表冷器-热泵联合集热系统及其运行方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010126749.6 (22)申请日 2020.02.28 (71)申请人 中国农业大学 地址 100094 北京市海淀区圆明园西路2号 (72)发明人 宋卫堂宗成骥王平智李明 程杰宇 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 黄家俊 (51)Int.Cl. F24S 10/10(2018.01) F24S 20/40(2018.01) F24S 60/30(2018.01) F24S 50/40(2018.01) A01G 9/24(。

2、2006.01) (54)发明名称 一种表冷器-热泵联合集热系统及其运行方 法 (57)摘要 本发明公开了属于农业设施领域的一种表 冷器-热泵联合集热系统及其运行方法； 其中： 表 冷器-风机的进水口通过供水L型三通球阀与集 热池和储热池相连； 表冷器-风机的出水口通过 回水L型三通球阀与集热池和储热池相连； 集热 池和储热池之间通过热泵相连并传递热量； 通过 热泵控制集热池中水温的同时， 将白天收集到的 能量集中储存于储热池中。 本发明中热泵与主动 集放热系统相结合可以有效降低白天系统内集 热池的水温， 从而提高系统的集热效率； 还将蓄 水池的总容量减小了至少30， 不仅避免大量的 室内空间。

3、被占用， 也减少了建造成本。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111189233 A 2020.05.22 CN 111189233 A 1.一种表冷器-热泵联合集热系统， 其特征在于， 包括： 布置于温室内的集热池(2)、 储 热池(3)、 循环水泵 (4)、 循环水泵(5)、 表冷器-风机(6)、 热泵(7)、 供水L型三通球阀 (1a)、 回水L型三通球阀(1b)、 控制系统、 供回水管路， 以及设置于集热池(2)、 储热池(3)和 温室内的气温传感器等。 其中集热池(2)和储热池(3)在温室内地下挖建而成； 表冷器-风机 (6)、 热泵(7)、 循环水泵 (4)、 循环水泵。

4、(5)、 供水L型三通球阀(1a)和回水L型三通球阀 (1b)都与控制系统相连， 设置于集热池(2)、 储热池(3)和温室内的温度传感器也与控制系 统相连； 表冷器-风机(6)安装在温室屋脊的下方， 表冷器-风机(6)的进水口与供水L型三通球 阀(1a)的供水阀常通端(1a1)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀蓄热端(1a2)通过循环 水泵 (4)与集热池(2)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀放热端(1a3)通过循环水泵 (5)与储热池(3)相连； 表冷器-风机(6)的出水口与回水L型三通球阀(1b)的回水阀常通端 (1b1)相连， 回水L型三通球阀(1b)的回水阀蓄热端(1b2。

5、)与集热池(2)相连， 回水L型三通球 阀(1b)的回水阀放热端(1b3)与储热池(3)相连； 集热池(2)和储热池(3)之间通过热泵(7) 相连并传递热量； 通过热泵(7)控制集热池(2)中水温的同时， 将白天收集到的能量集中储 存于储热池(3)中。 2.根据权利要求1所述的一种表冷器-热泵联合集热系统， 其特征在于， 所述温室内空 气温度与所述集热池中的水温的温差大于4， 以保证白天系统的集热效率和集热量。 3.根据权利要求1所述的一种表冷器-热泵联合集热系统， 其特征在于， 所述集热池(2) 和所述储热池(3)间的体积比为1:3.54。 4.一种如权利要求1所述表冷器-热泵联合集热系统的。

6、运行方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 白天集热过程： 白天时段， 控制系统将供水阀(1a)的常通端(1a1)与供水阀(1a)的蓄热端(1a2)、 回水 阀(1b)的常通端(1b1)和回水阀(1b)的蓄热端(1b2)分别连通。 在控制系统中设置白天室内 气温预设值Tbk和白天水气温差预设值Twc1； 步骤101、 当白天室内气温超过Tbk且气温与集热池(2)中的水温温差TsqTwc1时： 控制系 统开启风机(6)、 循环水泵 (4)， 表冷器-风机(6)通过水气换热过程吸收室内空气中盈余的 热能， 并经由液体管路将吸收到的空气中的热能暂时集中在集热池(2)的水中； 步骤102、 当白天室内。

7、气温小于预设值Tbk或者气温与集热池(2)中的水温温差TsqTwc1 时： 控制系统关闭风机(6)和循环水泵 (4)， 此时集热过程停止； 白天时段， 在步骤101和步骤102间不断循环， 直至白天时段结束， 进入夜间时段； 夜间放热过程： 夜间时段， 控制系统将供水阀(1a)的常通端(1a1)与供水阀(1a)的放热端(1a3)、 回水 阀(1b)的常通端(1b1)和回水阀(1b)的放热端(1b3)分别连通。 在控制系统中设置夜间室内 气温预设值Tck和夜间水气温差预设值Twc2； 步骤201、 当夜间室内气温低于Tck时， 控制系统开启风机(6)、 循环水泵(5)， 循环水泵 (5)将储热池。

8、(3)中的水输送至表冷器-风机(6)内， 表冷器-风机(6)开始通过水气换热过 程将储热池(3)水中的热能释放至室内空气中； 步骤202、 当夜间室内气温超过(Tck+2)时， 或者储热池中的水温与气温的温差Tsr 权利要求书 1/2 页 2 CN 111189233 A 2 Twc2时： 控制系统关闭表冷器-风机(6)和循环水泵(5)， 放热过程停止； 夜间时段， 在步骤201和步骤202间不断循环， 直至夜间时段结束， 返回白天时段。 5.根据权利要求4所述的一种表冷器-热泵联合集热系统的运行方法， 其特征在于， 在 步骤101的进行过程中， 当白天室内气温超过白天室内气温预设值Tbk且集。

9、热池中的水温Tx (Tbk-Twc1-1)时， 进入步骤111： 步骤111、 控制系统打开热泵(7)进行热量转移， 将集热池(2)中的热能泵送至储热池 (3)中并储存， 以提高白天系统的集热效率和集热量； 步骤112、 当白天室内气温小于白天室内气温预设值Tbk或者集热池中的水温Tx(Tbk- Twc1-4)时： 控制系统关闭热泵(7)， 热量转移停止。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111189233 A 3 一种表冷器-热泵联合集热系统及其运行方法 技术领域 0001 本发明属于农业设施技术领域， 具体为一种表冷器-热泵联合集热系统及其运行 方法。 背景技术 0002 日光温室、 大。

10、棚是我国两种主要的园艺设施类型， 尤其是日光温室在我国北方地 区使用广泛， 具有节能和低成本等优点， 能有效的满足冬季蔬菜生产。 传统的日光温室在白 天通过北墙储蓄热能， 夜间再释放出来加热室内空气。 但是由于墙体内热能的蓄积和释放 过程不能进行人为控制， 可控性差， 且蓄、 放的热量有限， 导致室内气温调节能力差， 不利于 作物产量和质量的提高。 0003 目前主要采用主动集放热的方式来解决以上问题。 以表冷器-风机集放热系统为 例， 白天通过表冷器-风机吸收室内空气中的余热， 并通过水循环将吸收的热能储存在蓄水 池中； 在夜晚室内气温较低时， 再通过水循环将白天储存的热能释放到温室内， 以。

11、达到夜晚 加温的目的。 0004 现有的表冷器-风机集放热系统可以有效地提高日光温室内的气温可控水平， 但 是在高寒地区或者阴天等太阳辐射较弱的天气条件下， 系统的集热效率低， 集热量小， 夜晚 加温效果有限， 系统COP低； 同时表冷器-风机集放热系统需要配置较大容积的蓄热水池， 在 实际应用中， 3组表冷器-风机需要配置约为4.6m3的蓄热水池， 不仅占用了大量的温室室内 空间， 也增加了建造成本。 0005 因此急需一种不仅可以保证白天换热效率， 还可以减小蓄热水池尺寸的系统， 同 时也确保可以储存足够热量以用于夜晚放热的系统。 发明内容 0006 针对背景技术中存在的问题， 本发明提供。

12、了一种表冷器-热泵联合集热系统， 其特 征在于， 包括： 布置于温室内的集热池(2)、 储热池(3)、 循环水泵 (4)、 循环水泵(5)、 表冷 器-风机(6)、 热泵(7)、 供水L型三通球阀(1a)、 回水L型三通球阀(1b)、 控制系统、 供回水管 路， 以及设置于集热池(2)、 储热池(3)和温室内的气温传感器等。 其中集热池(2)和储热池 (3)在温室内地下挖建而成； 表冷器-风机(6)、 热泵(7)、 循环水泵 (4)、 循环水泵(5)、 供 水L型三通球阀(1a)和回水L型三通球阀(1b)都与控制系统相连， 设置于集热池(2)、 储热池 (3)和温室内的温度传感器也与控制系统相。

13、连； 0007 表冷器-风机(6)安装在温室屋脊的下方， 表冷器-风机(6)的进水口与供水L型三 通球阀(1a)的供水阀常通端(1a1)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀蓄热端(1a2)通过 循环水泵 (4)与集热池(2)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀放热端(1a3)通过循环水 泵(5)与储热池(3)相连； 表冷器-风机(6)的出水口与回水L型三通球阀(1b)的回水阀常 通端(1b1)相连， 回水L型三通球阀(1b)的回水阀蓄热端(1b2)与集热池(2)相连， 回水L型三 通球阀(1b)的回水阀放热端(1b3)与储热池(3)相连； 集热池(2)和储热池(3)之间通过热泵 说明书。

14、 1/5 页 4 CN 111189233 A 4 (7)相连并传递热量； 通过热泵(7)控制集热池(2)中水温的同时， 将白天收集到的能量集中 储存于储热池(3)中。 0008 所述温室内空气温度与所述集热池(2)中的水温的温差大于4， 以保证白天系统 的集热效率和集热量。 0009 所述集热池(2)和所述储热池(3)间的体积比为1:3.54。 0010 本发明还提供了一种表冷器-热泵联合集热系统的其运行方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 0011 白天集热过程： 0012 白天时段， 控制系统将供水阀(1a)的常通端(1a1)与供水阀(1a)的蓄热端(1a2)、 回水阀(1b)的常通端。

15、(1b1)和回水阀(1b)的蓄热端(1b2)分别连通。 在控制系统中设置白天 室内气温预设值Tbk和白天水气温差预设值Twc1； 0013 步骤101、 当白天室内气温超过Tbk且气温与集热池(2)中的水温温差TsqTwc1时： 控制系统开启风机(6)、 循环水泵 (4)， 表冷器-风机(6)通过水气换热过程吸收室内空气中 盈余的热能， 并经由液体管路将吸收到的空气中的热能暂时集中在集热池(2)的水中； 0014 步骤102、 当白天室内气温小于预设值Tbk或者气温与集热池(2)中的水温温差Tsq Twc1时： 控制系统关闭风机(6)和循环水泵 (4)， 此时集热过程停止； 0015 白天时段。

16、， 在步骤101和步骤102间不断循环， 直至白天时段结束， 进入夜间时段； 0016 夜间放热过程： 0017 夜间时段， 控制系统将供水阀(1a)的常通端(1a1)与供水阀(1a)的放热端(1a3)、 回水阀(1b)的常通端(1b1)和回水阀(1b)的放热端(1b3)分别连通。 在控制系统中设置夜间 室内气温预设值Tck和夜间水气温差预设值Twc2； 0018 步骤201、 当夜间室内气温低于Tck时， 控制系统开启风机(6)、 循环水泵(5)， 循环 水泵(5)将储热池(3)中的水输送至表冷器-风机(6)内， 表冷器-风机(6)开始通过水气换 热过程将储热池(3)水中的热能释放至室内空气。

17、中； 0019 步骤202、 当夜间室内气温超过(Tck+2)时， 或者储热池中的水温与气温的温差 TsrTwc2时： 控制系统关闭表冷器-风机(6)和循环水泵(5)， 放热过程停止； 0020 夜间时段， 在步骤201和步骤202间不断循环， 直至夜间时段结束， 返回白天时段。 0021 在步骤101的进行过程中， 当白天室内气温超过白天室内气温预设值Tbk且集热池 中的水温Tx(Tbk-Twc1-1)时， 进入步骤111： 0022 步骤111、 控制系统打开热泵(7)进行热量转移， 将集热池(2)中的热能泵送至储热 池(3)中并储存， 以提高白天系统的集热效率和集热量； 0023 步骤1。

18、12、 当白天室内气温小于白天室内气温预设值Tbk或者集热池中的水温Tx (Tbk-Twc1-4)时： 控制系统关闭热泵(7)， 热量转移停止。 0024 本发明的有益效果在于： 0025 1.表冷器-风机可以充分收集白天温室内空气盈余的热能。 0026 2.热泵作为一种高效的能量提升手段， 与主动集放热系统相结合可以有效降低白 天系统内集热池的水温， 从而提高系统的集热效率， 系统COP高。 0027 3.本发明的表冷器-热泵联合集放热系统， 将蓄水池的总容量减小了至少30， 不 仅避免大量的室内空间被占用， 也减少了建造成本。 说明书 2/5 页 5 CN 111189233 A 5 附图。

19、说明 0028 图1为本发明一种表冷器-热泵联合集热系统及其运行方法实施例中白天集热时 的结构示意图； 0029 图2为图1中A区域的局部放大示意图； 0030 图3为本发明实施例中夜间放热时的结构示意图； 。 0031 其中： 1a-供水L型三通球阀， 1b-回水L型三通球阀， 2-集热池， 3-储热池， 4-循环水 泵 ， 5-循环水泵， 6-表冷器-风机， 7-热泵， 1a1-供水阀常通端， 1a2-供水阀蓄热端， 1a3- 供水阀放热端， 1b1-回水阀常通端， 1b2-回水阀蓄热端， 1b3-回水阀放热端。 具体实施方式 0032 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。 0033 。

20、如图1图3所示的本发明实施例， 包括： 布置于温室内的集热池(2)、 储热池(3)、 循环水泵 (4)、 循环水泵(5)、 表冷器-风机(6)、 热泵(7)、 供水L型三通球阀(1a)、 回水L型 三通球阀(1b)、 控制系统、 供回水管路， 以及设置于集热池(2)、 储热池(3)和温室内的气温 传感器等。 其中集热池(2)和储热池(3)在温室内地下挖建而成， 四周砌砖并设置防水层、 保 温层， 集热池(2)和储热池(3)中注入水； 表冷器-风机(6)、 热泵(7)、 循环水泵 (4)、 循环水 泵(5)、 供水L型三通球阀(1a)和回水L型三通球阀(1b)都与控制系统相连， 设置于集热池 (。

21、2)、 储热池(3)和温室内的温度传感器气温传感器也与控制系统相连。 集热池(2)的体积较 小， 储热池(3)的体积较大。 0034 表冷器-风机(6)安装在温室屋脊的下方， 表冷器-风机(6)的进水口与供水L型三 通球阀(1a)的供水阀常通端(1a1)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀蓄热端(1a2)通过 循环水泵 (4)与集热池(2)相连， 供水L型三通球阀(1a)的供水阀放热端(1a3)通过循环水 泵(5)与储热池(3)相连； 表冷器-风机(6)的出水口与回水L型三通球阀(1b)1b的回水阀 常通端(1b1)相连， 回水L型三通球阀(1b)的回水阀蓄热端(1b2)与集热池(2)相连。

22、， 回水L型 三通球阀(1b)的回水阀放热端(1b3)与储热池(3)相连； 集热池(2)和储热池(3)之间通过热 泵(7)相连并传递热量； 通过热泵(7)控制集热池(2)中水温的同时， 将白天收集到的能量集 中储存于储热池(3)中， 温室内空气温度与集热池中的水温的温差控制在4度以上， 保证 白天系统的集热效率和集热量； 集热池(2)和储热池(3)间的体积比为1:3.54， 温室内蓄 水池的总体积减少30以上。 0035 在本实施例中， 所用日光温室位于北京市通州区， 温室坐北朝南， 太阳方位角为偏 东25 ， 东西长度50m， 跨度8m， 脊高3.8m， 后墙高2.6m。 温室后墙、 两侧山。

23、墙均采用双层140mm 聚苯乙烯泡沫板装配而成， 板内外涂抹3mm厚抗裂砂浆， 前屋面覆盖材料使用0.1mm厚聚乙 烯薄膜。 0036 在本实施例中， 表冷器-风机(6)包括三组表冷器和风机， 布置在温室屋脊下方距 离地面约3m的高处； 0037 在本实施例中， 集热池(2)容量约为1.5m3， 储热池(3)容量约为5.5m3； 0038 在本实施例中， 循环水泵 (4)和循环水泵(5)分别设置于集热池(2)和储热池 (3)内， 循环水泵 (4)和循环水泵(5)均为潜水泵， 额定功率为900W， 流量为12.4m3/h； 0039 在本实施例中， 热泵(7)额定制热量21kW， 额定制热输入功。

24、率5.12kW， 布置于集热 说明书 3/5 页 6 CN 111189233 A 6 池(2)和储热池(3)附近的水泥底座上， 并将集热池(2)作为热泵热源， 将储热池(3)作为热 泵热汇； 0040 在本实施例中， 所使用的控制系统为带输入屏的JCJ716DO智能多路控制器。 0041 本发明的工作过程为： 0042 白天集热过程， 如图1所示： 0043 白天时段， 太阳辐射进入温室内部， 室内气温逐渐升高， 控制系统将供水阀(1a)的 常通端(1a1)与供水阀(1a)的蓄热端(1a2)、 回水阀(1b)的常通端(1b1)和回水阀(1b)的蓄 热端(1b2)分别连通。 在控制系统的控制器。

25、(输入端)设置白天室内气温预设值Tbk22， 设 置白天水气温差预设值Twc14； 0044 步骤101、 当白天室内的气温超过白天室内气温预设值Tbk且气温与集热池(2)中的 水温温差Tsq白天水气温差预设值Twc1时： 控制系统开启风机(6)、 循环水泵 (4)， 表冷器- 风机(6)开始通过水气换热过程吸收室内空气中盈余的热能， 并经由液体管路将吸收到的 空气中的热能暂时集中在集热池(2)中。 0045 在步骤101的进行过程中， 当白天室内气温超过白天室内气温预设值Tbk且集热池 (2)中的水温Tx(Tbk-Twc1-1)(22-4-1)17时， 进入步骤111： 0046 步骤111。

26、、 控制系统打开热泵(7)进行热量转移， 将集热池(2)中的热能泵送至储热 池(3)中并储存， 以提高白天系统的集热效率和集热量。 0047 步骤112、 当白天室内气温小于白天室内气温预设值Tbk， 或者集热池中的水温Tx (Tbk-Twc1-4)(22-4-4)14时： 控制系统关闭热泵(7)， 热量转移停止。 0048 步骤102、 当白天室内气温小于预设值Tbk， 或者气温与集热池中的水温温差Tsq 白天水气温差预设值Twc1时： 控制系统关闭风机(6)和循环水泵 (4)， 收集空气中热能的集 热过程停止。 0049 白天时段， 在步骤101和步骤102间不断循环， 直至白天时段结束，。

27、 进入夜间时段。 0050 夜间放热过程， 如图3所示： 0051 夜间时段， 温室室内气温逐渐降低， 控制系统将供水阀(1a)的常通端(1a1)与供水 阀(1a)的放热端(1a3)、 回水阀(1b)的常通端(1b1)和回水阀(1b)的放热端(1b3)分别连通。 在控制系统的控制器(输入端)设置夜间室内气温预设值Tck8.5， 设置夜间水气温差预 设值Twc22； 0052 步骤201、 当夜间室内气温低于夜间室内气温预设值Tck时， 控制系统开启风机(6) 和循环水泵(5)， 循环水泵(5)将储热池(3)中的水输送至表冷器-风机(6)内， 表冷器- 风机(6)开始通过水气换热过程将储热池(3。

28、)水中的热能释放至室内空气中， 系统运行过程 中， 风机保持恒定的功率， 使得夜间室内气温可以均匀升高。 0053 步骤202、 当夜间室内气温超过夜间室内气温预设值(Tck+2)时， 或者储热池中的 水温与气温的温差Tsr夜间水气温差预设值Twc2时： 控制系统关闭表冷器-风机(6)和循环 水泵(5)， 放热过程停止。 0054 夜间时段， 在步骤201和步骤202间不断循环， 直至夜间时段结束。 0055 在工作过程中： Tbk为白天室内气温预设值， 即白天表冷器-风机开启运行的温度， ； Tck为夜间室内气温预设值， 也就是夜间表冷器-风机开启运行的温度， ； Tx为集热池中 的水温， ； Tsq为气温与集热池中的水温温差， ； Tsr为储热池中的水温与气温的温差， ； 说明书 4/5 页 7 CN 111189233 A 7 Twc1为白天水气温差预设值， ， Twc2为夜间水气温差预设值， ， Twc1和Twc2皆为表冷器-风机 的开启或关闭时的水气温差， 但白天与夜间的预设值不同。 说明书 5/5 页 8 CN 111189233 A 8 图1 说明书附图 1/3 页 9 CN 111189233 A 9 图2 说明书附图 2/3 页 10 CN 111189233 A 10 图3 说明书附图 3/3 页 11 CN 111189233 A 11 。