CN102809237A - 一种冷库的节能控温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷库的节能控温系统。主要包括热棒系统和吸收式制冷/热系统组成，热棒系统可以把空气中冷能用于制冷，太阳能真空管集热器用来加热蓄热水箱中的热水在冬季实现制热，夏季则提供给发生器热量以实现制冷。该发明使用的能源均为清洁能源，可以实现冷库运营的节能减排。本系统使用较少的电能，满足冷库在四季运营时的制冷/制热量，维持冷库内的库温。本发明具有节能、结构简单、维修方便等特点，特别适合冷藏温度要求维持在一定范围内的果蔬类和肉类小型冷藏保鲜库。

Description

一种冷库的节能控温系统
技术领域
本发明涉及一种冷库的节能控温系统，特别是要求冷藏温度维持在一定范围内的果蔬类和肉类的中小型冷藏保鲜库。
背景技术
由于容积量和需要降温的幅度大，一直以来冷库是制冷系统的耗能大户。目前国内外的冷库系统一般都使用消耗电能的压缩式制冷。根据“在未来20年内，必须降低制冷设备30%至50%的耗能”这一国际制冷协会的要求可知，冷库的节能将是未来的发展趋势。冷库的节能对于城市的节电有着相当大的影响。
太阳能作为一种清洁的、无污染、可持续发展的能源在当今能源问题越来越突出的背景下受到了越来越多的重视。但是由于维持冷库的低温环境需要消耗大量能量，在制冷系统中，太阳能技术在空调系统中得到了一定的应用发展，在冷库中的运用还是比较少见的，这是由于一方面在太阳光照不充分的季节，维持冷库低温环境的能力不足；另一方面是利用太阳能的制冷系统所能达到的低温温度相对较高，不能够满足储存在冷库中的货物对于低温的温度要求。
热棒也称为热管，是一种导热高效的装置，最初用来防止土质疏松。由于热棒中的制冷剂具有低沸点的特性，当秋冬季节土壤温度高于周围环境温度时，热棒埋于土地下的蒸发段中制冷剂会汽化往上升，升至冷凝段由于散热片的散热作用和外部环境气温较低的作用使制冷剂恢复液相后又沿着热棒管壁往下流，从而和蒸发段形成气液相制冷剂的对流循环，把环境中的自然冷能带入地下为冷库提供制冷量。在夏季，热棒中制冷剂全部为气体状态，由于气体对流很小的性质，热量传导很慢，不会把环境中的热能带入地下。
严军华、金哲的实用新型专利：分体型热棒埋地式无能耗冷库（200920014835.7）把热棒技术运用于制冷中，为冷库提供了冷量，但是这种冷库制冷能力有限，而且只适用于西部昼夜温差大的季节。此外，由于夏天土壤的温度比空气温度低，热棒中的低沸点制冷剂全部被气化，热棒停止工作，冷库也无法运营。而丁力行的发明专利：太阳能吸收式制冷与地源热泵耦合联供系统（200810175884.9）采用了太阳能制冷/热、压缩式制冷/热、热泵技术，在制冷能力上有所提高，但是制冷装置和管道过多造成维修困难，系统中由于耗能装置较多导致整个系统不能最大限度的做到节能，而且系统构造的相对复杂提高了建造和维修成本。
目前国内冷库多为依靠压缩式制冷提供冷量，消耗的大量电能给城市电力系统造成了巨大的负担，而且压缩式制冷系统都具有设备多、维护费用大、制造运行成本高等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供一种冷库的节能控温系统。可以做到充分利用环境中的冷能和热量并把这些能量用来保鲜农产品，用较少的电能同时能够长时间维持冷库的要求库温。
本发明采取的技术方案是：该系统由热棒系统、冷库、太阳能真空管集热器、蓄热水箱、吸收式制冷/热系统、冷却塔、冷却水泵、冷/热水箱组成。热棒系统又由冷凝段、绝热段、蒸发段和调节阀组成，冷凝段带有散热片。吸收式制冷/热机组中有发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、增压泵和溶液交换器。热棒系统的绝热段连接蒸发段和冷凝段，长度为1~1.5米，材料为膨胀珍珠岩，热棒系统中必须有固定热棒系统的支架，冷库埋入地下的深度为冷库高度的3/5，热棒系统的冷凝段伸出地面高度为3~4米，蒸发段的长度为7~10米，蒸发段周围必须有防腐涂层；热棒系统中散热片的翅片高度为25毫米，翅片间距为12毫米，翅片厚度为2毫米，热棒系统可安装在冷库周围的空地上。
具体的技术方案为：一种冷库的节能控温系统，其特征在于，该系统分为热棒系统1、冷库2、太阳能真空管集热器3、蓄热水箱4、吸收式制冷\热系统5、冷却塔6、冷却水泵7、冷/热水箱8组成；其中，热棒系统主要由冷凝段9、绝热段10、蒸发段11、和调节阀13组成， 冷凝段9带有散热片12。
吸收式制冷/热机组中有发生器14、冷凝器15、节流阀16、蒸发器17、吸收器18、增压泵19和溶液交换器20组成；蓄热水箱4自带循环水泵2台，冷/热水箱8自带循环水泵2台；蓄热水箱4中的水流速控制在2~3米/秒，冷/热水箱8中的水流速控制在2~5米/秒。
热棒系统1的冷凝段9中的散热片12的翅片高度为25毫米，翅片间距为12毫米，翅片厚度为2毫米。热棒系统1中采用液氨作为制冷剂，热棒系统1的冷凝段9伸出地面高度为3至4米，绝热段10用于连接冷凝段9和蒸发段11，材料为膨胀珍珠岩，长度为1至1.5米，蒸发段11的长度为7至10米，蒸发段，绝热段和冷凝段的长度比例为3:1:5，蒸发段11周围必须有防腐涂层，热棒系统1安装在冷库2周围的空地上。冷库埋入地下的深度为冷库高度的3/5。
热棒系统蒸发段11埋入冷库地板下方。太阳能真空管集热器3安装在冷库的库房屋顶之上。太阳能真空管集热器3分两路，一路与蓄热水箱4相连接，另一路与冷/热水箱8相连接。
冷库需要制冷时，太阳能真空管集热器收集太阳能制得的热水送往蓄热水箱4，作为吸收式制冷\热系统5的热源进行驱动以产生冷量。蓄热水箱4通过管路连接到吸收式制冷\热系统5，并且吸收式制冷\热系统5通过管路，阀门和冷却水泵7连接到冷却塔6，通过冷却塔排除冷凝热量；吸收式制冷\热系统5的制取的冷量通过管道和阀门送入冷/热水箱8。
冷热水箱8通过管路与冷库的冷风机相连，把冷量通过冷风机送入冷库的库房内部。
根据冷库的库温要求进行整个系统的运行控制，主要是控制冷却塔6，冷却水泵7和增压泵19的运转状态，吸收器18和发生器14中溶液的液位和浓度，各个阀门的开启度，各个管路中工质的流速以及热棒系统中调节阀的开启度。
吸收式制冷系统采用水—氨作为制冷吸收剂，其中氨为制冷剂，水为吸收剂。冷/热水箱8中为乙二醇水溶液。蓄热水箱4自带循环水泵2台，冷/热水箱8自带循环水泵2台。冬季时，利用太阳能真空管集热器3的热量加热蓄热水箱4进行制热，吸收式制冷/热系统停止工作。冷库2所使用的地板为中空的，材料为表面带孔的不锈钢板，以便热棒系统的蒸发段11通过冷库地面进行冷量的传递。热棒系统的运行时段可以根据不同地区的空气温度条件结合不同冷库调节。
本发明的特点是：入冬时节或者气温相对较低的春秋季节，热棒系统开启运行，为冷库制冷提供一定的冷量，由于此时环境温度与冷藏温度温差较小，可以运用热棒技术结合吸收式制冷机组为冷库提供制冷量，从而充分使用土壤、空气、太阳能提供的清洁能源达到制冷的目的。
本发明的另一个特点是热棒系统的冷凝段散热片散出的热量可以被太阳能真空管集热器吸收，为吸收式制冷系统提供热量。在气温较高的夏季，由于热棒的单向导热性，不会把环境中的热量带入冷库中，所以对冷库的库温没有影响。夏季阳光充足，此时冷库的制冷量可以由吸收式制冷机组维持，在气温较低的冬季，冷库需要制热来维持冷藏温度，此时热棒系统应当关闭以防止制冷的进行。
本发明综合利用了自然界中的风能、土壤冷/热能、太阳能等能量，能大量节约冷库运行的能耗，具有节能，结构简单，使用方便、可以有效维持库温等特点，适用于一般的中小型冷库，特别适合冷藏温度要求维持在一定范围内的果蔬类和肉类的中小型冷藏保鲜库。
附图说明
附图是本发明的一种冷库的节能控温系统。
附图1为一种冷库的节能控温系统的简图，1为热棒系统、2为冷库、3为太阳能真空管集热器、4为蓄热水箱、5为吸收式制冷机组、6为冷却塔、7为冷却水泵、8为冷/热水箱。
附图2为一种冷库的节能控温系统夏季制冷原理图，其中9为热棒系统冷凝段、10为热棒系统绝热段、11为热棒系统蒸发段、12为散热片、13为热棒系统调节阀、14为吸收式制冷机组的发生器、15为冷凝器、16为节流阀、17为蒸发器、18为吸收器、19增压泵、20为溶液热交换器。
附图3是一种冷库的节能控温系统冬季制热的原理图，其中2为冷库、3为太阳能真空管集热器、8为冷/热水箱、9为热棒系统冷凝段、10为热棒系统绝热段、11为热棒系统蒸发段、12为热棒系统散热片、13为热棒系统调节阀。
具体技术方案
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其他相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。
见附图1、附图2、附图3，一种冷库的节能控温系统，该系统由热棒系统1、冷库2、太阳能真空管集热器3、蓄热水箱4、吸收式制冷/热系统5、冷却塔6、冷却水泵7、冷/热水箱8组成。其中，热棒主要由冷凝段9、绝热段10、蒸发段11和调节阀13组成，冷凝段9带有散热片12。吸收式制冷/热机组中有发生器14、冷凝器15、节流阀16、蒸发器17、吸收器18、增压泵19和溶液交换器20。热棒系统绝热段连接蒸发段和冷凝段，冷凝段的散热片靠近太阳能真空管集热器，蒸发段嵌入冷库地板中，热棒系统中黑色部分是热棒中冷凝后的液相制冷剂，其余为气相制冷剂，热棒系统可安装在冷库的四周。冷/热水箱8中为乙二醇水溶液，蓄热水箱4自带循环水泵2台，冷/热水箱8自带循环水泵2台。 
由于一年中外界空气温度比土壤温度高的时段较多，因此把冷库的一半建设入地下。利用土壤常年低温和传热系数小的特性可以减少冷库维护结构和外界环境的换热。
本系统中，吸收式制冷系统采用水—氨作为制冷吸收剂，其中氨为制冷剂，水为吸收剂。
夏季制冷时，制冷原理如附图2所示，整个系统由吸收式制冷机组进行制冷，而此时热棒系统由于温度过高导致热棒内制冷剂全部气化无法制冷，因而热棒系统停止工作，热棒由于单向传热性能并不会把空气中的热量带入冷库。吸收式制冷系统中热水由太阳能聚光型真空管集热器供给，太阳能真空管集热器被铺设在冷库的屋顶，即吸收了夏天的太阳热辐射，同时也减少了一部分冷库围护结构的吸热，又可以使加热的水为吸收式制冷机组的发生器提供热量。冷库在夏季吸收土壤的冷能综合吸收式制冷满足制冷量，当太阳照射不足时可使用一个辅助锅炉进行加热热水以保证发生器正常工作，从而维持冷库内农产品的保鲜温度。
冬季外界环境较低，在我国西北、东北地区会达到-10℃，局部地区甚至达到-20℃，这对于冷藏蔬菜或者对冷藏温度有严格要求的农产品不利，容易造成冷库内货物的冻伤和冷害。因此为达到冷库内温度四季不变的目的需要对冷库加热升温。附图3是整个系统冬季供热的系统原理图。热水由太阳能集热器加热储存在蓄热水箱中，为冷库冬季制热提供热源。
该系统中冷库所使用的地板为中空的，材料为表面打有孔的铁板，以便热棒系统的蒸发段穿入其中并使散出的冷量能到达冷库地面。
由于热棒是一种在较小的温差下能够实现传热的装置，在入冬时节或者气温相对较低的春秋季节，土壤温度高于外界环境温度，同时外界环境温度高于冷藏库的冷藏温度时，冷库制冷时热棒系统开启运行，可以充分利用外界环境的冷量为冷库的制冷提供一定的制冷量，充分使用土壤、空气、太阳能提供的清洁能源达到制冷的目的。
下表是冷库一年不同季节所需开启的不同制冷装置，以江南地区为例，冷藏温度为0℃：
表1 冷库一年不同季节所需开启的不同制冷装置
时段 空气温度 运行的制冷装置
冬季末至春季中 0-10℃ 热棒、太阳能
春季中至夏季初 10℃-20℃ 太阳能
夏季 20℃以上 太阳能
夏季末至秋季初 10℃-20℃ 太阳能
秋季中至冬季初 0-10℃ 热棒、太阳能
冬季中 0℃以下 太阳能
热棒系统运行时段可以根据不同地区的空气温度条件结合不同冷库调节。例如东北、西北地区的肉类冷藏库需要维持的温度在-5℃左右，此是土壤温度常年在10℃左右，热棒系统运行的时段就是气温在-5℃至10℃的时段。
本系统充分利用了太阳能、土壤、空气所提供的清洁能源，系统维修方便，可以在满足冷库四季维持冷藏温度所需的制冷/采暖量的同时，尽量不使用电能。是一种即节能又环保的制冷系统，特别适合小型果蔬和肉类保鲜冷藏库使用。 

Claims (10)

1.一种冷库的节能控温系统，其特征在于，该系统分为热棒系统（1）、冷库（2）、太阳能真空管集热器（3）、蓄热水箱（4）、吸收式制冷/热系统（5）、冷却塔（6）、冷却水泵（7）、冷/热水箱（8）组成；
其中，热棒主要由冷凝段（9）、绝热段（10）、蒸发段（11）和调节阀（13）组成，冷凝段带有散热片（12）；散热片（12）的翅片高度为25毫米，翅片间距为12毫米，翅片厚度为2毫米；
吸收式制冷/热机组中有发生器（14）、冷凝器（15）、节流阀（16）、蒸发器（17）、吸收器（18）、增压泵（19）和溶液交换器（20）组成；
蓄热水箱（4）自带循环水泵2台，冷/热水箱（8）自带循环水泵2台；蓄热水箱（4）中的水流速控制在2~3米/秒，冷/热水箱（8）中的水流速控制在2~5米/秒。
2.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：热棒系统（1）中采用液氨作为制冷剂，热棒系统（1）的冷凝段（9）伸出地面高度为3至4米，绝热段（10）用于连接冷凝段（9）和蒸发段（11），材料为膨胀珍珠岩，长度为1至1.5米，蒸发段（11）的长度为7至10米，蒸发段，绝热段和冷凝段的长度比例为3:1:5，蒸发段（11）周围必须有防腐涂层，热棒系统（1）系统安装在冷库（2）周围的空地上。
3.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：冷库埋入地下的深度为冷库高度的3/5。
4.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：吸收式制冷/热系统系统采用水—氨作为制冷吸收剂，其中氨为制冷剂，水为吸收剂。
5.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：冷/热水箱（8）中为乙二醇水溶液。
6.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：太阳能真空管集热器（3）安装在冷库的库房屋顶之上；太阳能真空管集热器（3）分两路，一路与蓄热水箱（4）相连接，另一路与冷/热水箱（8）相连接；冬季时，利用太阳能真空管集热器（3）的热量加热蓄热水箱（4）进行制热，吸收式制冷/热系统停止工作。
7.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：冷库（2）所使用的地板为中空的，材料为表面带孔的不锈钢板，以便热棒的蒸发段（11）通过冷库地面进行冷量的传递。
8. 如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：热棒系统运行时段可以根据不同地区的空气温度条件结合不同冷库调节。
9. 如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：蓄热水箱4通过管路连接到吸收式制冷\热系统5，并且吸收式制冷\热系统5通过管路，阀门和冷却水泵7连接到冷却塔6，通过冷却塔排除冷凝热量；吸收式制冷\热系统5的制取的冷量通过管道和阀门送入冷/热水箱8；冷热水箱8通过管路与冷库的冷风机相连，把冷量通过冷风机送入冷库的库房内部。
10.如权利要求1所述一种冷库的节能控温系统，其特征在于：根据冷库的库温要求进行整个系统的运行控制，主要是控制冷却塔6，冷却水泵7和增压泵19的运转状态，吸收器18和发生器14中溶液的液位和浓度，各个阀门的开启度，各个管路中工质的流速以及热棒系统中调节阀的开启度。
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