CN103190313A - 用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置 - Google Patents

Abstract

用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置，它涉及一种空气能土壤蓄热供暖供冷装置。该装置解决目前寒冷地区冬季大棚供暖能源浪费、夏季不能供冷降温、维持费用高且不利于植物生长的问题。垂直U型地埋管换热器的通过低温侧供水管的连通分别与第一旁通管和第一循环泵连通，第一旁通管与第二循环泵连通；第一循环泵与热泵机组连通，热泵机组与低温侧回水管连通；热泵机组与第二循环泵连通，第二循环泵与风机盘管连通；风机盘管分别与第二旁通管和第一阀门连通，第二旁通管与低温侧回水管的进口端连通，第一阀门与热泵机组连通；低温侧回水管与垂直U型地埋管换热器连通。本发明用于寒冷地区果蔬大棚或温室中。

Description

用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置

技术领域

本发明涉及一种空气能土壤蓄热供暖供冷装置。

背景技术

寒冷地区冬季室外气温低，种植果蔬、花卉的大棚或温室(以下简称“大棚”)里的温度也普遍较低。一般到11月下旬，如果棚内不供暖植物就已不能正常生长。为了使植物能够正常生长，就必须进行供暖，直至翌年的2月下旬或3月上旬。夏季5月以后，如果不供冷，因太阳辐射强度大，棚内温度过高，就要揭开大棚自然通风，植物只能在自然环境下生长。

目前寒冷地区冬季大棚供暖的方法主要有以下几种。一是采用小煤炉或热风炉供暖，其效果是热效率低，污染严重，不仅污染大气，也污染棚内，而且棚内的温度不均匀，影响植物的生长，由于燃料浪费严重，所以运行成本也较高；二是大棚集中供暖(单独设立锅炉房)，棚内设置散热设备，即使保温比较好的大棚，其耗热量至少是相同面积节能建筑的2-3倍，供暖费用也很高。且上述两种方法夏季都无法供冷，要降低棚内的温度，也只能揭开大棚通风，植物靠自然气温生长，无法生产夏季要求比较低温的珍贵植物。三是采用土壤源热泵系统供暖，该方法是一种比较新式的供暖方法，它是用热泵从地下土壤中取热进行供暖的，但是长期从地下取热而不补热地下就会失去热平衡，地下土壤的温度就会逐年降低，取热的效率就会逐年下降，运行费用就会越来越高，甚至无法应用。如果利用热泵系统夏季供冷，冬季供暖，耗电量也比较大，运行费用也较高。四是采用地下水源热泵系统供暖，该方法是通过取水井用潜水泵把地下水打到地面以上，用热泵取地下水的热量进行供暖，再通过回灌井把水排回到地下，这种方法不可避免的污染地下水和地下的土壤，且长期运行不能把用过的地下水全部排回到地下，因此这种方法有些地区已经限制使用。另外，现在还有一些其它的技术，如棚内采用相变蓄热材料进行相变蓄热或显热蓄热，目的是均衡棚内的温度，即降低高温、提升最低温度，但是这些方法都不能从根本上解决严寒、寒冷地区棚内冬季温度过低夏季温度高的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置，为解决目前寒冷地区冬季大棚供暖能源浪费、夏季不能供冷降温、维持费用高且不利于植物生长的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述装置包括风机盘管、第二循环泵、热泵机组、高温侧供水管、高温侧回水管、第一旁通管、第二旁通管、第一阀门、第二电磁阀、第三电磁阀、低温侧供水管、低温侧回水管、第二阀门、第一循环泵和垂直U型地埋管换热器，垂直U型地埋管换热器的出口端与低温侧供水管的进口端连通，低温侧供水管的出口端分别与第一旁通管的一端和第一循环泵的进口端连通，第一旁通管的另一端与第二循环泵的进口端连通；

第一循环泵的出口端与热泵机组蒸发器的进口端连通，热泵机组蒸发器的出口端通过第二阀门与低温侧回水管的进口端连通；

热泵机组的冷凝器的出口端与第二循环泵的进口端连通，第二循环泵的出口端通过高温侧供水管与风机盘管的进口端连通；

风机盘管的出口端与高温侧回水管的进口端连通，高温侧回水管的出口端分别与第二旁通管的一端和第一阀门的进口端连通，第二旁通管的另一端与低温侧回水管的进口端连通，第一阀门的出口端与热泵机组的冷凝器的进口端连通；低温侧回水管的出口端与垂直U型地埋管换热器的进口端连通；

第一旁通管上设有第三电磁阀，第二旁通管上设有第二电磁阀。

本发明具有以下有益效果：本发明是在果蔬大棚或温室内建立一个把空气能进行储取的供暖供冷装置，该装置是由风机盘管和水平地埋供暖管等组成，它可把大棚或温室全年多余的热量通过风机盘管和垂直U型地埋管换热器等蓄储在地下土壤之中，冬季需要时用土壤源热泵机组取出来供暖，当供暖结束时，地下土壤的温度很低。夏季把大棚多余的热量储存在地下土壤中的同时，也就把地下土壤中的冷量取出来供冷降温，还可利用通风扇实现换气降温、蓄储冷量，以控制棚内适宜于植物生长的温度。这样既可实现季节性长期蓄热和蓄冷，也可进行一日内的短期蓄热、蓄冷，更加廉价地利用自然能。把棚内全年多余的热量用于冬季供暖，冬季地下的冷量用于夏季供冷，这样，可实现能量的合理循环利用。充分利用自然能，营造一个适宜植物生长的棚内环境，提高大棚或温室的利用率30％-40％，使它一年四季都能用。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述装置包括风机盘管1、第二循环泵3、热泵机组4、高温侧供水管5、高温侧回水管6、第一旁通管7-1、第二旁通管7-2、第一阀门9、第二电磁阀10、第三电磁阀11、低温侧供水管12、低温侧回水管13、第二阀门14、第一循环泵15和垂直U型地埋管换热器16，垂直U型地埋管换热器16的出口端与低温侧供水管12的进口端连通，低温侧供水管12的出口端分别与第一旁通管7-1的一端和第一循环泵15的进口端连通，第一旁通管7-1的另一端与第二循环泵3的进口端连通；

第一循环泵15的出口端与热泵机组4蒸发器的进口端连通，热泵机组4蒸发器的出口端通过第二阀门14与低温侧回水管13的进口端连通；

热泵机组4的冷凝器的出口端与第二循环泵3的进口端连通，第二循环泵3的出口端通过高温侧供水管5与风机盘管1的进口端连通；

风机盘管1的出口端与高温侧回水管6的进口端连通，高温侧回水管6的出口端分别与第二旁通管7-2的一端和第一阀门9的进口端连通，第二旁通管7-2的另一端与低温侧回水管13的进口端连通，第一阀门9的出口端与热泵机组4的冷凝器的进口端连通；低温侧回水管13的出口端与垂直U型地埋管换热器16的进口端连通；

第一旁通管7-1上设有第三电磁阀11，第二旁通管7-2上设有第二电磁阀10。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置还包括水平地埋供暖管2和第一电磁阀8，水平地埋供暖管2的进口端与高温侧供水管5连通，水平地埋供暖管2的出口端与高温侧回水管6连通，水平地埋供暖管2的进口部分设有第一电磁阀8，当大棚或温室内地面植物根部土壤参照点温度低于其限定温度时，第一电磁阀8打开，热介质通过水平地埋供暖管2加热地表层土壤，当该土壤层的温度达到设定的温度值时，电磁阀8关闭。热泵机组4既可分别通过风机盘管1和通过水平地埋供暖管2加热，二者又可同时加热。其它实施方式与具体实施方式一相同。

工作原理：在图1中所示的系统实施的方法是，夏季或其它季节时，当大棚或温室内的温度达到或超过上限时，第二循环泵3和风机盘管1启动，第二电磁阀10和第三电磁阀11开启，第一阀门9和第二阀门14关闭，介质通过垂直U型地埋管换热器16、低温侧供水管12、第一旁通管7-1和高温侧供水管5进入风机盘管1。由于地下土壤的温度低于棚内的温度，因此从垂直U型地埋管换热器16流出的介质温度较低，在循环泵3的驱动下，介质流入风机盘管1，通过它的换热器与室内的空气换热，空气把热量传给介质，空气降温，介质温度升高并通过高温侧回水管6、第二旁通管7-2和低温侧回水管13流回到垂直U型地埋管换热器16与低温土壤换热。介质温度降低，通过垂直U型地埋管换热器16的出口端、低温侧供水管12、第一旁通管7-1、第二循环泵3及高温侧供水管5再次进入风机盘管1，通过换热降低空气温度。周而复始，不断地把棚内多余的热量蓄储到地下土壤之中，同时达到降低棚内温度的目的，地下土壤温度缓慢上升。

寒冷季节，当大棚内温度达到或低于设定的棚内供暖下限温度时，热泵机组4、第二循环泵3、风机盘管1和第一循环泵15启动，第二电磁阀10和第三电磁阀11关闭，第一阀门9和第二阀门14打开。在热泵机组4的低温侧，在第一循环泵15的驱动下，介质通过垂直U型地埋管换热器16、低温侧供水管12、热泵机组4、第二阀门14、低温侧回水管13进行流动。介质流经热泵机组4的蒸发器时被吸热降温，降温的介质通过低温侧回水管13进入垂直U型地埋管换热器16，由于降温介质的温度低于土壤温度，因此介质被土壤加热、升温，升温的介质再进入到热泵机组4的蒸发器与制冷剂换热，把热量传给制冷剂的同时降温，再返回到垂直U型地埋管换热器16与土壤换热，土壤温度缓慢下降。周而复始，地下土壤作为低温热源，不断地给热泵机组4提供热量。与此同时，在热泵机组4的另一侧即高温侧，在循环泵3的驱动下，由热泵机组4的蒸发器转移过来的热量通过冷凝器加热高温侧介质，被加热的介质通过高温侧供水管5流入到风机盘管1内，与来自棚内的空气换热，空气被加热并被送到棚内与其它空气混合，棚内温度上升。介质因与空气换热而自身温度降低，通过高温侧回水管6、第一阀门9，再流回到热泵机组4的冷凝器被加热升温。周而复始，第二循环泵3不断地把热泵机组4从地下土壤中提取的热量输送给风机盘管1，使大棚内的温度不断上升。

当大棚内的温度和地表土壤层温度均达到各自的设定温度时，热泵机组4、第二循环泵3、第一循环泵15和风机盘管1停止运行。由此可见供暖的热量都是取自通过垂直U型地埋管换热器16蓄储在土壤中的热量和少量热泵耗电转化而来的热量。

夏季，夜间或凌晨室外空气温度低于棚内2℃及以上时，启动大棚内的通风扇17通风降温并蓄储冷量，棚内外的温度差小于或等于0.5℃时，通风扇17停止运行，这样可以节约更多的电能。

Claims (2)

1.一种用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置，其特征在于所述装置包括风机盘管(1)、第二循环泵(3)、热泵机组(4)、高温侧供水管(5)、高温侧回水管(6)、第一旁通管(7-1)、第二旁通管(7-2)、第一阀门(9)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)、低温侧供水管(12)、低温侧回水管(13)、第二阀门(14)、第一循环泵(15)和垂直U型地埋管换热器(16)，垂直U型地埋管换热器(16)的出口端与低温侧供水管(12)的进口端连通，低温侧供水管(12)的出口端分别与第一旁通管(7-1)的一端和第一循环泵(15)的进口端连通，第一旁通管(7-1)的另一端与第二循环泵(3)的进口端连通；

第一循环泵(15)的出口端与热泵机组(4)蒸发器的进口端连通，热泵机组(4)蒸发器的出口端通过第二阀门(14)与低温侧回水管(13)的进口端连通；

热泵机组(4)的冷凝器的出口端与第二循环泵(3)的进口端连通，第二循环泵(3)的出口端通过高温侧供水管(5)与风机盘管(1)的进口端连通；

风机盘管(1)的出口端与高温侧回水管(6)的进口端连通，高温侧回水管(6)的出口端分别与第二旁通管(7-2)的一端和第一阀门(9)的进口端连通，第二旁通管(7-2)的另一端与低温侧回水管(13)的进口端连通，第一阀门(9)的出口端与热泵机组(4)的冷凝器的进口端连通；低温侧回水管(13)的出口端与垂直U型地埋管换热器(16)的进口端连通；

第一旁通管(7-1)上设有第三电磁阀(11)，第二旁通管(7-2)上设有第二电磁阀(10)。

2.根据权利要求1所述用于寒冷地区果蔬大棚或温室的空气能土壤蓄热供暖供冷装置，其特征在于所述装置还包括水平地埋供暖管(2)和第一电磁阀(8)，水平地埋供暖管(2)的进口端与高温侧供水管(5)连通，水平地埋供暖管(2)的出口端与高温侧回水管(6)连通，水平地埋供暖管(2)的进口部分设有第一电磁阀(8)。

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