CN106765782A - 一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，包括太阳能平板集热器、太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器、土壤源热泵主机、酒窖室内风柜、集热水泵、冷却水泵、冷冻水泵以及若干个电动开关阀；太阳能吸收式热泵机组内部设置具有冷却盘管的冷凝器和吸收器，实际的使用过程中，通过操作各电动开关阀或电动调节阀，改变太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器和土壤源热泵主机的运行状态和管路通断情况，即可实现多种工作模式的灵活切换，达到有效的系统调控，利用本设计提出的系统装置及运行方法可以使得节能效果提高40％‑50％，且在酒窖空调中节能环保的优势明显，具有较为广阔的市场前景。

Description

一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统
[技术领域]
本发明涉及酒窖空调系统技术领域，尤其涉及一种巧妙地将太阳能光热与地下土壤热源结合起来持续制造冷源送人地下酒窖内，保证酒窖空调品质的同时节约大量的电能，实现最大限度节能减排效果的太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统。
[背景技术]
葡萄酒储藏工艺是由其酿造方法决定的，葡萄酒的生命周期对葡萄酒的成熟、风格、品质都有极大影响。储藏葡萄酒的环境温度既不能太低，也不能太高，且环境温度变化不宜太剧烈，因此为了达到这些近乎苛刻的要求，储藏葡萄酒的酒窖不可避免的需应用到酒窖空调。酒窖空调是整个酒窖的“心脏”，如果酒窖空调的设计不合理或技术存在缺陷，那么全年24小时不间断运行的酒窖空调将带来极其巨大的能耗，最严重的情形可能导致所有的藏酒全部被废。
那么酒窖空调技术革新时急需且最关键的是：在保证储藏品质的前提下怎样实现酒窖空调系统全年不间断运行的能耗最低化；那么，必须寻找到一种或几种能够部分或全部替代电能的清洁能源进行酒窖的空调制冷，达到有效降低酒窖空调系统运行的能耗，这对于目前酒窖空调系统的现状很有实际价值。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种巧妙地将太阳能光热与地下土壤热源结合起来持续制造冷源送人地下酒窖内，保证酒窖空调品质的同时节约大量的电能，实现最大限度节能减排效果的太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统。
本发明解决技术问题的方案是提供一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，包括太阳能平板集热器、太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器、土壤源热泵主机、酒窖室内风柜、集热水泵、冷却水泵、冷冻水泵以及若干个电动开关阀；所述太阳能吸收式热泵机组内部设置具有冷却盘管的冷凝器和吸收器；
所述太阳能吸收式热泵机组的冷冻水进出口、地埋管换热器进出水口以及土壤源热泵主机的冷冻水进出口通过管道相互并联连接，并联之后汇聚为一条总进出水管与冷冻水泵和酒窖室内风柜串联；
所述太阳能吸收式热泵机组的进出口通过管道与集热水泵、太阳能平板集热器的进出水口相串联形成回路；
所述冷凝器的冷却水进出口通过管道与吸收器冷却水进出水口以及冷却水泵相串联，且在所述管道上设置有用于控制吸收器水流量的电动调节阀；
所述土壤源热泵主机的冷却水进出口通过管道与冷却水泵、地埋管换热器相串联形成回路。
优选地，所述太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器和土壤源热泵主机的冷冻水进口都设置有用于控制水流状态的电动开关阀。
优选地，所述地埋管换热器的出水口设置电动开关阀。
优选地，所述土壤源热泵主机的冷却水进出口与冷却水泵、地埋管换热器相串联形成的回路中，土壤源热泵主机的出水口与地埋管换热器的进水口之间设置电动开关阀。
优选地，所述冷凝器的冷却水进出口与吸收器冷却水进出口、冷却水泵以及地埋管换热器相串联形成回路，且在所述地埋管换热器的出水口与冷凝器的冷却水进口之间设置电动开关阀。
优选地，所述一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统包括太阳能制冷模式、土壤源热泵制冷模式以及土壤源直接供冷模式三种工作模式。
优选地，在所述太阳能制冷模式中：土壤源热泵主机的冷冻水进出水和冷却水进出水管道上的电动开关阀关闭，将地埋管换热器进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀关闭，然后将剩下的电动开关阀打开，电动开关阀根据系统运行时吸收器内需要的冷却温度进行自动调节，保证土壤源热泵主机处于关闭状态；然后开启集热水泵、冷却水泵、冷冻水泵以及酒窖室内风柜风机；最后启动太阳能吸收式热泵机组完成太阳能制冷模式的开机运行。
优选地，在所述土壤源热泵制冷模式中，地埋管换热器的进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀关闭；然后关闭太阳能吸收式热泵机组的吸收器冷却水进口电动开关阀以及电动调节阀；同时关闭太阳能吸收式热泵机组冷冻水进口的电动开关阀，再将剩下的电动开关阀打开；确保集热水泵和太阳能吸收式热泵机组关闭后，打开冷冻水泵、冷却水泵以及酒窖室内风柜风机；最后启动土壤源热泵主机完成土壤源热泵制冷模式的正常开机运行。
优选地，在所述土壤源直接供冷模式中，地埋管换热器进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀打开；然后关闭剩下的所有电动开关阀以及电动调节阀，同时确保集热水泵、冷却水泵、土壤源热泵主机、太阳能吸收式热泵机组处于关闭状态；最后开启冷冻水泵完成土壤源直接供冷模式的正常开机运行。
与现有技术相比，本发明一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统通过同时设置并联连通的太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器以及土壤源热泵主机，且将太阳能吸收式热泵机组与太阳能平板集热器串联连接进行热量的转换和传递，实际的使用过程中，通过操作各电动开关阀或电动调节阀，改变太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器和土壤源热泵主机的运行状态和管路通断情况，即可实现多种工作模式的灵活切换，达到有效的系统调控，利用本设计提出的系统装置及运行方法可以使得节能效果提高40％-50％，且在酒窖空调中节能环保的优势明显，具有较为广阔的市场前景。
[附图说明]
图1是本发明一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统的工作原理结构示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1，本发明一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统1包括太阳能平板集热1器、太阳能吸收式热泵机组2、地埋管换热器5、土壤源热泵主机6、酒窖室内风柜7、集热水泵8、冷却水泵9、冷冻水泵10以及若干个电动开关阀(12-17)；所述太阳能吸收式热泵机组2内部设置具有冷却盘管的冷凝器3和吸收器4；
所述太阳能吸收式热泵机组2的冷冻水进出口、地埋管换热器5进出水口以及土壤源热泵主机6的冷冻水进出口通过管道相互并联连接，并联之后汇聚为一条总进出水管与冷冻水泵10和酒窖室内风柜7串联；
所述太阳能吸收式热泵机组2的进出口通过管道与集热水泵8、太阳能平板集热器1的进出水口相串联形成回路；
所述冷凝器3的冷却水进出口通过管道与吸收器4冷却水进出水口以及冷却水泵9相串联，且在所述管道上设置有用于控制吸收器水流量的电动调节阀11；
所述土壤源热泵主机6的冷却水进出口通过管道与冷却水泵9、地埋管换热器5相串联形成回路。
通过同时设置并联连通的太阳能吸收式热泵机组2、地埋管换热器5以及土壤源热泵主机6，且将太阳能吸收式热泵机组2与太阳能平板集热器1串联连接进行热量的转换和传递，实际的使用过程中，通过操作各电动开关阀或电动调节阀11，改变太阳能吸收式热泵机组2、地埋管换热器5和土壤源热泵主机6的运行状态和管路通断情况，即可实现多种工作模式的灵活切换，达到有效的系统调控，利用本设计提出的系统装置及运行方法可以使得节能效果提高40％-50％，且在酒窖空调中节能环保的优势明显，具有较为广阔的市场前景。
优选地，所述太阳能吸收式热泵机组2、地埋管换热器5和土壤源热泵主机6的冷冻水进口都设置有用于控制水流状态的电动开关阀。
优选地，所述地埋管换热器5的出水口设置电动开关阀14。
优选地，所述土壤源热泵主机6的冷却水进出口与冷却水泵9、地埋管换热器5相串联形成的回路中，土壤源热泵主机6的出水口与地埋管换热器5的进水口之间设置电动开关阀16。
优选地，所述冷凝器3的冷却水进出口与吸收器4冷却水进出口、冷却水泵以及地埋管换热器5相串联形成回路，且在所述地埋管换热器5的出水口与冷凝器3的冷却水进口之间设置电动开关阀13。
优选地，所述一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统1包括太阳能制冷模式、土壤源热泵制冷模式以及土壤源直接供冷模式三种工作模式。该系统中，所述太阳能吸收式热泵机组2热水进出口通过热水管与集热水泵8、太阳能平板集热器1进出水口相串联，利用太阳能热量不断产生制冷剂蒸汽，并进入太阳能吸收式热泵机组2冷凝器3中冷凝。同时，所述太阳能吸收式热泵机组2的冷凝器3冷却水进出口通过冷却水管与吸收器4冷却水进出水口、冷却水泵相串联，并在冷却水管路上设置电动调节阀11控制吸收器4的冷却水流量以达到控制吸收器内冷却温度的目的。所述土壤源热泵主机6冷却水进出口通过冷却水管与冷却水泵9、地埋管换热器5相串联，并在冷却水管路上设置电动开关阀实现土壤源热泵主机6与太阳能吸收式热泵机组2的交替运行。
优选地，在所述太阳能制冷模式中：土壤源热泵主机6的冷冻水进出水和冷却水进出水管道上的电动开关阀关闭，将地埋管换热器5进出水口与酒窖室内风柜7串联管道上的电动开关阀关闭，然后将剩下的电动开关阀打开，电动开关阀根据系统运行时吸收器内需要的冷却温度进行自动调节，保证土壤源热泵主机6处于关闭状态；然后开启集热水泵8、冷却水泵9、冷冻水泵10以及酒窖室内风柜7风机；最后启动太阳能吸收式热泵机组2完成太阳能制冷模式的开机运行。
运行模式启动后，电动开关阀14-17全部关闭，接着开启电动开关阀12以及电动开关阀13，电动调节阀11开度随太阳能吸收式热泵机组2的吸收器4内冷却盘管的控温要求自动调节开度，然后开启集热水泵8，冷却水泵9，冷冻水泵10，确保土壤源热泵主机6处于关闭停止运行状态，最后启动太阳能吸收式热泵机组2。该运行模式下外部循环主要包括三个循环：冷却水循环、冷冻水循环、集热水循环；
冷却水循环：冷却水泵9将地埋管换热器5内冷却后的较低温度冷却水输送至太阳能吸收式热泵机组2吸收器4内冷却盘管对吸收器4内的循环混合溶液进行降温冷却，同时电动调节阀11根据吸收器4运行所需冷却温度自动调节开度，之后冷却水升温2-3℃再进入太阳能吸收式热泵机组2内冷凝器3冷却盘管，将气态的制冷工质进行冷凝降温液化，此时冷却水自身温度升高3-4℃，最后冷却水又回到地埋管换热器5内降温5-7℃至初始温度完成一次循环，接着进入下一次冷却水循环。
冷冻水循环：冷冻水泵10将被太阳能吸收式热泵机组2冷冻降温至约6℃的冷冻水输送至酒窖室内风柜7，在酒窖室内风柜7的作用下将冷量送出为需要进行空调降温的酒窖各个工作空间进行冷却降温除湿，该过程冷冻水在酒窖室内风柜7中吸热升温变为约11℃的冷温水，然后经过电动开关阀12返回到太阳能吸收式热泵机组2内被再次冷冻降温至6℃左右完成一次循环，如此反复实现冷冻水循环。
集热水循环：太阳能平板集热器1约65℃的水经过太阳能加热后升至约80℃，然后在集热水泵8的作用下被输送至太阳能吸收式热泵机组2作为驱动热源持续不断使太阳能吸收式热泵机组2内产生制冷剂蒸汽，离开太阳能吸收式热泵机组2时放热冷却降温至初始65℃左右，最后返回太阳能平板集热器1中再次被加热至约80℃完成一次循环，如此反复实现集热水循环。
优选地，在所述土壤源热泵制冷模式中，地埋管换热器5的进出水口与酒窖室内风柜7串联管道上的电动开关阀关闭；然后关闭太阳能吸收式热泵机组2的吸收器4冷却水进口电动开关阀以及电动调节阀11；同时关闭太阳能吸收式热泵机组2冷冻水进口的电动开关阀，再将剩下的电动开关阀打开；确保集热水泵8和太阳能吸收式热泵机组2关闭后，打开冷冻水泵10、冷却水泵9以及酒窖室内风柜7风机；最后启动土壤源热泵主机6完成土壤源热泵制冷模式的正常开机运行。
运行模式启动后，电动开关阀12-15全部关闭，电动调节阀11完全关闭，接着开启电动开关阀16以及电动开关阀17，确保集热水泵8同太阳能吸收式热泵机组2处于关闭停止运行状态，最后开启冷冻水泵10。该运行模式下外部循环主要包括二个循环：冷却水循环、冷冻水循环；
冷却水循环：冷却水泵9将土壤源热泵主机6的冷却水出口的冷却水输送至地埋管换热器5内冷却降温约3-5℃，接着降温后的冷却水通过电动开关阀16，然后从土壤源热泵主机6的冷却水进口进入对土壤源热泵主机6内的制冷工质进行降温冷却，升温3-5℃后由土壤源热泵主机6的冷却水出口离开进入下一次循环，如此往复实现冷却水循环。
冷冻水循环：冷冻水泵10将在土壤源热泵主机6内降温至7℃左右的冷冻水输送至酒窖室内风柜7，在酒窖室内风柜7的作用下将冷量送出为需要进行空调降温的酒窖各个工作空间进行冷却降温除湿，该过程冷冻水在酒窖室内风柜7中吸热升温变为约11℃的冷温水，然后经过电动开关阀17返回到土壤源热泵主机6内被再次冷冻降温至7℃左右完成一次循环，如此反复实现冷冻水循环。
优选地，在所述土壤源直接供冷模式中，地埋管换热器5进出水口与酒窖室内风柜7串联管道上的电动开关阀打开；然后关闭剩下的所有电动开关阀以及电动调节阀，同时确保集热水泵8、冷却水泵9、土壤源热泵主机6、太阳能吸收式热泵机组2处于关闭状态；最后开启冷冻水泵10完成土壤源直接供冷模式的正常开机运行。
运行模式启动后，电动开关阀14与电动开关阀15完全打开，其他所有电动开关阀关闭，电动调节阀11完全关闭，确保集热水泵8、冷却水泵9、太阳能吸收式热泵机组2、土壤源热泵主机6均处于关闭停止运行状态，最后启动冷冻水泵10。该模式下仅存在冷冻水循环：冷冻水泵10将离开地埋管换热器5后的较低温度冷冻水输送至酒窖室内风柜7，在酒窖室内风柜7的作用下将冷量送出为需要进行空调降温的酒窖各个工作空间进行冷却降温除湿，该过程冷冻水在酒窖室内风柜7中吸热升温约5℃左右，然后经过电动开关阀14返回到地埋管换热器5降温5℃左右，接着通过电动开关阀15，再次被冷冻水泵10输送至酒窖室内风柜7完成一次循环，如此反复实现冷冻水循环。
与现有技术相比，本发明一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统1通过同时设置并联连通的太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器以及土壤源热泵主机，且将太阳能吸收式热泵机组与太阳能平板集热器串联连接进行热量的转换和传递，实际的使用过程中，通过操作各电动开关阀或电动调节阀，改变太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器和土壤源热泵主机的运行状态和管路通断情况，即可实现多种工作模式的灵活切换，达到有效的系统调控，利用本设计提出的系统装置及运行方法可以使得节能效果提高40％-50％，且在酒窖空调中节能环保的优势明显，具有较为广阔的市场前景。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：包括太阳能平板集热器、太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器、土壤源热泵主机、酒窖室内风柜、集热水泵、冷却水泵、冷冻水泵以及若干个电动开关阀；所述太阳能吸收式热泵机组内部设置具有冷却盘管的冷凝器和吸收器；
所述太阳能吸收式热泵机组的冷冻水进出口、地埋管换热器进出水口以及土壤源热泵主机的冷冻水进出口通过管道相互并联连接，并联之后汇聚为一条总进出水管与冷冻水泵和酒窖室内风柜串联；
所述太阳能吸收式热泵机组的进出口通过管道与集热水泵、太阳能平板集热器的进出水口相串联形成回路；
所述冷凝器的冷却水进出口通过管道与吸收器冷却水进出水口以及冷却水泵相串联，且在所述管道上设置有用于控制吸收器水流量的电动调节阀；
所述土壤源热泵主机的冷却水进出口通过管道与冷却水泵、地埋管换热器相串联形成回路。
2.如权利要求1所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：所述太阳能吸收式热泵机组、地埋管换热器和土壤源热泵主机的冷冻水进口都设置有用于控制水流状态的电动开关阀。
3.如权利要求1所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：所述地埋管换热器的出水口设置电动开关阀。
4.如权利要求1所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：在所述土壤源热泵主机的冷却水进出口与冷却水泵、地埋管换热器相串联形成的回路中，土壤源热泵主机的出水口与地埋管换热器的进水口之间设置电动开关阀。
5.如权利要求1所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：所述冷凝器的冷却水进出口与吸收器冷却水进出口、冷却水泵以及地埋管换热器相串联形成回路，且在所述地埋管换热器的出水口与冷凝器的冷却水进口之间设置电动开关阀。
6.如权利要求1所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：包括太阳能制冷模式、土壤源热泵制冷模式以及土壤源直接供冷模式三种工作模式。
7.如权利要求6所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：在所述太阳能制冷模式中：土壤源热泵主机的冷冻水进出水和冷却水进出水管道上的电动开关阀关闭，将地埋管换热器进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀关闭，然后将剩下的电动开关阀打开，电动开关阀根据系统运行时吸收器内需要的冷却温度进行自动调节，保证土壤源热泵主机处于关闭状态；然后开启集热水泵、冷却水泵、冷冻水泵以及酒窖室内风柜风机；最后启动太阳能吸收式热泵机组完成太阳能制冷模式的开机运行。
8.如权利要求6所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：在所述土壤源热泵制冷模式中，地埋管换热器的进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀关闭；然后关闭太阳能吸收式热泵机组的吸收器冷却水进口电动开关阀以及电动调节阀；同时关闭太阳能吸收式热泵机组冷冻水进口的电动开关阀，再将剩下的电动开关阀打开；确保集热水泵和太阳能吸收式热泵机组关闭后，打开冷冻水泵、冷却水泵以及酒窖室内风柜风机；最后启动土壤源热泵主机完成土壤源热泵制冷模式的正常开机运行。
9.如权利要求6所述的一种太阳能与地热能联合应用的酒窖空调系统，其特征在于：在所述土壤源直接供冷模式中，地埋管换热器进出水口与酒窖室内风柜串联管道上的电动开关阀打开；然后关闭剩下的所有电动开关阀以及电动调节阀，同时确保集热水泵、冷却水泵、土壤源热泵主机、太阳能吸收式热泵机组处于关闭状态；最后开启冷冻水泵完成土壤源直接供冷模式的正常开机运行。
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