一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统 |
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| 申请号 | CN202011097107.4 | 申请日 | 2020-10-14 | 公开(公告)号 | CN112335467B | 公开(公告)日 | 2022-11-15 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 于艳玲; 秦江; 孙大汉; 王聪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出一种以 发酵 池为互补热源的昼夜 土壤 供暖系统，该供暖系统的支路供 水 泵 一端连接蓄热水箱B，一端连接地下供水管道，蓄热水箱A末端地下回水管道连接蓄热水箱B，形成回路；总供水泵一端连接蓄热水箱A，一端连接地下供水管道，地下回水管道最后连接蓄热水箱A，形成回路；发酵池进水泵一端连接蓄热水箱B，一端连接发酵池，发酵池再连接蓄热水箱B，形成回路； 太阳能 进水泵一端连接蓄热水箱A，一端连接 太阳能集热器 ，太阳能集热器再连接蓄热水箱A，形成回路。解决了 能源 消耗、环境污染及单级太阳能供暖系统无法在夜间持续供暖的问题，本发明在原有的单级太阳能供暖系统上加以改进，以发酵池为互补热源，降低成本并解决上述技术问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、蓄热水箱 A(2)、发酵池(3)、蓄热水箱 B(4)、两个高温容器换热装置(5)、支路供水泵(14)、总供水泵(15)、发酵池进水泵(16)、太阳能进水泵(17)、地下供水管道(18)和地下回水管道(19)，所述支路供水泵(14) 一端连接蓄热水箱 B(4)，一端连接地下供水管道(18)，蓄热水箱 A(2)末端的地下回水管道(19)形成支路连接蓄热水箱 B(4)，形成回路；所述总供水泵(15)一端连接蓄热水箱 A(2)，一端连接地下供水管道(18)，地下回水管道(19)最后连接蓄热水箱 A(2)，形成回路；所述发酵池进水泵(16)一端连接蓄热水箱 B(4)，一端连接发酵池(3)，发酵池(3)通过管道再连接蓄热水箱 B(4)，形成回路；所述太阳能进水泵(17)一端连接蓄热水箱 A(2)，一端连接太阳能集热器(1)，太阳能集热器(1)通过地下回水管道(19) 再连接蓄热水箱 A(2)，形成回路，所述蓄热水箱 A(2)和蓄热水箱 B(4)内分别安装有高温容器换热装置(5)； |
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| 说明书全文 | 一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统技术领域[0001] 本发明涉及一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，属于土壤供暖系统技术领域。 背景技术[0002] 随着大棚种植果蔬愈发普及，但冬季由于土壤温度过低，大棚内果蔬根系容易受低温冻伤，不利于果蔬的生长，因此发展土壤供暖技术变得更加重要。我国北方大多数农村地区使用火炕、火炉及燃煤锅炉等方式供暖，农村传统采暖方式热转化率较低，能源浪费巨大，土壤受热不均，且环境污染严重，因此迫切需要在北方农村地区推广清洁取暖技术。目前，清洁供暖措施主要有“煤改气”、“煤改电”和可再生能源等方式，但“煤改气”、“煤改电”方案虽为清洁能源，但仍存在价格过高、使用安全、农村地区管路敷设困难、 NOX污染等问题。 [0003] 目前，现有包括单级的太阳能供暖系统和多级互补的太阳能供暖系统，单级太阳能系统不可长时间持续供热，且受日照时长、天气变化的影响，补充的系统都是以电供暖、燃烧、热泵等方式，其中电供暖和燃烧方式存在着浪费资源和污染环境等问题，而热泵性能受外部环境影响较大，在恶劣气候条件下会出现制热量降低的问题，单独使用会使运行费用过高。 发明内容[0004] 本发明为了解决能源消耗、环境污染及单级太阳能供暖系统无法在夜间持续供暖的问题，提出一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，在原有的单级太阳能供暖系统上加以改进，通过以发酵池为互补热源，降低成本并解决上述技术问题。 [0005] 本发明提出一种以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，包括太阳能集热器、蓄热水箱A、发酵池、蓄热水箱B、两个高温容器换热装置、支路供水泵、总供水泵、发酵池进水泵、太阳能进水泵、地下供水管道和地下回水管道， [0006] 所述支路供水泵一端连接蓄热水箱B，一端连接地下供水管道，蓄热水箱A末端的地下回水管道形成支路连接蓄热水箱B，形成回路；所述总供水泵一端连接蓄热水箱A，一端连接地下供水管道，地下回水管道最后连接蓄热水箱A，形成回路；所述发酵池进水泵一端连接蓄热水箱B，一端连接发酵池，发酵池通过管道再连接蓄热水箱B，形成回路；所述太阳能进水泵一端连接蓄热水箱A，一端连接太阳能集热器，太阳能集热器通过管道再连接蓄热水箱A，形成回路，所述蓄热水箱A和蓄热水箱B内分别安装有高温容器换热装置。 [0007] 优选地，所述高温容器换热装置包括排气管、进气管和排水管，所述高温容器换热装置的进气口与发酵池通过进气管连接，排气口与大棚室通过该排气管连接，从发酵池中流出的高温二氧化碳气体和水蒸气经容器内部换热，同时向大棚室内排出二氧化碳气体肥料，所述高温容器换热装置底部设有排水管，及时排出冷凝水。 [0008] 优选地，所述发酵池上设置有热电偶和湿度探头，所述发酵池内的热电偶用来监控发酵池内的温度变化，热电偶将信号传递给电磁阀，从而控制电磁阀的启闭，实现从发酵池中取热的自适应控制；所述湿度探头用以监控发酵池内湿度的变化，从而判断内部管路是否有漏水发生，以便及时检修。 [0009] 优选地，所述电磁阀包括电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D和电磁阀E，所述电磁阀D设置在总供水泵一侧，所述电磁阀E设置在支路供水泵一侧，所述电磁阀C 设置在发酵池进水泵一侧，所述电磁阀A和电磁阀B分别设置在地下回水管道和其支管上，发酵池进水泵常开，通过电磁阀C实现对发酵池温度的控制，所述热电偶向电磁阀传输信号，使得当发酵池温度过低时自动关闭电磁阀C，水将不再流入发酵池中，待发酵池通过微生物的发酵使温度回升则电磁阀C自动开启，继续循环，日间供水模式时开启总供水泵和太阳能进水泵，关闭支路供水泵，夜间模式开启支路供水泵，关闭总供水泵和太阳能进水泵，其余阀门控制各自管段的水温，当水温不满足设定要求时则阀门自动关闭。 [0010] 优选地，所述发酵池和两个蓄热水箱外均包裹有保温层，防止热量的散失。 [0011] 本发明所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统的有益效果为： [0012] 1、本发明所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，在原有的单级太阳能供暖系统上加以改进，结合太阳能和发酵池供暖的各自优点，利用光照充足时太阳能系统的高效产热和发酵池的持续供暖能力，二者优势互补，降低资源的浪费、节约成本，解决环境污染及太阳能供暖系统的不可长时间持续供热，受日照时长、天气变化的问题，从而实现全天持续供暖。 [0013] 2、本发明所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，将发酵池作为热源，与太阳能供暖系统优势互补，与其它热源不同的是，通过电磁阀的启闭可以自动控制从发酵池中的取热量，实现自适应可控化取热。在白天阳光充足时利用太阳能系统进行供暖，同时将经在发酵池中升温的热水存储在蓄热水箱B中，当在夜间和日照不足时，通过发酵池和蓄热水箱B进行补充供暖，解决了阳光不足和夜间的补偿供暖问题，实现了全天持续供暖，节能减排，避免资源浪费的目的。附图说明 [0015] 在附图中： [0016] 图1是本发明所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统的结构示意图； [0017] 图中，1‑太阳能集热器，2‑蓄热水箱A，3‑发酵池，4‑蓄热水箱B，5‑高温容器换热装置，6‑排气管，7‑进气管，8‑排水管，9‑电磁阀A，10‑电磁阀B，11‑电磁阀C，12‑电磁阀 D，13‑电磁阀E，14‑支路供水泵，15‑总供水泵，16‑发酵池进水泵，17‑太阳能进水泵，18‑ 地下供水管道，19‑地下回水管道，20‑热电偶，21‑湿度探头。 具体实施方式[0018] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明： [0019] 具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统，包括太阳能集热器1、蓄热水箱A2、发酵池3、蓄热水箱B4、两个高温容器换热装置5、支路供水泵14、总供水泵15、发酵池进水泵16、太阳能进水泵17、地下供水管道18和地下回水管道19， [0020] 所述支路供水泵14一端连接蓄热水箱B4，一端连接地下供水管道18，蓄热水箱A2 末端的地下回水管道19形成支路连接蓄热水箱B4，形成回路；所述总供水泵15一端连接蓄热水箱A2，一端连接地下供水管道18，地下回水管道19最后连接蓄热水箱A2，形成回路；所述发酵池进水泵16一端连接蓄热水箱B4，一端连接发酵池3，发酵池3通过管道再连接蓄热水箱B4，形成回路；所述太阳能进水泵17一端连接蓄热水箱A2，一端连接太阳能集热器1，太阳能集热器1通过管道19再连接蓄热水箱A2，形成回路，所述蓄热水箱A2和蓄热水箱B4内分别安装有高温容器换热装置5。 [0021] 所述高温容器换热装置5包括排气管6、进气管7和排水管8，所述高温容器换热装置 5的进气口与发酵池3通过进气管7连接，排气口与大棚室通过该排气管6连接，从发酵池3中流出的高温二氧化碳气体和水蒸气经容器内部换热，同时向大棚室内排出二氧化碳气体肥料，所述高温容器换热装置5底部设有排水管8，及时排出冷凝水。蓄热水箱B4 中的高温容器换热装置同蓄热水箱A2一致。通过来自于发酵池的高温气体，既能够利用其显热及潜热的特性加热蓄热水箱中的水，还能够向大棚内排放二氧化碳气体肥料，实现资源的充分利用。 [0022] 所述发酵池3上设置有热电偶20和湿度探头21，所述发酵池3内的热电偶20用来监控发酵池3内的温度变化，热电偶20将信号传递给电磁阀，从而控制电磁阀的启闭，实现从发酵池中取热的自适应控制；所述湿度探头21用以监控发酵池3内湿度的变化，从而判断内部管路是否有漏水发生，以便及时检修。 [0023] 所述电磁阀包括电磁阀A9、电磁阀B10、电磁阀C11、电磁阀D12和电磁阀E13，所述电磁阀D12设置在总供水泵15一侧，所述电磁阀E13设置在支路供水泵14一侧，所述电磁阀C11设置在发酵池进水泵16一侧，所述电磁阀A9和电磁阀B10分别设置在地下回水管道19和其支管上，发酵池进水泵16常开，通过电磁阀C11实现对发酵池3温度的控制，所述热电偶20向电磁阀传输信号，使得当发酵池3温度过低时自动关闭电磁阀C11，水将不再流入发酵池3中，待发酵池3通过微生物的发酵使温度回升则电磁阀C11自动开启，继续循环，日间供水模式时开启总供水泵15和太阳能进水泵17，关闭支路供水泵14，夜间模式开启支路供水泵14，关闭总供水泵15和太阳能进水泵17，其余阀门控制各自管段的水温，当水温不满足设定要求时则阀门自动关闭。 [0024] 所述发酵池3和两个蓄热水箱外均包裹有保温层，防止热量的散失。 [0025] 所述的以发酵池为互补热源的昼夜土壤供暖系统的工作原理和具体操作过程： [0026] 所述支路供水泵14一端连接蓄热水箱B4，一端连接地下供水管道18形成支路，蓄热水箱A2末端的地下回水管道19形成支路连接蓄热水箱B4，形成回路。所述总供水泵一端连接蓄热水箱A2，一端连接地下供水管道18，地下回水管道19最后连接蓄热水箱，形成回路。所述发酵池进水泵16一端连接蓄热水箱B4，一端连接发酵池3，发酵池3通过管道再连接蓄热水箱B4，形成回路。所述太阳能进水泵一端连接蓄热水箱A2，一端连接 1‑太阳能集热器，太阳能集热器1通过管道再连接蓄热水箱A2，形成回路。所述高温容器换热装置设置在蓄热水箱A和B内，其进口与发酵池用进气管7连接，出口与大棚室内用排气管6连接，另在底部设有排水管8。电磁阀A9和电磁阀B10分别设置在地下回水管道19和其支管上，电磁阀C11设置在发酵池进水泵16旁，所述电磁阀D12设置在15水泵B旁，电磁阀E13设置在支路供水泵14旁。所述发酵池内设有热电偶20和湿度探头 21，用以监控发酵池内部的温度和湿度。 [0027] 在白天阳光充足时，太阳能系统单独工作即可满足加热热水的条件，所以发酵池系统在白天负责储热，即开启总供水泵、发酵池进水泵16和太阳能进水泵，开启电磁阀A9、电磁阀C11和电磁阀D12，同时关闭电磁阀B10和电磁阀E13，蓄热水箱A2内的水经太阳能进水泵的驱动进入太阳能集热器1中，加热后的水回到蓄热水箱A2中，经总供水泵将热水通入地下管道，再经地下回水管19回到蓄热水箱A2中，完成一个供暖循环。同时蓄热水箱B4中的水经发酵池进水泵16的驱动，进入发酵池3中加热，加热后水的回到蓄热水箱B4，完成一个储热循环。 [0028] 在夜间或持续光照不足时，开启电磁阀B10和电磁阀E13，关闭电磁阀A9和电磁阀D12，蓄热水箱B4中的水经支路供水泵14的驱动，通过支管进入到18‑地下供水管道，再经‑地下回水管19支管回到蓄热水箱B4中，同时开启电磁阀C11，经地下供暖后降温的水先回到蓄热水箱B4，再进入发酵池3被重新加热，最后回到蓄热水箱B，进而持续向地下供给热水，完成一个供暖循环。 [0029] 无论白天还是夜间，通过电磁阀C11，来控制发酵池3中的温度，当发酵池中的温度太低，热电偶20向电磁阀C11传输信号，则自动关闭电磁阀C11，阻断水的进入，待发酵池3温度温度升高则自动开启电磁阀C11，防止因发酵池内温度太低而导致的换热不充分同时也有利与发酵池中微生物的发育。 [0030] 将高温容器换热装置5斜放置在蓄热水箱A2和蓄热水箱B4中，发酵池3中排出的高温二氧化碳和水蒸气经进气管进入到高温换热容器装置中加热水箱中的水，经降温的二氧化碳从排气管进入到大棚室内提供气体肥料，冷凝水则通过斜面从排水口排出。 [0031] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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