技术领域
[0001] 本
发明涉及沼气供暖技术领域，尤其涉及一种沼气池供暖系统及方法。
背景技术
[0002] 随着我国经济的发展、社会的进步，城市居民生活得到进一步的提高，但农村居民生活仍存在很多问题。这就要求发展农村生态农业生产方式，改善农村环境。其中综合利用沼气池就是改变农村环境的一个重要途径。建设一个沼气池可以使用20年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约
能源、改善和保护环境，还有节约化肥和
农药、提高
农作物的产量和
质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。
[0003] 村镇冬季利用沼气采暖技术，可有效减少
煤炭使用量，农村有丰富的
生物质能，且生物质属于
可再生能源，通过搭建沼气池利用生物质获得沼气，是解决目前农村对供暖的需求的一个方向。不但可以有效提高农村居民的生活舒适性，减少了农村土暖气的使用，而且能够做到对资源的可持续利用。但是，冬季沼气池产气率低是农村利用沼气供暖的一大难题。
[0004] 综上所述，
现有技术中对于如何提高冬季沼气池产气率的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种沼气池供暖系统及方法，其具有沼气池中产气量高、能够对沼气池实时监测并间歇加热、满足冬季采暖需求的效果。
[0006] 一种沼气池供暖系统，包括加热器和沼气池，所述沼气池的内部设有换
热管组，所述换热管组的入口端通过进
水管与加热器的进水口相连，所述换热管组的出口端通过回水管与加热器的出水口相连，经加热器加热的
循环水通过换热管组将热量传至沼气池；
[0007] 所述沼气池的内部设有
热电偶温度传感器，所述热电偶温度传感器与温度
控制器相连，热电偶温度传感器将沼气池中的温度
信号反馈到
温度控制器，对沼气池内部温度实时监测。
[0009] 进一步的，所述回水管上靠近加热器的一端设有热水
泵，靠近沼气池的一端设有温控阀；所述热水泵与温控阀之间设有防火阀。
[0010] 进一步的，所述换热管组包括相互连通的
内圈换热管和
外圈换热管，所述内圈换热器设于沼气池的中心
位置，所述外圈换热管设于沼气池的内壁上。
[0011] 进一步的，所述内圈换热管采用沉浸式换热管结构，所述外圈换热管采用螺旋状结构。
[0012] 进一步的，所述沼气池的内部设有用于
支撑换热管组的底座
支架，所述底座支架由多根
钢筋形成矩形网状结构。
[0013] 进一步的，所述底座支架的上部设有多个与底座支架垂直的纵向支架，所述内圈换热器固定于纵向支架的外侧。
[0014] 进一步的，所述沼气池的外部设有保温层，减少沼气池的热量损失。
[0015] 进一步的，所述加热管组采用PE-RT管，具有良好的
稳定性和长期的耐压性能。
[0016] 一种沼气池供暖系统的供暖方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤1：将加热器安装于室内，沼气池设置于室外，沼气池连接采暖炉；
[0018] 步骤2：当温度控制器显示沼气池内温度低于设定温度时，启动加热器和热水泵，对沼气池中换热管组进行稳定的加热；当温度控制器显示沼气池内温度高于设定温度时，关闭加热器和热水泵，停止加热，并继续对沼气池内温度进行监测，实现对沼气池间歇加热。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0020] (1)本发明采用自动控制的方式，由热电偶温度传感器将温度信号反馈到温度控制器，对沼气池内的温度进行实时监测，对沼气池实施间歇加热，保持沼气池内的中温环境，保证沼气池内
发酵菌的适宜温度环境，提高产气量；
[0021] (2)本发明在沼气池中设置内圈换热管和外圈换热管，保证沼气池从中心位置至四周都能均匀加热；且在沼气池外侧设置保温层，减少沼气池中热量损失；
[0022] (3)本发明以低谷电加热水保证了冬季沼气池的产气量，通过沼气池连接采暖炉等装置，进而满足冬季农村普通住宅的采暖问题，对冬季采暖方式提供了新的选择，有利于改善环境问题、治理雾霾现象，为推广新能源的开发利用有很大助
力。
附图说明
[0023] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性
实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0025] 图2为本发明的沼气池换热器的俯视图；
[0026] 图3为本发明的沼气池换热器的安装俯视图；
[0027] 图4为本发明的沼气池换热器的A-A剖视图；
[0028] 其中，1-加热器，2-沼气池，3-内圈换热管，4-热水泵，5-温控阀，6-防火阀，7-温度控制器，8-热电偶温度传感器，9-底座支架，10-进水管，11-回水管，12-纵向支架，13-外圈换热管。
具体实施方式
[0029] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031] 正如背景技术所介绍的，现有技术中存在冬季沼气池产气率的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种沼气池供暖系统及方法。
[0032] 本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提供了一种沼气池供暖系统，包括加热器1、沼气池2和采暖炉，沼气池2的一侧连接有加热器1，另一侧连接有采暖炉。
[0033] 所述沼气池2的内部设有换热管组，所述换热管组的入口端通过进水管10与加热器1的进水口相连，所述换热管组的出口端通过回水管11与加热器1的出水口相连，经加热器1加热的循环水通过换热管组将热量传至沼气池2。
[0034] 所述进水管10上设有温控阀5，所述回水管11上靠近加热器1的一端设有热水泵4，所述回水管11上靠近沼气池2的一端设有温控阀5；所述热水泵4与温控阀5之间设有防火阀6。
[0035] 所述沼气池2的内部设有热电偶温度传感器8，所述热电偶温度传感器8与温度控制器7相连，温度控制器7设于沼气池2的外部，热电偶温度传感器8将沼气池2中的温度信号反馈到温度控制器8，对沼气池2内部温度实时监测。
[0036] 所述换热管组包括相互连通的内圈换热管3和外圈换热管13，所述内圈换热器3设于沼气池2的中心位置，所述外圈换热管13设于沼气池2的内壁上。
[0037] 所述内圈换热管3采用沉浸式换热器结构，即换热管呈螺旋状。
[0038] 所述沼气池2的内部设有用于支撑换热管组的底座支架9，所述底座支架9由多根
钢筋形成矩形网状结构。
[0039] 所述底座支架9的上部设有多个与底座支架9垂直的纵向支架12，所述内圈换热管3固定于纵向支架12的外侧。
[0040] 所述沼气池2的外部设有保温层，以减少沼气池2中的热量损失。
[0041] 所述加热管组采用PE-RT管，具有良好的稳定性和长期的耐压性能。
[0042] 所述加热器1为电加热器或
太阳能热水器等能够作为热源的设备。
[0043] 使用沼气池供暖系统的时，将加热器1安装于室内，沼气池2设置于室外，沼气池2连接采暖炉；当温度控制器8显示沼气池2内温度低于设定温度时，启动加热器1和热水泵4，对沼气池2中换热管组进行稳定的加热；当温度控制器8显示沼气池2内温度高于设定温度时，关闭加热器1和热水泵4，停止加热，并继续对沼气池2内温度进行监测，实现对沼气池2间歇加热。
[0044] 本申请的另一种实施方式中，以济南地区为研究背景，采暖面积设定为70m2的村镇节能住居建筑，采暖期平均热负荷为20W/m2，即日平均采暖热负荷为1400W，根据该建筑热负荷值以及沼气的热值22000KJ/m3可知，每天所需产气量为5.5m3。根据中温时发酵菌的性能算得所需沼气池2的容积为7.7m3，因此，以8m3圆筒形沼气池为研究对象。
[0045] 沼气池2的外侧设有挤塑板，用于外保温。沼气池2中沼液体积约7m3，储气容积约3
1m。沼液采用
牛粪与水的混合物，质量比取为1:12，即牛粪质量占比为7.7％，水分质量占比为92.3％，牛干粪的
比热为1.5kJ/(kg·℃)，因此沼气池所用沼液的
热容3.82kJ/(kg·k)。同理，利用投料的总质量与总体积可以算出，所用沼液的
密度为952kg/m3。
[0046] 算定比热与密度后，由于沼气池的深度较浅，
土壤温度与空气温度相差无几，因此土壤温度取济南地区冬季室外计算温度-5.3℃。在此条件下计算可得，沼液降低2℃，
散热量约52716kJ。
[0047] 由上述计算可得8m3的沼气池在一月份平均负荷约200W，从而可以得出，沼气池约3天不需加热即可保证正常产气量。
[0048] 考虑利用夜间低谷电价对沼气池2进行加热，使沼气池2内温度升至35℃，加热时间设定为12h，由计算可得，加热器1的功率需达到1420.3W方能满足要求。而通过计算，要满足此加热要求，需要的PE-RT管的长度大概为23.3m。
[0049] 螺旋状内圈换热管3的环向间距设置为250mm，内圈换热管3内水流速度取0.6m/s，水力计算可得内圈换热管3管内径12mm，因此内圈换热管3选用De16的PE-RT管。
[0050] 如图4所示，在沼气池内距地面200mm的高度架设Φ10的钢筋做成的高度为200mm，间距为300mm的矩形网状的底盘支架，将换热管组固定于底盘支架的上部，并在距离沼气池中心250mm的四个位置分别设置4根高为1000mm、内径为Φ10的钢筋柱，围成截面为正方形的纵向支架。
[0051] 在沼气池内壁面上以间距为250mm、螺旋形式铺设外圈换热管，最高至距离沼气池罐体底部950mm的高度。在4根钢筋柱位置采用螺旋上升的铺设形式形成沉浸式管换热器，即为内圈换热管，通过内圈换热管和外圈换热管在沼气池中由底部至中心到四周对沼液进行加热。
[0052] 沼气池中的换热管组热源来自加热器1，加热器1安装于室内，沼气池2建在住宅朝阳侧的院子
角落，使其可以充分得到阳光照射，以减少沼气池2负荷，产生的沼气通向采暖炉，通过燃烧换热产生热水，将热水供给用户，从而满足用户冬季对采暖的需要。
[0053] 当热电偶8的控制器7显示沼气池2内温度低于控制温度需要加热时，则系统将在低谷电期间自行启动加热器1和热水泵4，对换热器进行稳定的加热；当控制器7显示沼气池2内温度满所设定的温度标准不需加热时，系统将自行关闭加热器1和热水泵4，停止对换热器的加热，并继续对沼气池内温度进行监测。
[0054] 控制策略方面采用间歇加热沼气池1的运行模式。如图2所示，沼气池热源来自加热器1，当沼气池内沼液温度低于33℃时，信号反馈至温度控制器7，启动加热器1加热，启动热水泵4，热水进入换热管组加热沼气池2，当沼液温度达到35℃时，停止对沼气池2的加热，温度控制器7控制关闭加热器1和热水泵4，实现对沼气池的间歇加热。
[0055] 采用自动控制的方式运行，热电偶温度传感器将温度信号反馈至温度控制器，对沼气池内的温度进行实时监测。由于温度的衰减存在延迟，因此在低于33℃时仍需一定的时间，当沼气池内温度即将到达33℃或已经到达33℃，及时利用低谷电，利用加热器加热循环水，通过进水管和换热管组把热量传至沼气池，使沼气池温度稳定上升至35℃，保持沼气池内的中温环境，保证沼气池内发酵菌的合适的沼气环境，提高产气量。当发酵池内的温度开始达到设定温度35℃时，由热电偶温度传感器反馈信号到温度控制器，从而关闭
循环泵和加热器，停止对沼气池的加热。
[0056] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
