土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能熱泵供熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]北方寒冷地區(qū)溫室大棚的大量建造，不僅解決了當(dāng)?shù)鼐用裥迈r果蔬的供應(yīng)，還解決了農(nóng)村經(jīng)濟的多元化發(fā)展(如溫室養(yǎng)殖、苗木培育等)，是關(guān)系到國計民生的大事。
[0003]《中國農(nóng)業(yè)百科全書：蔬菜卷》中對不同蔬菜適宜生產(chǎn)溫度的說明：一般的蔬菜作物在5°C ~10°C的情況下，緩慢生長；在IO0C ~20°C的情況下，正常生長；在200C ~35°C的情況下，加速生長；在溫度超過35°C和低于5°C時，蔬菜作物的生長將受到損害；適宜生長的溫度在20°C ~30°C之間，一般蔬菜的主根群深度不超過30厘米。
[0004]所以，北方寒冷地區(qū)溫室大棚在夜間和陰雨雪天氣必須供熱以保證大棚內(nèi)空氣不低于一定溫度，確保植物的正常生長。目前，溫室大棚供熱熱源主要采用燃煤鍋爐，大量使用煤炭已造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源緊缺，以上問題已成為威脅人類生存的頭等大事，對清潔能源的開發(fā)利用就顯得尤為重要。
[0005]太陽能作為一種免費的清潔能源，取值不僅且隨處可取，但太陽能由于能量密度低、連續(xù)性差，在若輻照情況下（陰雨天、夜間等）無法正常工人，限制了太陽能在供熱系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0006]將熱泵技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)結(jié)合，以太陽能作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?，既能提尚熱栗系統(tǒng)運彳丁效率，又能提尚太陽能的利用率。
[0007]同樣，太陽能熱泵在夜間和陰雨天氣無法正常工作，而在太陽輻照很高的時候又會產(chǎn)生富余能量的浪費。
[0008]另外，溫室大棚在正午前后大棚內(nèi)空氣溫度會出現(xiàn)過高的現(xiàn)象（40°C以上)，溫度過高會損害植物的生長，此時大棚內(nèi)空氣需要降溫，一般的做法是將大棚頂棚打開，然后把熱空氣排掉，這樣造成能量的浪費，無法將富余熱量收集、儲存、再利用。
[0009]因此，有必要提出一種土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)，將太陽能熱利用技術(shù)、熱泵技術(shù)和土壤儲能技術(shù)相結(jié)合，高效利用太陽能，實現(xiàn)熱量的收集、儲存和利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)及控制方法，將太陽能集熱、土壤儲能、大棚供熱和制冷功能合為一體，不僅有利于提高大棚夜間溫度，還提高了植物根系溫度，有利于植物生長，同時保證溫室大棚內(nèi)空氣溫度適宜植物生長，系統(tǒng)還能實現(xiàn)將溫室大棚內(nèi)多余熱量抽取并儲存至地下土壤，實現(xiàn)了溫室大棚內(nèi)空氣和土壤溫度的雙重控制。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)，包括：太陽能熱泵單元、土壤儲/取能單元、土壤源熱泵單元、室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元和控制單元，所述太陽能熱泵單元與土壤儲/取能單元連接，所述土壤儲/取能單元與土壤源熱泵單元連接，所述土壤源熱泵單元與室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元連接，所述控制單元分別與太陽能熱泵單元、土壤儲/取能單元、土壤源熱泵單元和室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元連接。
[0012]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述太陽能熱泵單元包括太陽能集熱蒸發(fā)器陣列、第一壓縮機、儲液罐、干燥過濾器和第一換熱器，
所述太陽能集熱蒸發(fā)器陣列包括多個并聯(lián)設(shè)置的太陽能集熱蒸發(fā)器模塊，所述太陽能集熱蒸發(fā)器模塊包括太陽能集熱蒸發(fā)器和第一電子膨脹閥，所述第一電子膨脹閥連接在太陽能集熱蒸發(fā)器的入口端，
所述太陽能集熱蒸發(fā)器陣列的工質(zhì)出口端與第一壓縮機的吸氣端連接，第一壓縮機的排氣端與第一換熱器的工質(zhì)側(cè)入口端連接，第一換熱器的工質(zhì)側(cè)出口端與儲液罐的入口端連接，儲液罐的出口端與干燥過濾器一端連接，干燥過濾器另一端與太陽能集熱蒸發(fā)器陣列的工質(zhì)入口端連接。
[0013]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述土壤儲/取能單元包括第一換熱器、第二換熱器、儲能循環(huán)水泵、分水器、集水器和橫埋管換熱器，
所述第一換熱器的水側(cè)出口端與第二換熱器的水側(cè)入口端連接，第二換熱器的水側(cè)出口端與分水器入口端連接，分水器出口端與橫埋管換熱器入口端連接，橫埋管換熱器出口端與集水器入口端連接，集水器出口端與儲能循環(huán)水泵入口端連接，儲能循環(huán)水泵出口端與第一換熱器水側(cè)入口端連接。
[0014]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述橫埋管換熱器埋設(shè)在大棚地平以下40~60cm。
[0015]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述土壤源熱泵單元包括第二壓縮機、四通換向閥、第三換熱器、第二電子膨脹閥和第二換熱器，
所述第二壓縮機的排氣端與四通換向閥的a接口端連接，第二壓縮機的吸氣端與四通換向閥的c接口端連接，四通換向閥的b接口端與第三換熱器工質(zhì)側(cè)的一端連接，第三換熱器工質(zhì)側(cè)的另一端與第二電子膨脹閥連接，第二電子膨脹閥另一端與第二換熱器工質(zhì)側(cè)的一端連接，第二換熱器工質(zhì)側(cè)的另一端與四通換向閥的d接口端連接。
[0016]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元包括第三換熱器、空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵和風(fēng)機盤管，
所述第三換熱器的水側(cè)出口端與空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的入口端連接，空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的出口端與風(fēng)機盤管進水端連接，風(fēng)機盤管出水端與第三換熱器的水側(cè)入口端連接。
[0017]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述風(fēng)機盤管還可為散熱片。
[0018]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述控制單元包括控制器、第一感溫探頭、第二感溫探頭和第三感溫探頭，
所述第一感溫探頭放置在太陽能集熱蒸發(fā)器內(nèi)，第二感溫探頭放置在室外，第三感溫探頭放置在溫室大棚內(nèi)，控制器通過導(dǎo)線分別與第一壓縮機、第二壓縮機、四通換向閥、儲能循環(huán)水泵和空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵連接。
[0019]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:一種土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)的控制方法，包括如下三種運行模式:儲能模式、供熱模式和降溫模式:
設(shè)太陽能集熱蒸發(fā)器的板芯溫度為Tb、室外環(huán)境溫度為T。、大棚內(nèi)空氣溫度為Ti，控制器根據(jù)各溫度探頭的溫度信號，控制第一壓縮機、第二壓縮機、四通換向閥、儲能循環(huán)水泵和空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的啟停；
一、儲能模式：Tb-T?！礎(chǔ)T1(其中八!\為太陽能熱泵設(shè)定的啟動溫差）時，開啟儲能循環(huán)水泵，延遲一段時間后，再開啟第一壓縮機，太陽能作為太陽能熱泵的低溫?zé)嵩?，冷凝產(chǎn)生的熱量經(jīng)土壤儲/取能單元儲存至地下土壤或作為土壤源熱泵單元的低溫?zé)嵩?；?dāng)Tb-T。< AT2 (其中AT2S太陽能熱泵設(shè)定的停機溫差）時，關(guān)閉第一壓縮機，延遲一段時間后，關(guān)閉儲能循環(huán)水泵；
二、供熱模式：當(dāng)Ti<T i (其中！\為供熱模式時大棚內(nèi)空氣溫度設(shè)定的下限值）時，儲能循環(huán)水泵開啟，同時空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵開啟，延遲一段時間后，開啟第二壓縮機，此時土壤作為土壤源熱泵的低溫?zé)嵩?，通過熱泵提取儲存于土壤中的能量，提升熱品質(zhì)后用于大棚供熱；當(dāng)Ti> T2 (其中T2S供熱模式時大棚內(nèi)空氣溫度設(shè)定的上限值）時，關(guān)閉第二壓縮機，延遲一段時間后，關(guān)閉儲能循環(huán)水泵和空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵；
三、降溫模式：當(dāng)Ti>T3 (其中T3S大棚內(nèi)植物正常生長時允許空氣溫度的最高極限值）時，四通換向閥通電改變方向，儲能循環(huán)水泵開啟，同時空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵開啟，延遲一段時間后，開啟第二壓縮機；此時土壤源熱泵切換為制冷模式，土壤源熱泵抽取大棚內(nèi)空氣中的熱量通過土壤儲/取能單元儲存至地下土壤中，大棚內(nèi)空氣溫度降低；當(dāng)!\< T3-AT3(其中AT3S降溫模式的設(shè)定溫差）時，關(guān)閉第二壓縮機，延遲一段時間后，再關(guān)閉四通換向閥、儲能循環(huán)水泵和空氣調(diào)節(jié)循環(huán)水泵。
[0020]本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明土壤源太陽能熱泵溫室大棚供熱系統(tǒng)及控制方法將太陽能集熱、土壤儲能、大棚供熱和制冷功能合為一體，白天將太陽能儲存至溫室大棚的土壤中，提高了土壤溫度，一方面有利于提高大棚夜間溫度，另一方面提高了植物根系溫度，有利于植物生長；在夜間和陰雨雪天氣，系統(tǒng)可以提取儲存于地下土壤的熱量經(jīng)過熱泵提升后對溫室大棚內(nèi)空氣進行加熱，保證溫室大棚內(nèi)空氣溫度在植物適宜生長的范圍內(nèi)；在晴天正午前后，溫室大棚內(nèi)空氣溫度過高時，系統(tǒng)能將溫室大棚內(nèi)多余熱量抽取并儲存至地下土壤，保證溫室大棚內(nèi)空氣溫度在植物適宜生長的范圍內(nèi)；實現(xiàn)了溫室大棚內(nèi)空氣和土壤溫度的雙重控制。