CN208312588U - 一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，包括建筑物、光伏系统、太阳能热泵复合系统、中央控制器，所述光伏系统包括光伏板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器，所述太阳能热泵复合系统包括太阳能子系统、热泵子系统，所述太阳能子系统包括平板型集热器、集热水箱、集热循环泵、供水泵、管路系统，所述热泵子系统包括热泵循环泵、压缩机、套管换热器、膨胀阀以及蒸发器，所述热泵子系统与太阳能子系统共用恒温水箱，恒温水箱通过供水泵与输出管相连。本实用新型对原有的普通生态餐厅进行改进，充分利用光伏光热能源，对太阳能进行梯级利用，供能系统可以供给绝大部分餐厅所需的能量，大大增加能源利用效率，同时大大节约化石能源。

Description

一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅。
背景技术
(1)人们生活质量需求普遍提高
随着生活水平的提高，人们对餐饮休闲的环境提出了更高的要求。人们期望能在享受美食时身处更为绿色舒适的环境，希望空气温湿度适宜、环境布置美观。全新概念的太阳能智能生态餐厅逐渐走入人们的生活。
(2)传统餐厅存在耗能高等问题
传统餐厅，特别是生态园餐厅，由于建筑面积大，在调节湿度或供热供冷时会消耗大量电能。而利用可再生能源进行主要供能的餐厅会大大降低化石能源消耗，同时减少燃烧产生的二氧化碳等有害气体排放。
(3)目前生态餐厅基本无控制系统
生态餐厅的内部环境是一个受环境和生物等多种因素共同影响的复杂系统，单纯依靠手动调控或简单的单功能控制系统难以将温室环境维持在最适水平，这严重制约了温室内环境适宜度的提高。
目前，太阳能热泵系统一般应用于对生活用水的加热，用水箱进行储热。且大部分热泵都是单纯用集热器获得热量，能量来源形式单一且供应不稳定，供能效率较低。而现在的餐厅用能大都是利用电网供电，很少真正利用可再生能源供电供能，大大增加化石能源的消耗。
发明内容
为克服所述不足，本实用新型的目的在于提供一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，运用太阳能光伏系统、太阳能热泵复合系统，巧妙设计房屋构造，在不影响采光的基础上充分利用光电光热资源，提高热效率，还能控制餐厅内的温湿度等环境，种植作物，力图打造贴近自然，舒适健康的用餐环境。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，包括建筑物、光伏系统、太阳能热泵复合系统、中央控制器，所述光伏系统包括光伏板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器，所述太阳能热泵复合系统包括太阳能子系统、热泵子系统，所述太阳能子系统包括平板型集热器、集热水箱、集热循环泵、供水泵、管路系统，所述热泵子系统包括热泵循环泵、压缩机、套管换热器、膨胀阀以及蒸发器，所述热泵子系统与太阳能子系统共用恒温水箱，恒温水箱通过供水泵与输出管相连，所述光伏板、平板型集热器安装在建筑物的屋顶上，所述建筑物内的土壤内设有滴灌管，滴灌管与滴灌水泵相连，滴灌水泵通过管道与餐厅水源相连，建筑物内分布有送风口，送风口通过送风管分别与风机盘管系统、空调制冷机组相连。
具体地，所述建筑物的墙面采用钢梁与玻璃幕墙结构，白天日光可以通过玻璃幕墙照射到建筑物内。
具体地，所述光伏板的倾斜角位于29°-56°范围内。
具体地，相邻的两根所述滴灌管间距为1m，滴灌管埋在土壤中0.2m，所述滴灌管附近土壤中距离地面0.4m处设置土壤湿度探测器。
具体地，所述送风口沿墙角设置，且送风口水平向打开，不能向下直吹风，送风口距离地面距离为2-2.5m，最佳距离为2m。
具体地，所述送风口处安装有喷雾喷头，喷雾喷头通过喷雾水管、喷雾水泵与餐厅水源相连，建筑物内均匀设有多个空气湿度感应装置，空气温湿度感应装置安装在3.9m标高处钢梁下，每榀框架等间距布置三个。
具体地，所述光伏板通过光伏控制器与蓄电池组相连，蓄电池组通过逆变器与用电网相连，将光伏板所述光伏控制器为充放电控制电路，经过逆变器输出220V交流电给配电柜。
具体地，所述太阳能子系统中平板集热器的一端通过集热循环泵与集热水箱的底部相连，集热器的另一端与集热水箱的顶部相连，所述集热水箱通过进水管与出水管分别与恒温水箱相连，其中进水管上设有循环泵，集热水箱上设有第一冷水补水管。
具体地，所述热泵子系统中的蒸发器的一端通过压缩机与换热器的能量输入管的一端相连，蒸发器的另一端通过膨胀阀与换热器的能量输入管的另一端相连，所述换热器的能量输出装置的一端通过进水管与恒温水箱相连，进水管上设有热泵循环泵，换热器的能量输出装置的另一端通过出水管与恒温水箱相连。
具体地，所述恒温水箱的输出管上设置转向阀，转向阀一侧连接盘管风机系统，转向阀的另一侧设置储水箱。
具体地，所述中央控制器分别与土壤湿度探测器、空气温湿度感应装置相连，所述中央控制器分别与转向阀、集热循环泵、循环泵、热泵循环泵、供水泵相连。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型对原有的普通生态餐厅进行改进，充分利用光伏光热能源，对太阳能进行梯级利用，供能系统可以供给绝大部分餐厅所需的能量，大大增加能源利用效率。与普通生态餐厅相比，8年内即可收回成本；从适用性上考虑，它在不降低人们舒适度体验的基础上进行结构改造，保障人们餐饮娱乐对环境的需求，同时大大节约化石能源。
附图说明
图1为本实用新型的外部结构示意图。(这个建筑物的顶部设计特点可以重点说明一下)
图2为本实用新型的内部结构示意图。
图3为本实用新型的侧视图。
图4为本实用新型的光伏系统的连接框图。
图5为本实用新型的太阳能热泵复合系统的连接框图。
图6为本实用新型的变结构模糊控制原理图。
图7为本实用新型的设备间的设备分布图。
图中1建筑物，2集热器，21集热循环泵，22集热水箱，23循环泵，24恒温水箱，25供水泵，26热泵循环泵，27套管换热器，28膨胀阀，29蒸发器，210压缩机，3光伏板，31逆变器，4回风管，5送风管，6滴灌管，61滴灌水泵，62土壤湿度探测器，7设备间，8喷雾水管，9中央控制器，10空调制冷机组，11风机盘管系统,12空气湿度感应装置，13喷雾喷头。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1至图7所示的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，包括建筑物1、光伏系统、太阳能热泵复合系统、中央控制器9，所述光伏系统包括光伏板3、光伏控制器、蓄电池组、逆变器31，所述太阳能热泵复合系统包括太阳能子系统、热泵子系统，所述太阳能子系统包括平板型集热器2、集热水箱22、集热循环泵23、供水泵25、管路系统，所述热泵子系统包括热泵循环泵26、压缩机210、套管换热器27、膨胀阀28以及蒸发器29，所述热泵子系统与太阳能子系统共用恒温水箱24，恒温水箱24通过供水泵25与输出管相连，所述光伏板3、平板型集热器2安装在建筑物1的屋顶上，所述建筑物1内的土壤内设有滴灌管6，滴灌管6与滴灌水泵61相连，滴灌水泵61通过管道与餐厅水源相连，建筑物内分布有送风口，送风口通过送风管5分别与风机盘管系统11、空调制冷机组10相连。
具体地，所述建筑物1的墙面采用钢梁与玻璃幕墙结构，白天日光可以通过玻璃幕墙照射到建筑物内。
具体地，所述光伏板3的倾斜角位于29°-56°范围内，以山东为例，根据光伏板3的安装规程，选择倾斜角为35°，安装方位为正南。
具体地，相邻的两根所述滴灌管6间距为1m，滴灌管埋在土壤中0.2m,通过实际试验，每根滴灌管6有效润湿距离为1.4m，而对于花草相对需要较多水量，所以给每根滴灌管6两侧分配0.5m范围，所述滴灌管6附近土壤中距离地面0.4m处设置土壤湿度探测器62，能够更加客观的检测土壤含水量，土壤湿度探测器62通过线路管连接在一起，并与中央控制器相连。
具体地，所述送风口沿墙角设置，且送风口水平向打开，不能向下直吹风，送风口距离地面距离为2-2.5m，最佳距离为2m。
具体地，所述送风口处安装有喷雾喷头13，喷雾喷头13通过喷雾水管8、喷雾水泵与餐厅水源相连，利用送风口的空气流动，将湿度水汽更快的传递到整个房间，建筑物1内均匀设有多个空气湿度感应装置12，空气温湿度感应装置12安装在3.9m标高处钢梁下，每榀框架等间距布置三个，监控4㎡范围内的温湿度并向中央控制器9反馈。
具体地，所述光伏板3通过光伏控制器与蓄电池组相连，蓄电池组通过逆变器31与用电网相连，将光伏板3所述光伏控制器为充放电控制电路，经过逆变器31输出220V交流电给配电柜，供给照明设备、餐厨设备及温湿度传感控制器，多余电能储存入蓄电池组，保障电能高效稳定输出，其中光伏控制器、蓄电池组、逆变器31与中央控制器9通讯连接。
具体地，所述太阳能子系统中平板集热器2的一端通过集热循环泵21与集热水箱22的底部相连，集热器2的另一端与集热水箱22的顶部相连，所述集热水箱22通过进水管与出水管分别与恒温水箱24相连，其中进水管上设有循环泵23，集热水箱22上设有第一冷水补水管。
具体地，所述热泵子系统中的蒸发器29的一端通过压缩机210与换热器27的能量输入管的一端相连，蒸发器29的另一端通过膨胀阀28与换热器27的能量输入管的另一端相连，所述换热器27的能量输出装置的一端通过进水管与恒温水箱24相连，进水管上设有热泵循环泵26，换热器27的能量输出装置的另一端通过出水管与恒温水箱24相连。
具体地，所述恒温水箱24的输出管上设置转向阀，转向阀一侧连接盘管风机系统11，转向阀的另一侧设置储水箱，当餐厅内温度需要进行调节时，输出的热水或冷水经风机盘管系统11与送风口相连，进行空气换热，得到被加热或冷却的空气，这部分空气通过送风管、进风口进入室内，达到调节温度的目的。
具体地，所述中央控制器9分别与土壤湿度探测器、空气温湿度感应装置相连，所述中央控制器9分别与转向阀、集热循环泵23、循环泵23、热泵循环泵26、供水泵25相连，控制方式采用变结构模糊控制原理，见说明书附图图6，实现环境的检测，通过中央控制器9再对各个部件进行执行动作，实现智能控制。其控制原理为：
1.信息采集
温湿度传感器采集数据，中央控制器中的单片机进行数据处理，显示模块显示温湿度，采用PID控制算法，通过对温控设备的调节将室内温度保持在24℃-28℃，也可以采用相同原理，对于湿度、二氧化碳、土壤水分、土壤温度、电导、PH、光量子、光照度进行信息采集，信息传输，温室自动控制器功能全面，数据测量精度高，传感器直接与PLC的模拟量输入模块相连接，选择的EM231模块输入范围为单极性电压0-10V、0-5V，双极性电压±5V、±2.5V，电流0-20m A，传感器的输出需要与模拟量输入模块输入范围相适应，此外，还需结合量程、精度和工作环境等要求，进行传感器的选型工作过程；
2.PLC程序设计
现场控制系统的PLC程序采用西门子STEP 7-Micro WIN编程软件开发，采用梯形图语言编写；
3.短信报警控制器软件设计
在现场控制系统配备短信报警控制器，搭建基于短消息的远程控制平台，远程用户可通过该平台获得与在温室现场相同的控制过程，选用GRM202A型短信报警控制器信息控制；
4.触摸屏软件设计
触摸屏软件设计主要是人机界面的开发过程，通过触摸屏开发软件完成显示界面的设计，本系统选择COM2通讯接口连接S7-200PLC设备，波特率为默认的9.6kbps，PLC的站号规定为2，人机界面站号规定为0。
餐厅的其工作原理为：
由于本系统需要从电网取电或放电，且需要对多余电能进行存储，所以配置储电装置(蓄电池组)，采用的光伏系统是利用光伏板3在光照条件下产生一定的电动势，通过光伏板3的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求，通过充放电控制器对蓄电池组进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来，晚上，蓄电池组为逆变器31提供输入电，通过逆变器31的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。
平板型集热器2吸收太阳热能，在冬天供给集热水箱22加热冷水，获取的热水通过盘管风机系统11，当需要的管路很长时间，可以接入送风管5，与建筑物内的冷空气进行换热，通过送风口对餐厅供暖，同时，在室外设有储水箱，在春秋季，可利用转向阀，根据需求将热水作为餐厨用水，充分利用资源。
在夏季需要制冷时，热泵子系统中蒸发器29的制冷剂吸收餐厅内空气热量，通过压缩机210等排到室外，从而对室内降温，太阳能热泵复合系统中二者各自独立又相互补充，既可以通过太阳能集热器充分吸收太阳热能，还可以弥补因天气情况将太阳能作为单一热源无法连续提供热量的缺陷。
建筑物1在不影响植被采光的前提下，大面积铺设光伏板3、平板型集热器2，提高产能效率，实现智能化识别和管理，合理进行送风管及滴灌管路铺设，综合保障餐厅空气、土壤温湿度，打造贴近自然，舒适健康的用餐环境。
本实用新型不局限于所述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：包括建筑物、光伏系统、太阳能热泵复合系统、中央控制器，所述光伏系统包括光伏板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器，所述太阳能热泵复合系统包括太阳能子系统、热泵子系统，所述太阳能子系统包括平板型集热器、集热水箱、集热循环泵、供水泵、管路系统，所述热泵子系统包括热泵循环泵、压缩机、套管换热器、膨胀阀以及蒸发器，所述热泵子系统与太阳能子系统共用恒温水箱，恒温水箱通过供水泵与输出管相连，所述光伏板、平板型集热器安装在建筑物的屋顶上，所述建筑物内的土壤内设有滴灌管，滴灌管与滴灌水泵相连，滴灌水泵通过管道与餐厅水源相连，建筑物内分布有送风口，送风口通过送风管分别与风机盘管系统、空调制冷机组相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述建筑物的墙面采用钢梁与玻璃幕墙结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述光伏板的倾斜角位于29°-56°范围内。
4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：相邻的两根所述滴灌管间距为1m，滴灌管埋在土壤中0.2m，所述滴灌管附近土壤中距离地面0.4m处设置土壤湿度探测器。
5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述送风口沿墙角设置，且送风口水平向打开，不能向下直吹风，送风口距离地面距离为2-2.5m。
6.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述送风口处安装有喷雾喷头，喷雾喷头通过喷雾水管、喷雾水泵与餐厅水源相连，建筑物内均匀设有多个空气湿度感应装置，空气温湿度感应装置安装在3.9m标高处钢梁下，每榀框架等间距布置三个。
7.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述光伏板通过光伏控制器与蓄电池组相连，蓄电池组通过逆变器与用电网相连，将光伏板所述光伏控制器为充放电控制电路，经过逆变器输出220V交流电给配电柜。
8.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述太阳能子系统中平板集热器的一端通过集热循环泵与集热水箱的底部相连，集热器的另一端与集热水箱的顶部相连，所述集热水箱通过进水管与出水管分别与恒温水箱相连，其中进水管上设有循环泵，集热水箱上设有第一冷水补水管。
9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述热泵子系统中的蒸发器的一端通过压缩机与换热器的能量输入管的一端相连，蒸发器的另一端通过膨胀阀与换热器的能量输入管的另一端相连，所述换热器的能量输出装置的一端通过进水管与恒温水箱相连，进水管上设有热泵循环泵，换热器的能量输出装置的另一端通过出水管与恒温水箱相连。
10.根据权利要求1所述的一种基于太阳能热泵的智能生态餐厅，其特征在于：所述恒温水箱的输出管上设置转向阀，转向阀一侧连接盘管风机系统，转向阀的另一侧设置储水箱,所述中央控制器分别与土壤湿度探测器、空气温湿度感应装置相连，所述中央控制器分别与转向阀、集热循环泵、循环泵、热泵循环泵、供水泵相连。
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