CN101737950A - 季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统 - Google Patents

季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统 Download PDF

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Abstract

一种季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统，由空气加热系统、土壤储热系统、养殖水加热系统、土壤放热系统构成，其特征在于：本发明是在中国专利ZL 200810061011.5“工厂化养鳖场用太阳能-水源热泵联合供热系统”的基础上，增加土壤储放热系统，利用土壤蓄热能力强的特点，实现养鳖场温度季节性调节。同现有技术比较，本发明的优点是：能将夏天太阳能集热器收集的热量储存，在冬天太阳能不足时为养鳖场温室供热系统提供热量。

Description

季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统
技术领域
本发明涉及太阳能热利用技术、热泵技术和季节性土壤储放热技术，特别涉及一种用在工厂化养鳖场的季节性土壤储放热太阳能-热泵供热系统。
背景技术
根据鳖的生长特性，我国大部分地区养鳖温室全年加温时间长达9-10个月，这必然消耗大量的能源。为了节能减排，中国专利CN200810061011.5中提供一种用在工厂化养鳖场的太阳能-水源热泵联合供热系统，该系统以太阳能为主要热源，在太阳能照射量不足的季节利用部分废水池能量作为补充，具有不影响环境生态，良好的节能减排效果，能源成本低，自动化程度高等优点。但也存在某些不足，例如在高温的夏天，养鳖场无需加热，而太阳能集热器组产生的大量高温热水无法利用，使太阳能集热器组内的水温越升越高，并且产生大量的蒸汽，如果长期如此，既浪费了收集到的能量，又影响设备的使用年限。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能将夏天太阳能集热器收集多余热量储存起来，在冬天太阳能不足时为供热系统提供热量。本发明采用的方案是在中国专利CN200810061011.5工厂化养鳖场用太阳能-水源热泵联合供热系统中增加土壤储放热系统，利用土壤蓄热能力强的特点，实现季节性调节，将夏天太阳能集热器收集的热量储存，在冬天太阳能不足时为养鳖场温室供热系统提供热量，达到更好的节能效果。
一种季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统包括空气加热系统，季节性土壤储热运行系统，养殖水加热系统，季节性土壤放热运行系统，其特征在于：
空气加热系统包括太阳能集热器组1，储热水箱2，第一水源热泵3，空气加热器4，土壤储放热器10，电磁阀，水泵，控制系统和连接管道，其中太阳能集热器组1的输出端通过第一集热循环管J1与储热水箱2第一进水口2a相连，储热水箱2第一出水口2d通过第二集热循环管J2、第五电磁阀D5、第一水泵B1与太阳能集热器组1的输入端相连；储热水箱2第二出水口2e依次通过第三循环管K3，第四循环管K4连接养殖温室5中的空气加热器4的输入端，空气加热器4的输出端依次通过第一循环管K1、第二循环管K2连接储热水箱2的第二进水口2b，第三循环管K3上设有第二水泵B2，第三循环管K3与第四循环管K4之间设置第一电磁阀D1，第一循环管K1与第二循环管K2之间设置第二电磁阀D2；空气加热系统还包括第一水源热泵3，当储热水箱中热水温度低于40℃时，启动第一水源热泵3，关闭第一电磁阀D1和第二电磁阀D2；第三循环管K3连接第一水源热泵3的低温水入口3a，第二循环管K2连接第一水源热泵3的低温水出口3d，第一循环管K1连接第一水源热泵3的高温水入口3c，第四循环管K4连接第一水源热泵3的高温水出口3b，高温水出口3b处设置有第三水泵B3；
季节性土壤夏季储热运行系统包括太阳能集热器组1，土壤储放热器10，水泵，当夏季太阳能集热器组1中热水温度高于40℃时，关闭第七电磁阀D7，打开第六电磁阀D6，太阳能集热器组1的输出端通过第三集热循环管J3与土壤储放热器10的输入端相连，土壤储放热器10的输出端经过第四集热循环管J4、第一水泵B1与太阳能集热器组1的输入端相连；
养殖水加热系统包括第四水泵B4，余热热交换器9，第三电磁阀D3，养殖水换热器6，第四电磁阀D4，养殖水准备池7和养殖池8，其中养殖水换热器6置于储热水箱2中，养殖水经过第四水泵B4经过余热热交换器9进入养殖水第一管道h1，养殖水第一管道h1接养殖水换热器6的输入端，养殖水换热器6的输出端连接养殖水准备池7第一进水口7a，养殖水第二管道h2接养殖水准备池7第二进水口7b，养殖水准备池7的出水口连接养殖池8，养殖水第一管道h1上设置第三电磁阀D3，养殖水第二管道h2上设置第四电磁阀D4，养殖水准备池7与养殖池8连通；从养殖池8排出的废水经过余热热交换器9流入废水池12；
季节性土壤冬季放热系统包括第二水源热泵11和土壤储放热器10，当冬季储热水箱2中热水温度低于35℃时，启动第二水源热泵11，储热水箱2的第三出水口2f连接第二水源热泵11的高温水入口11a，储热水箱2的第三进水口2c连接第二水源热泵11的高温水出口11b，第二水源热泵11的低温水出口11c和低温水入口11d分别连接土壤储放热器10的两端；第二水源热泵11与储热水箱2的连接管道上设置第五水泵B5，第二水源热泵11与土壤储放热器10的连接管道上设置第六水泵B6。季节性土壤储放热运行系统中的土壤储放热器10采用水平设置的土壤热交换器，或者垂直设置的土壤热交换器。
整个系统的运行由常用的控制器控制，自动运行。
本发明的优点是：提供一种能将夏天太阳能集热器收集的热量储存，在冬天太阳能不足时为养鳖场温室供热系统提供能量。
附图说明
图1为季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统结构示意图
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，甲鱼养殖温室5结构为：长38.5米，宽11.4米，围墙高0.6米，中心高2米，室内还建有20个甲鱼养殖池15，每个甲鱼养殖池长3.7米，宽5米，高0.6米，水位高0.45米。甲鱼养殖池连接养殖水加热系统，甲鱼养殖温室内设置空气加热器连接空气加热系统，甲鱼养殖温室地下设置水平土壤热交换器。
空气供热系统包括太阳能集热器组1，储热水箱2，第一水源热泵3，空气加热器4，电磁阀，水泵，控制系统和连接管道，太阳能集热器组1安装面积为100平方米，储热水箱2容积为7000升；太阳能集热器组1的输出端通过第一集热循环管J1与储热水箱2第一进水口2a相连，储热水箱2第一出水口2d通过第二集热循环管J2、第五电磁阀D5、第一水泵B1与太阳能集热器组1的输入端相连；储热水箱2第二出水口2e依次通过第三循环管K3，第四循环管K4连接空气加热器4的输入端，空气加热器4的输出端依次通过第一循环管K1、第二循环管K2连接储热水箱2的第二进水口2b，第三循环管K3上设有第二水泵B2，第三循环管K3与第四循环管K4之间设置第一电磁阀D1，第一循环管K1与第二循环管K2之间设置第二电磁阀D2；
当储热水箱上部的热水温度可满足甲鱼养殖温室5内空气的加热要求时，即储热水箱上部的热水温度高于40℃时，储热水箱内的热水由储热水箱第二出水口2e依次通过第三循环管K3，第一电磁阀D1，第四循环管K4进入空气加热器4，空气加热器4通过热对流和热辐射提高温室内的空气温度。空气加热器4内的水再依次通过第一循环管K1、第二电磁阀D2、第二循环管K2流回到储热水箱2。
空气加热系统还包括第一水源热泵3，第一水源热泵3的功率为1千瓦；当储热水箱中热水温度不能满足甲鱼养殖温室的加热要求时，即储热水箱上部的热水温度低于40℃时，启动第一水源热泵3，由第一水源热泵3为温室内的空气加热器提供热量，此时第一电磁阀和第二电磁阀关闭，储热水箱2中的水由第二水泵B2提供动力，通过第三循环管K3进入第一水源热泵3的低温水入口3a，再从第一水源热泵3的低温水出口3d出来，经过第二循环管K2输送回储热水箱2，这样构成一个循环，此循环为第一水源热泵3提供低温热源。
空气加热器4中的水通过第一循环管K1，经第一水源热泵3的高温水入口3c进入第一水源热泵3内进行升温，第三水泵B3将第一水源热泵3中的热水从第一水源热泵3高温水出口3b抽出，经第四循环管K4送入空气加热器4为甲鱼养殖温室加温。
养殖水加热系统包括第四水泵B4、余热热交换器9、第三电磁阀D3、养殖水换热器6、第四电磁阀D4、养殖水准备池7和养殖池8。养殖水准备池7的容积为10立方米，养殖水换热器6为带翅片排管式换热器；养殖水换热器6置于储热水箱2中，养殖水第一管道h1连接养殖水换热器6的输入端，养殖水换热器6的输出端接连养殖水准备池7第一进水口7a，养殖水第二管道h2接养殖水准备池7第一进水口7b，养殖水准备池7的出水口连接养殖池8，养殖水第一管道h1上设置第三电磁阀D3，养殖水第二管道h2上设置第四电磁阀D4。
养殖水加热系统还包括第二水源热泵11，土壤储放热器10，余热热交换器9，第二水源热泵11的功率为4千瓦。在储热水箱中热水温度低于35℃时，则启动第二水源热泵11和季节性土壤冬季放热系统，利用土壤储存的热量作为第二水源热泵11的低温热源，提高热泵制热系数；储热水箱的第三出水口2f连接第二水源热泵11的高温水入口11a，储热水箱的第三进水口2c连接第二水源热泵的高温水出口11b，第二水源热泵的低温水出口11d和低温水入口11c分别连接土壤储放热器10的两端；第二水源热泵与储热水箱的连接管道上设置第五水泵B5，第二水源热泵与土壤储放热器的连接管道上设置第六水泵B6。
废水池前设置一个余热热交换器9，养殖水供水管道先连接余热热交换器9后，再由养殖水第一管道h1和养殖水第二管道h2分别连接养殖水准备池7。
排放养殖废水的同时启动第四水泵B4制备养殖水，养殖水先通过余热热交换器9，吸收余热，再通过养殖水第一管道h1进入安装在储热水箱中下部的养殖水换热器6进行增温，然后进入养殖水准备池7。如果排入养殖水准备池7的养殖热水温度过高，即养殖水准备池7的养殖热水温度高于33C，则开启设置在养殖水第二管道h2上的第四电磁阀D4，通入部分冷养殖水，保证养殖水准备池7的养殖热水温度在31℃-33℃范围内。如果通过养殖水换热器6的养殖热水温度过低，即低于31℃，则启动第二水源热泵11向储热水箱供热。
在炎热的夏天，当太阳能集热器组1中热水温度高于40℃的情况下，季节性土壤储热运行系统开启；关闭第七电磁阀D7，打开第六电磁阀D6，太阳能集热器组1的输出端通过第三集热循环管J3与土壤储放热器10的输入端相连，土壤储放热器10的输出端经过第四集热循环管J4、第一水泵B1与太阳能集热器组1的输入端相连；使太阳能集热器组1收集的热量储存到土壤中。

Claims (2)

1.一种季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统，包括空气加热系统，土壤储热系统，养殖水加热系统，土壤放热系统，其特征在于：
空气加热系统包括太阳能集热器组(1)，储热水箱(2)，第一水源热泵(3)，空气加热器(4)，其中太阳能集热器组(1)的输出端通过第一集热循环管(J1)与储热水箱(2)第一进水口(2a)相连，储热水箱(2)第一出水口(2d)通过第二集热循环管(J2)、第五电磁阀(D5)、第一水泵(B1)与太阳能集热器组(1)的输入端相连；储热水箱(2)第二出水口(2e)依次通过第三循环管(K3)，第四循环管(K4)连接养殖温室(5)中的空气加热器(4)的输入端，空气加热器(4)的输出端依次通过第一循环管(K1)、第二循环管(K2)连接储热水箱(2)的第二进水口(2b)，第三循环管(K3)上设有第二水泵(B2)，第三循环管(K3)与第四循环管(K4)之间设置第一电磁阀(D1)，第一循环管(K1)与第二循环管(K2)之间设置第二电磁阀(D2)；当储热水箱中热水温度低于40℃时，启动第一水源热泵(3)，关闭第一电磁阀(D1)和第二电磁阀(D2)；第三循环管(K3)连接第一水源热泵(3)的低温水入口(3a)，第二循环管(K2)连接第一水源热泵(3)的低温水出口(3d)，第一循环管(K1)连接第一水源热泵(3)的高温水入口(3c)，第四循环管(K4)连接第一水源热泵(3)的高温水出口(3b)，高温水出口(3b)处设置有第三水泵(B3)；
土壤储热系统包括太阳能集热器组(1)，土壤储放热器(10)，当夏季太阳能集热器组中热水温度高于40℃时，关闭第七电磁阀(D7)，打开第六电磁阀(D6)，太阳能集热器组(1)的输出端通过第三集热循环管(J3)与土壤储放热器(10)的输入端相连，土壤储放热器(10)的输出端经过第四集热循环管(J4)、第一水泵(B1)与太阳能集热器组(1)的输入端相连；
养殖水加热系统包括第四水泵(B4)，余热热交换器(9)，第三电磁阀(D3)，养殖水换热器(6)，第四电磁阀(D4)，养殖水准备池(7)和养殖池(8)，其中养殖水换热器(6)置于储热水箱(2)中，养殖水经过第四水泵(B4)经过余热热交换器(9)进入养殖水第一管道(h1)，养殖水第一管道(h1)接养殖水换热器(6)的输入端，养殖水换热器(6)的输出端连接养殖水准备池(7)第一进水口(7a)，养殖水第二管道(h2)接养殖水准备池(7)第二进水口(7b)，养殖水准备池(7)的出水口连接养殖池(8)，养殖水第一管道(h1)上设置第三电磁阀(D3)，养殖水第二管道(h2)上设置第四电磁阀(D4)，养殖水准备池(7)与养殖池(8)连通；从养殖池(8)排出的废水经过余热热交换器(9)流入废水池(12)；
土壤放热系统包括第二水源热泵(11)和土壤储放热器(10)，当冬季储热水箱中热水温度低于35℃时，启动第二水源热泵(11)，储热水箱(2)的第三出水口(2f)连接第二水源热泵(11)的高温水入口(11a)，储热水箱(2)的第三进水口(2c)连接第二水源热泵(11)的高温水出口(11b)，第二水源热泵(11)的低温水出口(11c)和低温水入口(11d)分别连接土壤储放热器(10)的两端；第二水源热泵(11)与储热水箱(2)的连接管道上设置第五水泵(B5)，第二水源热泵(11)与土壤储放热器(10)的连接管道上设置第六水泵(B6)。
2.根据权利要求1所述的季节性土壤储放热的工厂化养鳖场太阳能-热泵供热系统，其特征在于：土壤储放热器(10)采用水平设置的热交换器，或者垂直设置的热交换器。
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