CN203675766U - 应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于温室加温技术领域，具体提供一种应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，由主动蓄放热装置、热泵、大小两个蓄液池、机泵、阀门、管道、及流体介质构成。本实用新型的应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，能以太阳能为能源，以流体介质为蓄放热媒介，以双层黑膜作为集热装置材料，以热泵作为能量提升手段，通过流体介质的不断循环将白天集热装置收集的太阳能高效的转移并储存起来用于温室夜间增温。

Description

应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备
技术领域
本实用新型属于温室加温技术领域，具体涉及一种应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备。
背景技术
温室加温是冬季设施农业生产环境调控最重要的环节。
主动蓄放热系统白天利用流体介质的循环不断将到达温室墙体表面的太阳辐射能吸收并蓄积起来，夜间再通过流体介质的循环释放热能提高温室温度，变日光温室被动蓄放热方式为主动蓄放热方式，实现热能在空间、时间上的转移，从而提高太阳能利用效率，提升温室夜间温度。但在高寒地区以及太阳辐射较弱的天气等条件下，即使使用主动蓄放热系统，室内温度仍难以保证。
热泵（Heat Pump）技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。热泵作为一种高效的能量提升手段，被越来越多的应用于温室加温，但需要打井、深挖地埋管、安装风机盘管等复杂工序，投资费用高。
这就需要提供一种主动蓄放热系统-热泵联合加温的装置，有效提升主动蓄放热系统集热效率，进而提升主动蓄放热系统加温性能和稳定性；同时降低热泵加温的投资和运行费用。
实用新型内容
针对现有主动蓄放热系统和热泵单独用于温室加温所存在的不足，本实用新型的目的是提出一种应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备。
一种应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，由主动蓄放热装置、热泵、大小两个蓄液池、机泵、阀门、管道、及流体介质构成；
主动蓄放热装置安装在温室北墙内侧，通过装有机泵的管道将小蓄液池内的流体介质导向主动蓄放热装置，并通过装有阀门的管道将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池；大蓄液池与小蓄液池以装有阀门的管道相连；同时另设装有阀门的管道将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池；热泵上游、下游分别通过装有机泵的管道连接小蓄液池、大蓄液池，以热泵将小蓄液池中流体介质的热能泵到大蓄液池中的流体介质内。
其中，所述主动蓄放热装置由若干主动蓄放热单元构成，各单元之间通过管道并联连接；每个主动蓄放热单元由单元管道系统、集热层、隔热层、固定架构成；集热层面向阳面平展地固定于固定架上，隔热层紧贴在集热层的背阴面，单元管道系统将流体介质导入集热层使流体介质升温后导出。
其中，所述集热层为紧密贴合的双层黑膜，贴合程度以流体介质能在双层黑膜间流动为准。采用黑膜是由于其太阳辐射吸收系数高。
其中，所述单元管道系统由供液管、分液管、集液管、回液管构成，供液管将流体介质导入集热层上部双层黑膜之间的分液管，将流体介质分流为小股液流，使其沿双层黑膜均匀向下流到集热层下部，设在集热层下部的集液管收集并导入回液管，流体介质由回液管导出集热层。
其中，所述双层黑膜优选由一块黑膜绕过分液管后贴合形成。
其中，所述固定架的材质为能起固定作用的任何材质，优选不锈钢。
其中，所述热泵主要由热泵蒸发器，热泵冷凝器、热泵压缩机、热泵膨胀阀构成，热泵蒸发器与上游小蓄液池相连降低小蓄液池内流体介质温度，通过热泵压缩机的作用将热能传递给热泵冷凝器，热泵冷凝器与下游大蓄液池相连提升大蓄液池内流体介质温度，热泵膨胀阀两头分别与热泵蒸发器和热泵冷凝器相连确保热泵工作过程中的安全。
其中，大蓄液池和小蓄液池的容积及容积比由温室所处纬度、主动蓄放热装置集热功率、热泵吸热功率、温室面积等因素共同决定，其中，优选大蓄液池和小蓄液池的容积比为3﹕1。
其中，大蓄液池和小蓄液池能隔热且内表面防水，为：1）由砖和混凝土砌成，或2）单独的或外包隔热材料的水箱。所述隔热材料优选聚苯板。
其中，大蓄液池和小蓄液池优选埋入地下，在利用了土壤的隔热作用的同时，避免侵占温室种植空间。
其中，所述热泵优选液/液热泵，在流体介质为水时更优选水/水热泵。热泵吸热功率应大于等于主动蓄放热系统最大集热功率。
其中，所述热泵放置于干燥处，以防止其受潮。优选放置于水泥台上。
其中，所述管道优选为PVC管，各部分管道根据流量需要选用不同口径。管道优选外包保温套。
其中，所述流体介质为比热较大的液体，优选为水（方便、低成本、无污染）。
应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的使用方法，具体步骤如下：
1）白天，打开大蓄液池和小蓄液池之间的阀门，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门，运行机泵，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-大蓄液池-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，吸收太阳辐射所提供的热能升温后，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回大蓄液池，大蓄液池内流体介质顺势从管道流回小蓄液池，实现流体介质在大小两个蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续吸热；
2）当大蓄液池与小蓄液池内的流体介质达到一定温度，关闭大蓄液池和小蓄液池之间的阀门，打开热泵将小蓄液池中流体介质的热能泵到大蓄液池中流体介质内，在稳步提升大蓄液池中流体介质温度的同时，降低小蓄液池中流体介质的温度；
3）与步骤2）同时进行，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，吸收太阳辐射所提供的热能升温后，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回小蓄液池，实现流体介质在小蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续吸热；并通过同步进行的步骤2）将热能泵到大蓄液池中流体介质中储存起来，同时降低“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路中流体介质的温度以提高主动蓄放热装置集热效率；
4）晚上，打开大蓄液池和小蓄液池之间的阀门，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门，运行机泵，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-大蓄液池-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，放出流体介质蕴藏的热能后温度降低，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回大蓄液池，大蓄液池内流体介质顺势从管道流回小蓄液池，实现流体介质在大小两个蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续放热。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型的应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，能以太阳能为能源，以流体介质为蓄放热媒介，以双层黑膜作为集热装置材料，以热泵作为能量提升手段，通过流体介质的不断循环将白天集热装置收集的太阳能高效的转移并储存起来用于温室夜间增温。
2、本实用新型的使用过程中：热能供给全部来源于太阳辐射，提供了一种低碳无污染的温室加温方法。
3、本实用新型的热泵与主动蓄放热系统结合的温室调温控制方法，热泵热汇和热源分别为大蓄液池和小蓄热池中的流体介质，使热泵取热方式更加简便，避免了打井、深挖地埋管等复杂工序。
4、本实用新型白天集热，夜间放热，无需安装风机盘管等散热设备，降低了调温系统投资费用。
5、本实用新型的使用方法中，步骤1）先单独运行主动蓄放热系统集热，然后再适时运行热泵的运行控制方案，在保证高效的集热效率的同时使能耗最小化。
6、本实用新型的使用方法中，步骤2）和步骤3）同步进行：步骤2）不断将小蓄液池中的热能泵到大蓄液池中，降低了步骤3）“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路中流体介质的温度，从而提高主动蓄放热装置的集热效率，并延长了集热时间；同时步骤3）“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路将热能不断地通过流体介质将主动蓄放热装置收集的热能带回小蓄液池，确保了步骤2）热泵热源的温度稳定较高，有效提高热泵的COP。因此，与主动蓄放热系统联合使用的热泵技术能够有效降低循环水温，显著提升集热效率，可为温室低碳节能技术的发展提供科技支撑；
7、本实用新型的使用方法中，步骤4）可以根据温室内温度和作物需求控制热能释放，热能利用效率显著提高；增强了温室抵御极端天气及连阴天的能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例1所述应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的结构示意图。
图2为本实用新型实施例2所述应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的使用流程图。
图3为本实用新型实施例2所述应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的主动蓄放热单元的纵向侧面结构示意图。
图中，1为北墙，2为过道，3为主动蓄放热装置，3-1为供液管，3-2为分液管，3-3为隔热层，3-4为固定架，3-5为集热层，3-6为集液管，3-7为回液管，4为水泥台，5为热泵，6为热泵膨胀阀，7为热泵压缩机，8为热泵蒸发器，9为热泵冷凝器，10为管道，11为机泵，12为阀门，12-1为阀门1，12-2为阀门2，12-3为阀门3，13为小蓄水池，14为大蓄水池。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用于限制本实用新型的范围。
实施例中，如无特殊说明，所使用的方法和设备均为本领域常规的方法和设备。
实施例1：应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备
本实施例进行的温室环境为：长49m，跨度8m，后墙高2.5m，脊高3.7m的砖墙日光温室，位置在北京。
应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，其结构如图1所示，由主动蓄放热装置3、热泵5、大蓄液池14、小蓄液池13、机泵11、阀门12、管道10、及流体介质构成。
本实施例所用流体介质为水。
主动蓄放热装置安装在温室北墙1的内侧距地面0.4m高处，通过装有机泵11（本实施例所用为2台水泵，型号为上海人民水泵WQ-10-10-0.75水泵，额定流量10m3/h，扬程10m）的管道10将小蓄液池13内的流体介质导向主动蓄放热装置3，并通过装有阀门12（12-2，见图2）的管道将流体介质从主动蓄放热装置3导回大蓄液池14（实际蓄水量5.63m3）；同时另设装有阀门12（12-1，见图2）的管道将流体介质从主动蓄放热装置3导回小蓄液池13（实际蓄水量1.73m3）；大蓄液池14与小蓄液池13以装有阀门12（12-3，见图2，为Φ80的截止阀）的管道相连；热泵5上游、下游分别通过装有机泵11的管道连接小蓄液池13、大蓄液池14，以热泵5将小蓄液池13中流体介质的热能泵到大蓄液池14中的流体介质内。
其中，所述热泵5为水/水热泵，主要由热泵蒸发器8，热泵冷凝器9、热泵压缩机7、热泵膨胀阀6构成，热泵蒸发器8与上游小蓄液池13相连降低小蓄液池13内流体介质温度，通过热泵压缩机7的作用将热能传递给热泵冷凝器9，热泵冷凝器9与下游大蓄液池14相连提升大蓄液池14内流体介质温度，热泵膨胀阀6两头分别与热泵蒸发器8和热泵冷凝器9相连确保热泵工作过程中的安全。热泵5型号为DISMY DDR-192GSPA1-PA，额定制热量21kW，额定制热输入功率5.12kW，热泵蒸发器8侧机泵11为流量3.3m3/h的水泵（格兰富CH4-20），热泵冷凝器9冷凝器侧机泵11为流量1.8～3.9m3/h的水泵（格兰富CH4-20）。热泵5设置于温室内的水泥台4上。
所述主动蓄放热装置由29个主动蓄放热单元构成，单元高2m，宽1.35m，单元间距0.15m。各单元之间通过管道并联连接；每个主动蓄放热单元由单元管道系统、集热层3-5、隔热层3-3、固定架3-4构成；集热层面向阳面平展地固定于固定架上，隔热层紧贴在集热层的背阴面，单元管道系统将流体介质导入集热层使流体介质升温后导出。
所述集热层为紧密贴合的双层黑色PE膜，双层黑色PE膜由一块黑色PE膜绕过分液管后贴合形成。贴合程度以流体介质能在双层黑膜间流动为准。采用黑膜是由于其太阳辐射吸收系数高。
所述单元管道系统由供液管3-1、分液管3-2、集液管3-6、回液管3-7构成，供液管将流体介质导入集热层上部双层黑膜之间的分液管，将流体介质分流为小股液流，使其沿双层黑膜均匀向下流到集热层下部，设在集热层下部的集液管将流体介质收集并流入回液管，流体介质由回液管导出。
其中，所述固定架的材质为不锈钢。
其中，大蓄液池和小蓄液池的主体材料为厚12cm的砌砖墙，外表面紧贴10cm厚聚苯板，内表面涂抹0.3cm厚防渗水泥砂浆。
其中，本实施例的大蓄液池和小蓄液池埋入地下，在利用了土壤的隔热作用的同时，避免侵占温室种植空间。
其中，所述管道为PVC管，各部分管道根据需要选用不同口径。管道外包保温套。
实施例2:应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的使用方法
实施例1应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，使用流程参见图2，具体步骤如下：
1）参见图2a，白天早上08:30揭开温室保温被，打开大蓄液池和小蓄液池之间的阀门12-3，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门12-1，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门12-2，运行机泵，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-大蓄液池-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，吸收太阳辐射所提供的热能升温后，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回大蓄液池，大蓄液池内流体介质顺势从管道流回小蓄液池，实现流体介质在大小两个蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续吸热；
2）参见图2b，下午，当大蓄液池与小蓄液池内的流体介质达到一定温度（根据天气情况确定，一般热泵开启时间在12:00～13:30之间，多云天气和阴天早开，晴天晚开，运行1.5～3h），关闭大蓄液池和小蓄液池之间的阀门12-3，打开热泵将小蓄液池中流体介质的热能泵到大蓄液池中流体介质内，在稳步提升大蓄液池中流体介质温度的同时，降低小蓄液池中流体介质的温度；
3）与步骤2）同时进行，参见图2c，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门12-1，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门12-2，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，吸收太阳辐射所提供的热能升温后，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回小蓄液池，实现流体介质在小蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续吸热；并通过同步进行的步骤2）将热能泵到大蓄液池中流体介质中储存起来，同时降低“小蓄液池-主动蓄放热装置-小蓄液池”回路中流体介质的温度以提高主动蓄放热装置集热效率；保温被覆盖之前适时关闭热泵结束步骤2），一般预留0.5h单独运行步骤3）以使小蓄液池中温度较低的流体介质回温。
4）晚上，一般在22:00点左右运行主动蓄放热系统为温室供热，至次日08:30集热阶段开始，参见图2d，打开大蓄液池和小蓄液池之间的阀门12-3，关闭将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池管道上的阀门12-1，打开将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池管道上的阀门12-2，运行机泵，形成“小蓄液池-主动蓄放热装置-大蓄液池-小蓄液池”回路：机泵使流体介质从小蓄液池经管道导入主动蓄放热装置，放出流体介质蕴藏的热能后温度降低，流体介质顺管道导出主动蓄放热装置并流回大蓄液池，大蓄液池内流体介质顺势从管道流回小蓄液池，实现流体介质在大小两个蓄液池、主动蓄放热装置之间循环流动，持续放热。
本实例中，装有应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备的日光温室比普通日光温室夜间气温高出5.3～6.6℃，集热效率达到了72.3%～83.6%，加温和节能效果显著。
以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于温室的主动蓄放热系统-热泵联合设备，其特征在于，由主动蓄放热装置、热泵、大小两个蓄液池、机泵、阀门、管道、及流体介质构成；
主动蓄放热装置安装在温室北墙内侧，通过装有机泵的管道将小蓄液池内的流体介质导向主动蓄放热装置，并通过装有阀门的管道将流体介质从主动蓄放热装置导回大蓄液池；大蓄液池与小蓄液池以装有阀门的管道相连；同时另设装有阀门的管道将流体介质从主动蓄放热装置导回小蓄液池；热泵上游、下游分别通过装有机泵的管道连接小蓄液池、大蓄液池，以热泵将小蓄液池中流体介质的热能泵到大蓄液池中的流体介质内。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主动蓄放热装置由若干主动蓄放热单元构成，各单元之间通过管道相连；每个主动蓄放热单元由单元管道系统、集热层、隔热层、固定架构成；集热层面向阳面平展地固定于固定架上，隔热层紧贴在集热层的背阴面，单元管道系统将流体介质导入集热层使流体介质升温后导出。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述集热层为紧密贴合的双层黑膜。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述单元管道系统由供液管、分液管、集液管、回液管构成，供液管将流体介质导入集热层上部双层黑膜之间的分液管，将流体介质分流为小股液流，使其沿双层黑膜均匀向下流到集热层下部，设在集热层下部的集液管收集并导入回液管，流体介质由回液管导出集热层。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，大蓄液池和小蓄液池的容积比为3﹕1。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，大蓄液池和小蓄液池为：1）由砖和混凝土砌成，或2）单独的或外包隔热材料的水箱。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，大蓄液池和小蓄液池埋入地下。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，热泵放置于干燥处。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管道为PVC管；管道外包保温套。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流体介质为水。
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