CN107436047A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明是一种复合系统，特别涉及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。包括温室大棚，还包括土热源热泵系统和电源系统，所述的土热源热泵系统与电源系统相连接。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结构简单，保障土壤温度，有利于植物成长，有效达到节能效果。

Description

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

技术领域

本发明是一种复合系统，特别涉及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。

背景技术

在农业各类设施中，日光温室作为我国独创温室类型，以其高效节能的性能优势，受到国家的大力支持与推广，被广泛应用于农业生产中。但是我国传统农业大棚普遍存在白天因受日光照射温室内温度过高、夜间温度较低影响农作物生长等问题，然而利用常规能源加热温室内空气，会大量耗能，传统日光温室已经不能满足农业节能减排发展的需求。通过地球表层土壤作为蓄热体，能吸收到达地表的 47%太阳能，相当于人类耗能的 500倍。

关于大棚供热系统的种类主要有：电加热供暖，煤炭燃烧供暖，热泵供暖。其中热泵供暖又分为空气源热泵供暖、地源热泵供暖等。电加热供暖系统较为简单，初投资较小，但是大棚所需热量较大，电加热系统所需的电量较大，运用时所需的电量成本较高，增加投入成本果蔬价格较高，不利于市场销售；煤炭燃烧供热系统的运行成本较低，但是燃煤会造成环境的污染，在老百姓越来越注重空气质量、节能减排的大背景下燃煤供热系统逐步地被淘汰了；热泵供热系统可以实现较为节能的目标，但是在寒冷的季节，热泵的热源主要来自外部环境的空气或地下的土壤，热源的温度也较低，此情况造成对热泵系统的制热技术及性能要求较高，热泵的成本也随之变高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种冬季以太阳能和土热源热泵联合供暖；土壤热源热泵系统以土壤作为热源,冬季将大地土壤中的低位热能取出,对大棚供暖,同时储存冷量以备夏天使用；夏季将大棚内的热量转移到地下对大棚进行降温，同时蓄存热量以备冬天使用；利用太阳能光伏发电，为系统运行提供能源实现市电与太阳能发电互相补充的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。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，包括温室大棚，还包括土热源热泵系统和电源系统，所述的土热源热泵系统与电源系统相连接；

所述的土热源热泵系统包括地埋热管、压缩机、换热器和太阳能集热器，所述的地埋热管与蒸发器连接，所述的压缩机与蒸发器连接，所述的换热器中设有冷凝器，所述的蒸发器、冷凝器形成回路；所述的太阳能集热器与水箱形成回路，所述的水箱与换热器形成回路，所述的温室大棚中设有风机盘管，所述的风机盘管与换热器形成回路；

所述的电源系统与压缩机连接。

作为优选，所述的蒸发器与冷凝器间设有节流装置，所述的冷凝器与蒸发器间设有换向阀，所述的蒸发器、节流装置、冷凝器、换向阀形成回路，所述的压缩机通过换向阀与蒸发器连接。

作为优选，所述的地埋热管、风机盘管与换热器间、换热器与水箱间、水箱与太阳能集热器间分别设有循环水泵。

作为优选，所述的电源系统是指交流电，所述的电源系统包括太阳能光伏块，所述的太阳能光伏块与交换器连接，所述的太阳能光伏块与交换器间设有控制器，所述的控制器与蓄电池连接，所述的控制器与蓄电池间设有开关。

作为优选，所述的电源系统是指家用交流电，所述的地埋热管埋与地表10米以下。

采用一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统的换热方法，按以下步骤进行：

（1）、冬天换热：

冬季外界温度低，大棚需要大量的热量来保持大棚内温度，较低的供热温度一直是阻碍热泵发展的一个主要因素，土壤源热泵充分利用了土壤中的热量为热泵蒸发端提供了温度较高的低品位能，一定程度上提高了热泵的cop；

地埋热管从土壤中吸收热量由循环水泵送到蒸发器，提高了热泵的效率值，在太阳光照充足的情况下由太阳能集热器加热的热水由循环水泵送到水箱再由循环水泵送到换热器与冷凝器一起加热温室大棚中的循环水通过风机盘管加热大棚；

（2）、夏季换热：

夏季，太阳能集热器可以提供生活用水，大棚所需的冷量由土源热泵独立承担，热泵循环在换向阀作用下为冷凝端，地埋热管通过循环水泵把土壤的冷量传给冷凝器，提高热泵cop；

在当太阳能光照条件较好时，太阳能光伏板将产生直流电压，直流电压通过电压转换器，变为电源10a，可为压缩机所需电压，为压缩机提供电源；当太阳能光照条件更充分时，太阳能光伏板产生的电能通过控制器及开关储存在储存电池内，作为备用电能；当太阳光照较差时，10b为家用电源，10b为压缩机提供电源。

工作原理：二氧化碳是一种无毒、不燃、安全、经济、资源丰富的自然工质，具有优良的经济性，凭借其优良的热力学特性和对环境的友好性日益受到重视。

地埋热管埋与地表10米以下，管内填充防冻液通过循环水泵夏季向蒸发器提供冷量，冬季通过循环水泵向蒸发器提供热量。

冬季温室大棚需要热量，通过土热源热泵系统和太阳能集热器加热的热水在换热器加热从大棚中换热过的冷水，被加热后由循环水泵送到风机盘管继续加热大棚。夏季大棚需要冷量，通过土热源热泵系统在换热器降低从大棚中换热过的热水温度，热水被降低后由循环水泵送到风机盘管向大棚输送冷量。

阀门安装在水箱和太阳能集热器之间，循环水泵安装在水箱和太阳能集热器之间。水箱的热水由循环水泵送到换热器。

因此，本发明提供的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，结构简单，保障土壤温度，有利于植物成长，有效达到节能效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：如图1所示，一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，包括温室大棚1，还包括土热源热泵系统和电源系统，所述的土热源热泵系统与电源系统相连接；

所述的土热源热泵系统包括地埋热管2、压缩机3、换热器4和太阳能集热器5，所述的地埋热管2与蒸发器6连接，所述的压缩机3与蒸发器6连接，所述的换热器4中设有冷凝器7，所述的蒸发器6、冷凝器7形成回路；所述的太阳能集热器5与水箱8形成回路，所述的水箱8与换热器4形成回路，所述的温室大棚1中设有风机盘管9，所述的风机盘管9与换热器4形成回路；

所述的电源系统与压缩机3连接。

所述的蒸发器6与冷凝器7间设有节流装置10，所述的冷凝器7与蒸发器6间设有换向阀11，所述的蒸发器6、节流装置10、冷凝器7、换向阀11形成回路，所述的压缩机3通过换向阀11与蒸发器6连接。

所述的地埋热管2、风机盘管9与换热器4间、换热器4与水箱8间、水箱8与太阳能集热器5间分别设有循环水泵12。

所述的电源系统是指交流电13，所述的电源系统包括太阳能光伏块14，所述的太阳能光伏块14与交换器15连接，所述的太阳能光伏块14与交换器15间设有控制器16，所述的控制器16与蓄电池17连接，所述的控制器16与蓄电池17间设有开关18。

所述的电源系统是指家用交流电19，所述的地埋热管2埋与地表10米以下。

采用一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统的换热方法，按以下步骤进行：

（1）、冬天换热：

冬季外界温度低，大棚需要大量的热量来保持大棚内温度，较低的供热温度一直是阻碍热泵发展的一个主要因素，土壤源热泵充分利用了土壤中的热量为热泵蒸发端提供了温度较高的低品位能，一定程度上提高了热泵的cop；

地埋热管从土壤中吸收热量由循环水泵送到蒸发器，提高了热泵的效率值，在太阳光照充足的情况下由太阳能集热器加热的热水由循环水泵送到水箱再由循环水泵送到换热器与冷凝器一起加热温室大棚中的循环水通过风机盘管加热大棚；

（2）、夏季换热：

夏季，太阳能集热器可以提供生活用水，大棚所需的冷量由土源热泵独立承担，热泵循环在换向阀作用下为冷凝端，地埋热管通过循环水泵把土壤的冷量传给冷凝器，提高热泵cop；

在当太阳能光照条件较好时，太阳能光伏板将产生直流电压，直流电压通过电压转换器，变为电源10a，可为压缩机所需电压，为压缩机提供电源；当太阳能光照条件更充分时，太阳能光伏板产生的电能通过控制器及开关储存在储存电池内，作为备用电能；当太阳光照较差时，10b为家用电源，10b为压缩机提供电源。

Claims (6)

1.一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，包括温室大棚（1），其特征在于：还包括土热源热泵系统和电源系统，所述的土热源热泵系统与电源系统相连接；

所述的土热源热泵系统包括地埋热管（2）、压缩机（3）、换热器（4）和太阳能集热器（5），所述的地埋热管（2）与蒸发器（6）连接，所述的压缩机（3）与蒸发器（6）连接，所述的换热器（4）中设有冷凝器（7），所述的蒸发器（6）、冷凝器（7）形成回路；所述的太阳能集热器（5）与水箱（8）形成回路，所述的水箱（8）与换热器（4）形成回路，所述的温室大棚（1）中设有风机盘管（9），所述的风机盘管（9）与换热器（4）形成回路；

所述的电源系统与压缩机（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，其特征在于：所述的蒸发器（6）与冷凝器（7）间设有节流装置（10），所述的冷凝器（7）与蒸发器（6）间设有换向阀（11），所述的蒸发器（6）、节流装置（10）、冷凝器（7）、换向阀（11）形成回路，所述的压缩机（3）通过换向阀（11）与蒸发器（6）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，其特征在于：所述的地埋热管（2）、风机盘管（9）与换热器（4）间、换热器（4）与水箱（8）间、水箱（8）与太阳能集热器（5）间分别设有循环水泵（12）。

4.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，其特征在于：所述的电源系统是指交流电（13），所述的电源系统包括太阳能光伏块（14），所述的太阳能光伏块（14）与交换器（15）连接，所述的太阳能光伏块（14）与交换器（15）间设有控制器（16），所述的控制器（16）与蓄电池（17）连接，所述的控制器（16）与蓄电池（17）间设有开关（18）。

5.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统，其特征在于：所述的电源系统是指家用交流电（19），所述的地埋热管（2）埋与地表10米以下。

6.采用权利要求4或5所述的一种二氧化碳土热源热泵与太阳能复合系统的换热方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）、冬天换热：

冬季外界温度低，大棚需要大量的热量来保持大棚内温度，较低的供热温度一直是阻碍热泵发展的一个主要因素，土壤源热泵充分利用了土壤中的热量为热泵蒸发端提供了温度较高的低品位能，一定程度上提高了热泵的cop；

地埋热管从土壤中吸收热量由循环水泵送到蒸发器，提高了热泵的效率值，在太阳光照充足的情况下由太阳能集热器加热的热水由循环水泵送到水箱再由循环水泵送到换热器与冷凝器一起加热温室大棚中的循环水通过风机盘管加热大棚；

（2）、夏季换热：

夏季，太阳能集热器可以提供生活用水，大棚所需的冷量由土源热泵独立承担，热泵循环在换向阀作用下为冷凝端，地埋热管通过循环水泵把土壤的冷量传给冷凝器，提高热泵cop；

在当太阳能光照条件较好时，太阳能光伏板将产生直流电压，直流电压通过电压转换器，变为电源10a，可为压缩机所需电压，为压缩机提供电源；当太阳能光照条件更充分时，太阳能光伏板产生的电能通过控制器及开关储存在储存电池内，作为备用电能；当太阳光照较差时，10b为家用电源，10b为压缩机提供电源。