CN104792067B - 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法 - Google Patents

土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104792067B
CN104792067B CN201510175434.XA CN201510175434A CN104792067B CN 104792067 B CN104792067 B CN 104792067B CN 201510175434 A CN201510175434 A CN 201510175434A CN 104792067 B CN104792067 B CN 104792067B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
heat pump
pump
heat
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510175434.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104792067A (zh
Inventor
蒋绿林
姜钦青
王昌领
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Hai Ka Solar Heat Pump Co Ltd
Original Assignee
Changzhou Hai Ka Solar Heat Pump Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Hai Ka Solar Heat Pump Co Ltd filed Critical Changzhou Hai Ka Solar Heat Pump Co Ltd
Priority to CN201510175434.XA priority Critical patent/CN104792067B/zh
Publication of CN104792067A publication Critical patent/CN104792067A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104792067B publication Critical patent/CN104792067B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/26—Electric devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14—Measures for saving energy, e.g. in green houses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Greenhouses (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)

Abstract

本发明公开一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法,包括:太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元、室内空气调节单元和控制单元,太阳能热泵单元与土壤储/取能单元连接,土壤储/取能单元与土壤源热泵单元连接,土壤源热泵单元与室内空气调节单元连接,控制单元分别与太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元和室内空气调节单元连接,整个系统通过控制单元实现了储能模式、供热模式和降温模式的运行。通过上述方式,本发明将太阳能集热、土壤储能、大棚供热和制冷功能合为一体,实现温室大棚内空气和土壤温度的双重控制。

Description

土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能热泵供热技术领域,特别是涉及一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法。
背景技术
北方寒冷地区温室大棚的大量建造,不仅解决了当地居民新鲜果蔬的供应,还解决了农村经济的多元化发展(如温室养殖、苗木培育等),是关系到国计民生的大事。
《中国农业百科全书:蔬菜卷》中对不同蔬菜适宜生产温度的说明:一般的蔬菜作物在5℃~10℃的情况下,缓慢生长;在10℃~20℃的情况下,正常生长;在20℃~35℃的情况下,加速生长;在温度超过35℃和低于5℃时,蔬菜作物的生长将受到损害;适宜生长的温度在20℃~30℃之间,一般蔬菜的主根群深度不超过30厘米。
所以,北方寒冷地区温室大棚在夜间和阴雨雪天气必须供热以保证大棚内空气不低于一定温度,确保植物的正常生长。目前,温室大棚供热热源主要采用燃煤锅炉,大量使用煤炭已造成了严重的环境污染和能源紧缺,以上问题已成为威胁人类生存的头等大事,对清洁能源的开发利用就显得尤为重要。
太阳能作为一种免费的清洁能源,取值不仅且随处可取,但太阳能由于能量密度低、连续性差,在若辐照情况下(阴雨天、夜间等)无法正常工人,限制了太阳能在供热系统的应用。
将热泵技术和太阳能热利用技术结合,以太阳能作为热泵系统的低温热源,既能提高热泵系统运行效率,又能提高太阳能的利用率。
同样,太阳能热泵在夜间和阴雨天气无法正常工作,而在太阳辐照很高的时候又会产生富余能量的浪费。
另外,温室大棚在正午前后大棚内空气温度会出现过高的现象(40℃以上),温度过高会损害植物的生长,此时大棚内空气需要降温,一般的做法是将大棚顶棚打开,然后把热空气排掉,这样造成能量的浪费,无法将富余热量收集、储存、再利用。
因此,有必要提出一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,将太阳能热利用技术、热泵技术和土壤储能技术相结合,高效利用太阳能,实现热量的收集、储存和利用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法,将太阳能集热、土壤储能、大棚供热和制冷功能合为一体,不仅有利于提高大棚夜间温度,还提高了植物根系温度,有利于植物生长,同时保证温室大棚内空气温度适宜植物生长,系统还能实现将温室大棚内多余热量抽取并储存至地下土壤,实现了温室大棚内空气和土壤温度的双重控制。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,包括:太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元、室内空气调节单元和控制单元,所述太阳能热泵单元与土壤储/取能单元连接,所述土壤储/取能单元与土壤源热泵单元连接,所述土壤源热泵单元与室内空气调节单元连接,所述控制单元分别与太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元和室内空气调节单元连接。
在本发明一个较佳实施例中,所述太阳能热泵单元包括太阳能集热蒸发器阵列、第一压缩机、储液罐、干燥过滤器和第一换热器,
所述太阳能集热蒸发器阵列包括多个并联设置的太阳能集热蒸发器模块,所述太阳能集热蒸发器模块包括太阳能集热蒸发器和第一电子膨胀阀,所述第一电子膨胀阀连接在太阳能集热蒸发器的入口端,
所述太阳能集热蒸发器阵列的工质出口端与第一压缩机的吸气端连接,第一压缩机的排气端与第一换热器的工质侧入口端连接,第一换热器的工质侧出口端与储液罐的入口端连接,储液罐的出口端与干燥过滤器一端连接,干燥过滤器另一端与太阳能集热蒸发器阵列的工质入口端连接。
在本发明一个较佳实施例中,所述土壤储/取能单元包括第一换热器、第二换热器、储能循环水泵、分水器、集水器和横埋管换热器,
所述第一换热器的水侧出口端与第二换热器的水侧入口端连接,第二换热器的水侧出口端与分水器入口端连接,分水器出口端与横埋管换热器入口端连接,横埋管换热器出口端与集水器入口端连接,集水器出口端与储能循环水泵入口端连接,储能循环水泵出口端与第一换热器水侧入口端连接。
在本发明一个较佳实施例中,所述横埋管换热器埋设在大棚地平以下40~60cm。
在本发明一个较佳实施例中,所述土壤源热泵单元包括第二压缩机、四通换向阀、第三换热器、第二电子膨胀阀和第二换热器,
所述第二压缩机的排气端与四通换向阀的a接口端连接,第二压缩机的吸气端与四通换向阀的c接口端连接,四通换向阀的b接口端与第三换热器工质侧的一端连接,第三换热器工质侧的另一端与第二电子膨胀阀连接,第二电子膨胀阀另一端与第二换热器工质侧的一端连接,第二换热器工质侧的另一端与四通换向阀的d接口端连接。
在本发明一个较佳实施例中,所述室内空气调节单元包括第三换热器、空气调节循环水泵和风机盘管,
所述第三换热器的水侧出口端与空气调节循环水泵的入口端连接,空气调节循环水泵的出口端与风机盘管进水端连接,风机盘管出水端与第三换热器的水侧入口端连接。
在本发明一个较佳实施例中,所述风机盘管还可为散热片。
在本发明一个较佳实施例中,所述控制单元包括控制器、第一感温探头、第二感温探头和第三感温探头,
所述第一感温探头放置在太阳能集热蒸发器内,第二感温探头放置在室外,第三感温探头放置在温室大棚内,控制器通过导线分别与第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵连接。
为解决上述技术问题,本发明采用的另一个技术方案是:一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统的控制方法,包括如下三种运行模式:储能模式、供热模式和降温模式:
设太阳能集热蒸发器的板芯温度为Tb、室外环境温度为To、大棚内空气温度为Ti,控制器根据各温度探头的温度信号,控制第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵的启停;
一、储能模式:Tb-To>ΔT1(其中ΔT1为太阳能热泵设定的启动温差)时,开启储能循环水泵,延迟一段时间后,再开启第一压缩机,太阳能作为太阳能热泵的低温热源,冷凝产生的热量经土壤储/取能单元储存至地下土壤或作为土壤源热泵单元的低温热源;当Tb-To<ΔT2(其中ΔT2为太阳能热泵设定的停机温差)时,关闭第一压缩机,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵;
二、供热模式:当Ti<T1(其中T1为供热模式时大棚内空气温度设定的下限值)时,储能循环水泵开启,同时空气调节循环水泵开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机,此时土壤作为土壤源热泵的低温热源,通过热泵提取储存于土壤中的能量,提升热品质后用于大棚供热;当Ti>T2(其中T2为供热模式时大棚内空气温度设定的上限值)时,关闭第二压缩机,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵和空气调节循环水泵;
三、降温模式:当Ti>T3(其中T3为大棚内植物正常生长时允许空气温度的最高极限值)时,四通换向阀通电改变方向,储能循环水泵开启,同时空气调节循环水泵开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机;此时土壤源热泵切换为制冷模式,土壤源热泵抽取大棚内空气中的热量通过土壤储/取能单元储存至地下土壤中,大棚内空气温度降低;当Ti< T3-ΔT3(其中ΔT3为降温模式的设定温差)时,关闭第二压缩机,延迟一段时间后,再关闭四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵。
本发明的有益效果是:本发明土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法将太阳能集热、土壤储能、大棚供热和制冷功能合为一体,白天将太阳能储存至温室大棚的土壤中,提高了土壤温度,一方面有利于提高大棚夜间温度,另一方面提高了植物根系温度,有利于植物生长;在夜间和阴雨雪天气,系统可以提取储存于地下土壤的热量经过热泵提升后对温室大棚内空气进行加热,保证温室大棚内空气温度在植物适宜生长的范围内;在晴天正午前后,温室大棚内空气温度过高时,系统能将温室大棚内多余热量抽取并储存至地下土壤,保证温室大棚内空气温度在植物适宜生长的范围内;实现了温室大棚内空气和土壤温度的双重控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图,其中:
图1是本发明的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法一较佳实施例的结构示意图;
附图中各部件的标记如下:11、太阳能集热蒸发器阵列,111、太阳能集热蒸发器模块,1111、太阳能集热蒸发器,1112、第一电子膨胀阀,12、第一压缩机,13、第一换热器,14、储液罐,15、干燥过滤器,21、分水器,22、集水器,23、横埋管换热器,24、储能循环泵,31、第二换热器,32、第二压缩机,33、四通换向阀,34、第三换热器,35、第二电子膨胀阀,41、空气调节循环水泵,42、风机盘管,51、控制器,52、第一感温探头,53、第二感温探头,54、第三感温探头。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例包括:
一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,包括:太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元、室内空气调节单元和控制单元,所述太阳能热泵单元与土壤储/取能单元连接,所述土壤储/取能单元与土壤源热泵单元连接,所述土壤源热泵单元与室内空气调节单元连接,所述控制单元分别与太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元和室内空气调节单元连接。
所述太阳能热泵单元,包括:太阳能集热蒸发器阵列11、第一压缩机12、第一换热器13、储液罐14和干燥过滤器15。
其中,太阳能集热蒸发器阵列11包括多个并联的太阳能集热蒸发器模块111,太阳能集热蒸发器模块111包括太阳能集热蒸发器1111和第一电子膨胀阀1112。
所述第一电子膨胀阀1112连接在太阳能集热蒸发器1111的入口端,太阳能集热蒸发器阵列11的工质出口端与第一压缩机12的吸气端连接,压缩机12的排气端与第一换热器13工质侧入口端连接,第一换热器13的工质侧出口端与储液罐14的入口端连接,储液罐14的出口端与干燥过滤器15一端连接,干燥过滤器15另一端与太阳能集热蒸发器阵列11的工质入口端连接。
所述土壤储/取能单元,包括:第一换热器13、第二换热器31、分水器21、集水器22、横埋管换热器23和储能循环水泵24。
所述第一换热器13的水侧出口端与第二换热器31的水侧入口端连接,第二换热器31的水侧出口端与分水器21入口端连接,分水器21出口端与横埋管换热器23入口端连接,横埋管换热器23出口端与集水器22入口端连接,集水器22出口端与储能循环水泵24入口端连接,储能循环水泵24出口端与第一换热器13的水侧入出口端连接。
进一步地,所述横埋管换热器23埋设在大棚地平以下40~60cm。
所述土壤源热泵单元包括:第二换热器31、第二压缩机32、四通换向阀33、第三换热器34和第二电子膨胀阀35。
所述第二压缩机32的排气端与四通换向阀33的a接口端连接,第二压缩机32的吸气端与四通换向阀33的c接口端连接,四通换向阀33的b接口端与第三换热器34的工质侧一端连接,第三换热器34的工质侧另一端与第二电子膨胀阀35一端连接,第二电子膨胀阀35另一端与第二换热器31的工质侧一端连接,第二换热器31的工质侧另一端与四通换向阀33的d接口端连接。
进一步地,所述工质为R22、R134a等。
所述室内空气调节单元包括:空气调节循环水泵41、风机盘管42和第三换热器34。
所述第三换热器34水侧出口端与空气调节循环水泵41入口端连接,空气调节循环水泵41出口端与风机盘管42进水端连接,风机盘管42出水端与第三换热器34的水侧入口端连接。
进一步地,所述风机盘管42也可以用散热片代替。
所述控制单元包括:控制器51、第一感温探头52、第二感温探头53、第三感温探头54。
所述第一感温探头52放置在太阳能集热蒸发器1111内,第二感温探头53放置在室外,第三感温探头54放置在温室大棚内,控制器51通过导线分别与第一压缩机12、第二压缩机32、四通换向阀33、储能循环水泵24和空气调节循环水泵41连接。
本发明中,土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统的控制方法为:
土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统分为三种运行模式:储能模式、供热模式、降温模式。
设太阳能集热蒸发器的板芯温度为Tb、室外环境温度为To、大棚内空气温度为Ti,其中控制器51根据各温度探头的温度信号,控制第一压缩机12、第二压缩机32、四通换向阀33、储能循环水泵24和空气调节循环水泵41的启停。
一、储能模式:当Tb-To>ΔT1(其中ΔT1为太阳能热泵设定启动温差)时,开启储能循环水泵24,延迟一段时间后,再开启第一压缩机12,太阳能作为太阳能热泵的低温热源,冷凝产生的热量经土壤储/取能单元储存至地下土壤或作为土壤源热泵单元的低温热源;
当Tb-To< ΔT2(其中ΔT2为太阳能热泵设定的停机温差)时,关闭第一压缩机12,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵24。
具体工作过程:工质在太阳能集热蒸发器1111中吸收太阳能热量后成为气态工质,气态工质经第一压缩机12压缩成为高温高压的过热气态工质,高温高压的过热气态工质进入第一换热器13工质侧,与第一换热器13水侧换热后冷凝成液态工质,换热后的循环水在储能循环水泵24的作用下依次经过第二换热器31和横埋管换热器23,为土壤源热泵单元提供热源或将热量储存于地下土壤,冷凝后的液态工质依次经过储液罐14和干燥过滤器15进入各太阳能集热蒸发器模块111,液态工质经第一电子膨胀阀1112节流后成为低温低压的气液两相工质,气液两相工质进入太阳能集热蒸发器1111吸收太阳能后变成气态工质,完成一个太阳能热泵工质循环,太阳能热泵单元如此往复循环工作。
二、供热模式;当Ti<T1(其中T1为供热模式时大棚内空气温度设定的下限值,优选地,大棚内空气温度设定的下限值为10℃)时,储能循环水泵24开启,同时空气调节循环水泵41开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机32,此时土壤作为土壤源热泵的低温热源,通过热泵提取储存于土壤中的能量,提升热品质后用于大棚供热;
当Ti>T2(其中T2为供热模式时大棚内空气温度设定的上限值,优选地,大棚内空气温度设定的上限为25℃)时,关闭第二压缩机32,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵24和空气调节循环水泵41。
具体工作过程:工质在第二换热器31吸收来自于地下土壤储存的热量后蒸发成为气态工质,气态工质经四通换向阀33(d→c)进入第二压缩机32压缩成高温高压的过热气态工质,高温高压的过热气态工质经四通换向阀33(a→b)进入第三换热器34冷凝成为液态工质,冷凝热用于加热室内空气调节单元的循环水对大棚内空气进行加热,冷凝后的液态工质经第二电子膨胀阀35节流成低温低压的气液两相工质,低温低压的气液两相工质进入第二换热器31,完成一个土壤源热泵工质循环,土壤源热泵单元如此往复循环工作。
三、降温模式:当Ti>T3(其中T3为大棚内植物正常生长时允许空气温度的最高极限值,优选地,大棚内植物正常生长时允许空气温度的最高极限值为35℃)时,四通换向阀33通电改变方向,储能循环水泵24开启,同时空气调节循环水泵41开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机32,此时土壤源热泵切换为制冷模式,土壤源热泵抽取大棚内空气中的热量通过土壤储/取能单元储存至地下土壤中,大棚内空气温度降低;
当Ti< T3-ΔT3(其中ΔT3为降温模式的设定温差)时,关闭第二压缩机32,延迟一段时间后,再关闭四通换向阀33、储能循环水泵24和空气调节循环水泵41。
具体工作过程:工质在第三换热器34中吸收来自于温室大棚内空气的热量后变为气态工质,气态工质经四通换向阀33(b→c)进入第二压缩机32压缩成高温高压的过热气态工质,高温高压的过热气态工质经四通换向阀33(a→d)进入第二换热器31冷凝成液态工质,冷凝热通过土壤储/取能单元储存至大棚的地下土壤中,冷凝后的液态工质经第二电子膨胀阀35节流成低温低压的气液两相工质,低温低压的气液两相工质进入第三换热器34,完成一个热泵制冷循环,大棚内空气的热量被提取并储存至土壤中,大棚内空气温度下降。
本发明土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法的有益效果是:
一、将太阳能集热、土壤储能、大棚供热和制冷功能合为一体,实现了温度大棚内空气和土壤温度的双重控制;
二、将热泵技术用于太阳能集热系统,太阳能集热板作为热泵的蒸发器,大大降低了太阳能集热板的工作温度,提高了太阳能集热系统的效率,增强了太阳能系统应对恶劣天气的能力;
三、采用制冷剂(R22、R134a等)作为热泵工作工质,彻底解决常规太阳能集热系统在冬季的防冻问题;
四、将太阳能集热器作为热泵系统的蒸发器,显著提高了热泵的蒸发温度,提高了热泵的制热效率,是替代煤锅炉大棚采暖的最佳选择;
五、白天将太阳能储存至土壤中,提高了土壤温度,一方面有利于提高大棚夜间温度,另一方面提高了植物根系温度,有利于植物生长;
六、在夜间和阴雨天气,系统可以提取储存至地下土壤的热量,经过热泵提升后对温室大棚内空气进行加热,保证温室大棚内空气温度在植物适宜生长的范围内;
七、在晴天正午前后,温室大棚内空气温度过高时,系统能将温室大棚内空气中的多余热量抽取并储存至地下土壤,保证温室大棚内空气温度在植物适宜生长的范围内。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,包括:太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元、室内空气调节单元和控制单元,所述太阳能热泵单元与土壤储/取能单元连接,所述土壤源热泵单元与室内空气调节单元连接,所述控制单元分别与太阳能热泵单元、土壤储/取能单元、土壤源热泵单元和室内空气调节单元连接,
所述土壤储/取能单元包括第一换热器、第二换热器、储能循环水泵、分水器、集水器和横埋管换热器,
所述第一换热器的水侧出口端与第二换热器的水侧入口端连接,第二换热器的水侧出口端与分水器入口端连接,分水器出口端与横埋管换热器入口端连接,横埋管换热器出口端与集水器入口端连接,集水器出口端与储能循环水泵入口端连接,储能循环水泵出口端与第一换热器水侧入口端连接。
2.根据权利要求1所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述太阳能热泵单元包括太阳能集热蒸发器阵列、第一压缩机、储液罐、干燥过滤器和第一换热器,
所述太阳能集热蒸发器阵列包括多个并联设置的太阳能集热蒸发器模块,所述太阳能集热蒸发器模块包括太阳能集热蒸发器和第一电子膨胀阀,所述第一电子膨胀阀连接在太阳能集热蒸发器的入口端,
所述太阳能集热蒸发器阵列的工质出口端与第一压缩机的吸气端连接,第一压缩机的排气端与第一换热器的工质侧入口端连接,第一换热器的工质侧出口端与储液罐的入口端连接,储液罐的出口端与干燥过滤器一端连接,干燥过滤器另一端与太阳能集热蒸发器阵列的工质入口端连接。
3.根据权利要求1所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述横埋管换热器埋设在大棚地平以下40~60cm。
4.根据权利要求1所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述土壤源热泵单元包括第二压缩机、四通换向阀、第三换热器、第二电子膨胀阀和第二换热器,
所述第二压缩机的排气端与四通换向阀的a接口端连接,第二压缩机的吸气端与四通换向阀的c接口端连接,四通换向阀的b接口端与第三换热器工质侧一端连接,第三换热器工质侧另一端与第二电子膨胀阀连接,第二电子膨胀阀另一端与第二换热器工质侧一端连接,第二换热器工质侧另一端与四通换向阀的d接口端连接。
5.根据权利要求1所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述室内空气调节单元包括第三换热器、空气调节循环水泵和风机盘管,
所述第三换热器的水侧出口端与空气调节循环水泵的入口端连接,空气调节循环水泵的出口端与风机盘管进水端连接,风机盘管出水端与第三换热器的水侧入口端连接。
6.根据权利要求5所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述风机盘管还可为散热片。
7.根据权利要求1所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统,其特征在于,所述控制单元包括控制器、第一感温探头、第二感温探头和第三感温探头,
所述第一感温探头放置在太阳能集热蒸发器内,第二感温探头放置在室外,第三感温探头放置在温室大棚内,控制器通过导线分别与第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵连接。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统的控制方法,其特征在于,包括如下三种运行模式:储能模式、供热模式和降温模式:
设太阳能集热蒸发器的板芯温度为Tb、室外环境温度为To、大棚内空气温度为Ti,控制器根据各温度探头的温度信号,控制第一压缩机、第二压缩机、四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵的启停;
一、储能模式:Tb-To>ΔT1(其中ΔT1为太阳能热泵设定的启动温差)时,开启储能循环水泵,延迟一段时间后,再开启第一压缩机,太阳能作为太阳能热泵的低温热源,冷凝产生的热量经土壤储/取能单元储存至地下土壤或作为土壤源热泵单元的低温热源;当Tb-To<ΔT2(其中ΔT2为太阳能热泵设定的停机温差)时,关闭第一压缩机,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵;
二、供热模式:当Ti<T1(其中T1为供热模式时大棚内空气温度设定的下限值)时,储能循环水泵开启,同时空气调节循环水泵开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机,此时土壤作为土壤源热泵的低温热源,通过热泵提取储存于土壤中的能量,提升热品质后用于大棚供热;当Ti>T2(其中T2为供热模式时大棚内空气温度设定的上限值)时,关闭第二压缩机,延迟一段时间后,关闭储能循环水泵和空气调节循环水泵;
三、降温模式:当Ti>T3(其中T3为大棚内植物正常生长时允许空气温度的最高极限值)时,四通换向阀通电改变方向,储能循环水泵开启,同时空气调节循环水泵开启,延迟一段时间后,开启第二压缩机;此时土壤源热泵切换为制冷模式,土壤源热泵抽取大棚内空气中的热量通过土壤储/取能单元储存至地下土壤中,大棚内空气温度降低;当Ti< T3-ΔT3(其中ΔT3为降温模式的设定温差)时,关闭第二压缩机,延迟一段时间后,再关闭四通换向阀、储能循环水泵和空气调节循环水泵。
CN201510175434.XA 2015-04-15 2015-04-15 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法 Active CN104792067B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510175434.XA CN104792067B (zh) 2015-04-15 2015-04-15 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510175434.XA CN104792067B (zh) 2015-04-15 2015-04-15 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104792067A CN104792067A (zh) 2015-07-22
CN104792067B true CN104792067B (zh) 2017-09-12

Family

ID=53557078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510175434.XA Active CN104792067B (zh) 2015-04-15 2015-04-15 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104792067B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105371340A (zh) * 2015-12-17 2016-03-02 哈尔滨五建工程有限责任公司 严寒地区别墅用小型太阳能土壤源热泵系统及运行方法
CN106922442B (zh) * 2017-04-25 2023-05-12 吉林建筑大学 一种生态大棚及农田结构
CN108646832B (zh) * 2017-06-18 2020-09-25 台州市保利达制衣有限公司 一种基于太阳能和地源热泵的温室系统
CN107436047A (zh) * 2017-08-18 2017-12-05 浙江阳田农业科技股份有限公司 一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统及其换热方法
CN109258219B (zh) * 2018-09-18 2020-07-07 河南师范大学 一种用于小麦种植的高效率的光热资源利用装置
CN115428680B (zh) * 2022-08-31 2024-09-13 云南旭滇农业技术有限公司 水气膜换热耦合空气能的双效太阳能温室及环控方法
CN115727569B (zh) * 2022-11-25 2023-08-15 北方工业大学 一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置
CN116792967A (zh) * 2023-03-28 2023-09-22 潍坊科技学院 一种用于设施农业温室的pvt热泵产储供协同系统
CN118451967B (zh) * 2024-05-24 2025-11-18 云南师范大学 一种动态和静态相结合的光伏温室冷热联供系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101008537A (zh) * 2007-01-11 2007-08-01 清华大学 太阳能辅助土壤源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统
CN101871700A (zh) * 2009-04-22 2010-10-27 钱伟民 双源并阶式热泵热水空调系统
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合系统
CN104132415A (zh) * 2014-08-19 2014-11-05 常州海卡太阳能热泵有限公司 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统及控制方法
CN204227598U (zh) * 2014-09-23 2015-03-25 天津市盛光泽环保节能科技有限公司 浅层土壤热能与太阳能联合供热制冷系统
CN204757450U (zh) * 2015-04-15 2015-11-11 常州海卡太阳能热泵有限公司 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101008537A (zh) * 2007-01-11 2007-08-01 清华大学 太阳能辅助土壤源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统
CN101871700A (zh) * 2009-04-22 2010-10-27 钱伟民 双源并阶式热泵热水空调系统
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合系统
CN104132415A (zh) * 2014-08-19 2014-11-05 常州海卡太阳能热泵有限公司 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统及控制方法
CN204227598U (zh) * 2014-09-23 2015-03-25 天津市盛光泽环保节能科技有限公司 浅层土壤热能与太阳能联合供热制冷系统
CN204757450U (zh) * 2015-04-15 2015-11-11 常州海卡太阳能热泵有限公司 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104792067A (zh) 2015-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101236024B (zh) 一簇改进的蒸气压缩式制冷系统
CN104792067A (zh) 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统及控制方法
KR100915701B1 (ko) 지열 히트펌프를 이용한 하우스의 냉난방장치
CN104633980B (zh) 太阳能‑地能互补风能热泵系统
CN101832682B (zh) 太阳能吸收式储能制冷系统
CN204256553U (zh) 一种智能化大棚温度调节系统
CN106857110A (zh) 一种农业大棚植物季节性全方位的温控系统和温控方法
KR101348922B1 (ko) 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템
CN104132415B (zh) 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统及控制方法
CN109258219A (zh) 一种用于小麦种植的高效率的光热资源利用装置
CN108731305A (zh) 多源相变储能热泵系统
CN204187754U (zh) 太阳能热泵和地源热泵联合空调系统
CN201954760U (zh) 太阳能热泵复合热水装置
CN107436047A (zh) 一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统及其换热方法
CN115486296A (zh) 双源耦合太阳能温室集热调温调湿系统及环控方法
CN204757450U (zh) 土壤源太阳能热泵温室大棚供热系统
CN105571193A (zh) 一种热泵应用及贮能系统
CN207999874U (zh) 一种太阳能热风机
CN103528295B (zh) 复合能源热泵式节能型户式中央空调及其控制方法
CN204272824U (zh) 一种温室大棚节能控温系统
CN205962093U (zh) 温室大棚供热系统
CN204757451U (zh) 一种太阳能辅助式热泵机组
CN110012749A (zh) 新型植物生长条件控制系统与太阳能供热供暖制冷发电系统
CN2642032Y (zh) 节能高效太阳能温室
CN214039016U (zh) 地下换热管凝结热获取和释放装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant