的平面布置图。 具体实施方式 说 明 书 2/5 页 4 CN 206507004 U 4 0021 下面详细描述本实用新型的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通过参 考附图描述的。

16、实施例是示例性的， 仅用于解释本实用新型， 而不能理解为对本实用新型的 限制。 0022 在本实用新型的描述中， 除非另有规定和限定， 需要说明的是， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是机械连接或电连接， 也可以是两个元件内部的连 通， 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 对于本领域的普通技术人员而言， 可 以根据具体情况理解上述术语的具体含义。 0023 本实用新型提供了一种零能耗太阳能牛床供暖系统， 如图1所示， 其包括集热系统 和蓄热系统， 集热系统包括太阳能集热器、 集热工质箱和蓄热工质箱。 太阳能集热器的入口 与集热工质箱的第一出口相。

17、连， 太阳能集热器的出口与集热工质箱的第一入口相连。 集热 工质箱的第二出口与蓄热工质箱的第一入口相连且在连接管路上设置有第三阀门， 集热工 质箱的第二入口与蓄热工质箱的第一出口相连且在连接管路上设置有第四阀门。 0024 在本实施方式中， 蓄热系统包括短期蓄热子系统和/或长期蓄热子系统。 短期蓄热 子系统包括至少在牛床地面下变温层内设置的短期蓄热板， 短期蓄热板的入口与蓄热工质 箱的第二出口相连， 短期蓄热板的出口与蓄热工质箱的第二入口相连； 短期蓄热板的入口 与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第五阀门， 短期蓄热板的出口与蓄热工质箱 的第二入口的连接管路上设置有第七阀门； 长期蓄热子。

18、系统包括设置在短期蓄热板之下、 恒温层之上的长期蓄热板(之下、 之上均是指相应参照物所在的水平面之下， 从纵剖面上 看， 短期蓄热板和长期蓄热板所处的位置可以是上下对应也可以上下不对应)， 长期蓄热板 的入口与蓄热工质箱的第二出口相连， 长期蓄热板的出口与蓄热高工资箱的第二入口相 连； 长期蓄热板的入口与蓄热工质箱的第二出口的连接管路上设置有第六阀门， 长期蓄热 板的出口与蓄热工资箱的第二入口的连接管路上设置有第八阀门。 0025 在本实施方式中， 入口、 出口均是按照工质的流向设定， 即工质流出的口味出口， 工质流入的口为入口。 0026 本实用新型利用太阳能资源， 将太阳能利用与奶牛饲养设。

19、施牛床相结合， 实现 饲养设施与供暖设施一体化， 符合国家节能减排， 绿色发展的大方向， 是造福民生的绿色技 术实用新型。 0027 本实用新型在循环系统上， 分为集热循环和蓄热循环， 利用热压作用， 形成无动力 循环， 实现供暖系统近零能耗运行， 经济效益和社会效益明显。 0028 本实用新型涵盖集热、 蓄热、 释热三大环节。 在收集环节， 通过热压自然循环， 实现 太阳能集热器与屋顶集热工质箱的联合集热。 在蓄热环节， 利用牛床下面不同深度的土壤 存储太阳能， 其中通过表层土壤(变温层)进行冬季白天太阳能的短期蓄存； 下层土壤(恒温 层)进行夏秋两季太阳能的长期季节蓄存。 在释热环节， 利。

20、用表层土壤白天蓄存的太阳能为 牛床提供稳定的表面温度分布， 实现奶牛所在的牛床区域温度10-20的局部供暖。 下层土 壤蓄存的夏秋两季太阳能， 源源不断地补充到表层土壤， 确保牛床整个冬季节温度满足要 求。 0029 在本实施方式中， 如图1和图2所示， 太阳能集热器设置在牛舍屋顶。 充分利用牛舍 斜坡屋顶的建筑特点， 实现太阳能的高效收集。 在本实用新型的另一种优选实施方式中， 集 说 明 书 3/5 页 5 CN 206507004 U 5 热工质箱设置在牛舍屋顶且集热工质箱的第一入口高于太阳能集热器的出口， 集热工质箱 的第一出口高于太阳能集热器的入口。 通过热压自然循环， 实现太阳能集。

21、热装置与屋顶集 热工质箱的联合集热。 0030 在本实施方式中， 蓄热工质箱设置于土壤恒温层。 蓄存夏秋两季太阳能， 在冬季时 源源不断地补充到表层土壤， 确保牛床整个冬季节温度满足要求。 0031 在本实施方式中， 集热工质箱的第二入口与蓄热工质箱的第一出口的连接管路上 设置有工质泵。 保证工质的顺利高效输送。 0032 在本实用新型的再一种优选实施方式中， 如图3所示的多个牛床， 在每个牛床下设 置有一块短期蓄热板， 相邻短期蓄热板之间通过管路连接。 利用表层土壤白天蓄存的太阳 能为牛床提供稳定的表面温度分布， 实现奶牛所在的牛床区域温度10-20的局部供暖。 0033 在本实施方式中， 。

22、长期蓄热板至少设置在牛床区域之下， 其为一个整体结构或者 分为多块且每一块设置在一个牛床区域之下。 实现夏秋两季太阳能的长期季节蓄存。 0034 在本实施方式中， 短期蓄热板位于地面下大致0.1m， 所述长期蓄热板位于地面下 大致1.5m， 所述蓄热工质箱位于地面2m以下。 蓄热工质箱设置于恒温层内， 易于保持工质箱 内的工质温度。 设置以上高度， 在热压自然循环作用下形成无动力循环， 节约能源， 有利于 牛舍内的环境。 0035 在本实施方式中， 工质为水。 利用水作为循环工质， 低成本、 方便又环保。 0036 本实用新型的零能耗太阳能牛床供暖系统的运行步骤可以为： 0037 在早晨日出后。

23、， 开启第四阀门和工质泵， 为太阳能集热器和集热工质箱充工质， 充 工质完毕后关闭工质泵和第四阀门， 太阳能集热器中的工质吸收太阳辐射后， 温度升高， 密 度减小， 在浮升力作用下进入集热工质箱上部热工质层， 集热工质箱下部的冷工质层在重 力作用下进入太阳能集热器， 形成无动力集热循环， 实现对太阳能的收集； 0038 日落之后， 开启第三阀门， 集热工质箱中的高温工质在重力作用下流到蓄热工质 箱， 完毕后关闭第三阀门； 0039 冬季夜间， 开启第五阀门和第七阀门， 在热压作用下形成无动力蓄热循环， 将蓄热 工质箱中的热量输运至短期蓄热板， 并通过与表层土壤的换热作用， 将热量存储在牛床下 。

24、的表层土壤中； 在夏秋两季， 关闭第五阀门和第七阀门， 停止短期蓄热模式； 0040 夏秋季夜间， 开启第六阀门和第八阀门， 在热压作用下形成无动力蓄热循环， 将工 质箱中的热量输运于长期调节蓄热板， 并通过与恒温层土壤的换热作用， 将热量存储在牛 舍下的恒温层土壤中， 作为冬季补充热源； 在冬季时， 关闭第六阀门和第八阀门， 停止季节 蓄热模式。 0041 在本实用新型的一种优选实施方式中， 具体结构和工作流程为： 0042 集热系统： 在牛舍坡屋顶布置平板集热器， 在屋顶最高处布置集热水箱， 在土壤恒 温层(2m以下)设置蓄热水箱。 在早晨日出后， 开启第四阀门4和水泵， 通过水泵提升蓄热。

25、水 箱中的低温水， 为太阳能集热器和集热水箱充水， 充水完毕后关闭水泵和第四阀门。 (第一 阀门1和第二阀门2是检修用， 正常运行中保持常开)。 集热器中的水吸收太阳辐射后， 温度 升高， 密度减小， 在浮升力作用下进入集热水箱上部热水层， 水箱下部的冷水层在重力作用 下进入集热器， 形成无动力集热循环， 实现对太阳能的收集。 无日照时集热系统内的水从底 部自流回蓄热水箱。 说 明 书 4/5 页 6 CN 206507004 U 6 0043 短期蓄热系统： 在牛床地面下部区域(约0.1m深)埋设冬季短期调节蓄热板(日调 节蓄热板)， 蓄热板内部结构灵活多样， 可以采用现有的任何设计， 具体。

26、可以设置水流通道 的散热板或者中空的散热板。 冬季晴朗的白天， 通过集热模式采集太阳能。 日落之后， 开启 第三阀门3， 集热器中的高温水在重力作用下流到蓄热水箱， 完毕后关闭第三阀门3。 夜间， 开启第五阀门5和第七阀门7， 由于蓄热水箱标高低于短期调节蓄热板， 且水温比短期调节 蓄热板中的水温要高， 于是在热压作用下形成无动力蓄热循环， 将水箱中的热量输运至短 期调节蓄热板， 并通过与表层土壤的换热作用， 将热量存储在牛床下的表层土壤中， 在当日 夜间为牛床供暖。 在夏秋两季， 关闭第五阀门5和第七阀门7， 停止短期蓄热模式。 0044 季节蓄热系统： 在大地恒温层之上土壤内(约1.5m深。

27、)埋设长期调节蓄热板(全年 调节蓄热板)， 蓄热板内部结构灵活多样， 可以采用现有的任何设计， 具体可以设置水流通 道的散热板或者中空的散热板。 长期调节蓄热板埋深小于蓄热水箱。 夏秋季时， 通过集热模 式在白天采集太阳能。 日落之后， 开启第三阀门3， 集热器中的高温水在重力作用下流到蓄 热水箱， 完毕后关闭第三阀门3。 夜间， 开启第六阀门6和第八阀门8， 由于蓄热水箱低于全年 调节蓄热板， 且水温比长期调节蓄热板中的水温要高， 于是在热压作用下形成无动力蓄热 循环， 将水箱中的热量输运于全年调节蓄热板， 并通过与恒温层土壤的换热作用， 将热量存 储在牛舍下的恒温层土壤中， 作为冬季补充热。

28、源。 在冬季时， 关闭第六阀门6和第八阀门8， 停止季节蓄热模式。 0045 释热系统： 在冬季晴朗的白天， 作为短期热源， 冬季短期调节蓄热板将热量存储在 牛床下面的土壤中， 在整个冬季持续向牛床供暖， 保持牛床及其上面奶牛所处空间温度在 10-20范围。 在冬季风雪天无太阳期间， 用恒温层土壤的季节蓄热补充日调节蓄热的不 足。 通过太阳能的双重时空转移， 为牛床表面维持15左右的供暖温度提供可靠保障， 实现 冬季牛床区域稳定的供暖需求。 0046 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“一些实施例” 、“示例” 、“具体示 例” 、 或 “一些示例” 等的描述意指结合该实施例或。

29、示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特 点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。 在本说明书中， 对上述术语的示意性表 述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 0047 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型， 本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。 说 明 书 5/5 页 7 CN 206507004 U 7 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 8 CN 206507004 U 8 图3 说 明 书 附 图 2/2 页 9 CN 206507004 U 9 。