專利名稱：一種用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于節(jié)能領(lǐng)域，涉及地源熱泵/空氣源熱泵技術(shù)，尤其涉及一種用地源/空 氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù)：
沼氣是適合在中國(guó)農(nóng)村推廣利用的可再生能源。但是寒冷季節(jié)沼氣池產(chǎn)氣量很 少，甚至不產(chǎn)氣的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了沼氣在農(nóng)村的使用和推廣，其主要原因是環(huán)境溫度過(guò) 低，降低了沼氣發(fā)酵微生物的活性。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度對(duì)發(fā)酵效率具有正向促進(jìn)作用，所以合理控制溫度在未 來(lái)沼氣工程中是非常必要的。一般情況下，沼氣細(xì)菌在8 60°C范圍內(nèi)都能進(jìn)行發(fā)酵。10 26°C為常溫發(fā)酵區(qū)。在這個(gè)溫度條件下，池容產(chǎn)氣率可達(dá)0. 15 0. 30m3/(m3 -d)(池容產(chǎn)氣 率指沼氣池單位體積每天生產(chǎn)的沼氣量)；28 38°C為中溫發(fā)酵區(qū)(最適溫度為35°C)，池 容產(chǎn)氣率可達(dá)1. Om3/(m3 -d)左右；46 60°C為高溫發(fā)酵區(qū)，池容產(chǎn)氣率可達(dá)2. 0 2. 5m3/ (m3· d)。因此，如果有一種加溫方法，能使沼氣池的池溫在寒冷季節(jié)達(dá)到并保持在一個(gè)適 宜的水平，就能保證沼氣的產(chǎn)氣量。目前沼氣池加溫方式主要有以下6種電加溫、太陽(yáng)能加溫、化石能源熱水鍋爐加 溫、沼氣鍋爐加溫、沼氣發(fā)電余熱加溫和燃池式加溫。電加溫技術(shù)采用電加熱器加熱熱水，通過(guò)熱水在沼氣池中循環(huán)管內(nèi)的流動(dòng)來(lái)加溫 發(fā)酵料液的。但該方法卻以消耗高品位電能為代價(jià)，節(jié)能性不高；太陽(yáng)能加溫系統(tǒng)是通過(guò) 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)完成熱能的采集和傳輸，由太陽(yáng)能熱水通過(guò)換熱器加溫料液。該系統(tǒng)節(jié)能 環(huán)保、操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，但易受天氣狀況的影響；化石能源熱水鍋爐加溫是以燃 燒煤炭、石油等燃料的熱水鍋爐為熱源，通過(guò)換熱設(shè)備對(duì)發(fā)酵料液加溫。但是燃料的燃燒會(huì) 產(chǎn)生大量的煙塵和有害氣體，污染環(huán)境，同時(shí)能量利用率不高；沼氣鍋爐加溫是燃燒系統(tǒng)自 身產(chǎn)生的一部分沼氣，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠诜磻?yīng)器底部管道中流動(dòng)，進(jìn)而給沼氣池加溫， 該方法加溫效率高，同時(shí)對(duì)設(shè)備和操作技術(shù)要求比較高；沼氣發(fā)電余熱加溫是在沼氣熱電 聯(lián)產(chǎn)工程中，發(fā)電機(jī)組發(fā)電的同時(shí)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)將排放將近600°C的氣體，高溫氣體中含有大 量的余熱，通過(guò)余熱回收系統(tǒng)中的換熱器用余熱加溫發(fā)酵原料，一般只應(yīng)用于大型沼氣工 程；燃池式加溫是一種設(shè)置在地下的進(jìn)行燃料陰燃的地坑，池中燃料進(jìn)行慢燃，池蓋和池壁 表面根據(jù)調(diào)節(jié)可保持在中溫發(fā)酵所需溫度。這種方法一次性投入低質(zhì)燃料即可燃燒一個(gè)冬 季，無(wú)需人工管理，一般用于戶用型沼氣工程。以上加溫方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，但從中等規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)廢水治理工程實(shí)際出發(fā)，目前尚 沒(méi)有比較經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能環(huán)保的加溫方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)和控制方法。即以地?zé)崮芎涂諝鉄崮転闊嵩?，通過(guò)地源熱泵/空氣源熱泵加溫系統(tǒng)對(duì)料液進(jìn)行加 溫。在保證產(chǎn)氣率的前提下，提高了能源利用率并降低了建設(shè)成本。其中地源熱泵主要在 寒冷季節(jié)使用，而空氣源熱泵主要在溫暖季節(jié)使用，避開(kāi)空氣源熱泵可能會(huì)結(jié)露結(jié)霜的寒 冷季節(jié)使用。本發(fā)明的工作原理如下在寒冷季節(jié)，把室外平均溫度連續(xù)十天低于20°C，啟用 地源熱泵機(jī)組把地下土壤與循環(huán)水進(jìn)行熱交換；當(dāng)室外溫度連續(xù)十天高于20°C，啟用空氣 源熱泵機(jī)組把空氣與沼氣池循環(huán)水進(jìn)行熱交換并且當(dāng)?shù)叵缕骄鶞囟鹊陀?7°C是補(bǔ)充地下 熱量。進(jìn)而使循環(huán)水溫度提高，再通過(guò)對(duì)地源熱泵/空氣源熱泵輸入少量的高品位電能， 實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移，進(jìn)而使得地源熱泵機(jī)組/空氣源熱泵機(jī)組出水溫度達(dá)45°C 左右，熱水在熱盤管中，以輻射和對(duì)流的方式與沼氣池中發(fā)酵原料進(jìn)行熱交換，使沼氣池溫 度保持在中溫發(fā)酵范圍內(nèi)。安裝溫度自動(dòng)控制裝置現(xiàn)實(shí)溫度自控，當(dāng)沼氣池內(nèi)溫度降低到 35°C以下時(shí)，地源熱泵/空氣源熱泵機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，通過(guò)消耗電能把地下水的熱量轉(zhuǎn)移到 沼氣池中熱盤管內(nèi)的熱水中，再對(duì)發(fā)酵原料加溫；當(dāng)?shù)卦?空氣源熱泵機(jī)組的進(jìn)、出水溫差 滿足7. 5 °C并且沼氣池的溫度在35 °C時(shí)，地源/空氣源熱泵機(jī)組將自動(dòng)停止工作。本發(fā)明提出的用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)，由地下環(huán)路10、風(fēng)冷 設(shè)備9、地源/空氣源熱泵公用機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，其中地源/空氣源熱泵公用機(jī)組包括壓縮機(jī)6和冷凝器7 ；第一蒸發(fā)器5、壓縮機(jī)6、冷 凝器7和第二蒸發(fā)器8依次通過(guò)管道連接，形成閉式通道；第一蒸發(fā)器5的輸出端連接地下 環(huán)路10，輸入端連接地源側(cè)電磁閥1，第一蒸發(fā)器5通過(guò)空氣源側(cè)電磁閥2連接風(fēng)冷設(shè)備9 形成閉式通道；地下環(huán)路10輸出端與地源側(cè)電磁閥1連接的管路上接有第一電磁閥3，第 一電磁閥3另一端連接冷凝器7輸入端，地下環(huán)路10的輸入端通過(guò)第二電磁閥4連接冷凝 器7的輸出端；控制系統(tǒng)由環(huán)境溫度傳感器11、土壤平均溫度傳感器12、地源熱泵機(jī)組出水溫度 傳感器13、地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器14、沼氣池溫度傳感器15、信號(hào)發(fā)生器、執(zhí)行器、 單片機(jī)25和電腦26組成；環(huán)境溫度傳感器11通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器16連接單片機(jī)25，地 源側(cè)電磁閥1通過(guò)第一執(zhí)行器21連接單片機(jī)25構(gòu)成閉合回路；空氣源側(cè)電磁閥2通過(guò)第 二執(zhí)行器22連接單片機(jī)25構(gòu)成閉合回路；第一電磁閥3通過(guò)第三執(zhí)行器23連接單片機(jī) 25構(gòu)成閉合回路；第二電磁閥4通過(guò)第四執(zhí)行器24連接單片機(jī)25構(gòu)成閉合回路；土壤平 均溫度傳感器12通過(guò)第二信號(hào)發(fā)生器17連接單片機(jī)25的輸入端，地源熱泵機(jī)組出水溫度 傳感器13通過(guò)第三信號(hào)發(fā)生器18連接單片機(jī)25的輸入端，地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器 14通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器19連接單片機(jī)25的輸入端，沼氣池溫度傳感器15通過(guò)第五信號(hào)發(fā) 生器20連接單片機(jī)25的輸入端；單片機(jī)25連接電腦26。本發(fā)明中，所述地下環(huán)路10為地埋管和閥門，所述風(fēng)冷設(shè)備9為風(fēng)機(jī)。本發(fā)明提出的用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的控制方法，具體步驟如下(1)環(huán)境溫度傳感器11采集溫度信號(hào)通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器16發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信 號(hào)并傳輸給單片機(jī)25，經(jīng)過(guò)單片機(jī)25的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦26中，采用相應(yīng)的程序分析溫 度數(shù)據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天低于20°C時(shí)，發(fā)出控制指令，執(zhí)行器操作相應(yīng)指 令實(shí)現(xiàn)地源側(cè)電磁閥1開(kāi)啟，源側(cè)電磁閥2、第一電磁閥3和第二電磁閥4關(guān)閉，此時(shí)以地下 土壤為熱源的工作模式；當(dāng)以地下土壤為熱源的工作模式進(jìn)行時(shí)，機(jī)組并非連續(xù)運(yùn)行。地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器14、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器13和沼氣池溫度傳感器15采 集溫度信號(hào)分別通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器19、第三信號(hào)發(fā)生器18和第五信號(hào)發(fā)生器20發(fā)出相 應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)25，并轉(zhuǎn)輸給電腦26，如果電腦26程序發(fā)現(xiàn)地源熱泵機(jī)組進(jìn)、 出水溫差滿足7. 5°C，且沼氣池的溫度在35°C時(shí)發(fā)出指令，執(zhí)行器實(shí)行操作動(dòng)作，使得地源 側(cè)電磁閥1、空氣源側(cè)電磁閥2、第一電磁閥3和第二電磁閥4均關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)加溫系統(tǒng)停 止加熱；(2)環(huán)境溫度傳感器11采集溫度信號(hào)通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器16發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信 號(hào)并傳輸給單片機(jī)25，經(jīng)過(guò)單片機(jī)25的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦26中，相應(yīng)的程序分析溫度數(shù) 據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天高于20°C時(shí)，發(fā)出控制指令，執(zhí)行器操作相應(yīng)指令實(shí) 現(xiàn)空氣源側(cè)電磁閥2開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥1、第一電磁閥3和第二電磁閥4均關(guān)閉，此時(shí)以室 外空氣為熱源的工作模式；當(dāng)以室外空氣為熱源的工作模式進(jìn)行時(shí)，機(jī)組并非連續(xù)運(yùn)行。地 源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器14、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器13和沼氣池溫度傳感器15 采集溫度信號(hào)分別通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器19、第三信號(hào)發(fā)生器18和第五信號(hào)發(fā)生器20發(fā)出 相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)25，并轉(zhuǎn)輸給電腦26，如果電腦26程序發(fā)現(xiàn)地源熱泵機(jī)進(jìn)、 出水溫差滿足7. 5°C，且沼氣池的溫度在35°C時(shí)發(fā)出指令，執(zhí)行器實(shí)行操作動(dòng)作，使得地源 側(cè)電磁閥1、空氣源側(cè)電磁閥2、第一電磁閥3和第二電磁閥4均關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)加溫系統(tǒng)停 止加熱；(3)環(huán)境溫度傳感器11和土壤平均溫度傳感器12采集溫度信號(hào)分別通過(guò)第一信 號(hào)發(fā)生器16、第二信號(hào)發(fā)生器17發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并傳輸給單片機(jī)25，經(jīng)過(guò)單片機(jī)25 的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦26中，相應(yīng)的程序分析溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫度連續(xù)十 天高于20°C，且土壤平均溫度低于17°C時(shí)發(fā)出控制指令，空氣源側(cè)電磁閥2開(kāi)啟，地源側(cè)電 磁閥1、第一電磁閥3和第二電磁閥4關(guān)閉，工作2小時(shí)后電腦26程序發(fā)出指令，執(zhí)行器發(fā) 出動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)空氣源側(cè)電磁閥2、第一電磁閥3和第二電磁閥4開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥1關(guān)閉， 此時(shí)用室外空氣熱量補(bǔ)充地下熱量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)采用本發(fā)明的地源熱泵/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池技術(shù)，可 以采用現(xiàn)場(chǎng)組裝即能便捷實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用安全方便；(2)地源熱泵/空氣源熱泵加溫 系統(tǒng)能自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，很好的利用了土壤熱量，能耗小；(3)無(wú)需燃料，沒(méi)有污染，不 受天氣影響。


圖1為地源熱泵/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池系統(tǒng)框圖。圖2為圖1為地源熱泵/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖。圖中標(biāo)號(hào)1為地源側(cè)電磁閥；2為空氣源側(cè)電磁閥；3為第一電磁閥；4為第二電 磁閥；5為第一蒸發(fā)器；6為壓縮機(jī)；7為冷凝器；8為第二蒸發(fā)器；9為風(fēng)冷設(shè)備；10為地下 環(huán)路；11為環(huán)境溫度傳感器；12為土壤平均溫度傳感器；13為地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感 器；14為地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器；15為沼氣池溫度傳感器；16-20分別為第一信號(hào) 發(fā)生器、第二信號(hào)發(fā)生器、第三信號(hào)發(fā)生器、第四信號(hào)發(fā)生器和第五信號(hào)發(fā)生器；21-24分 別為第一執(zhí)行器、第二執(zhí)行器、第三執(zhí)行器和第四執(zhí)行器；25為單片機(jī)(數(shù)據(jù)采集板)；26 為電腦。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1 如圖1-圖2所示，本系統(tǒng)由地下環(huán)路10、風(fēng)冷設(shè)備9、地源/空氣源熱泵 公用機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)中的控制參數(shù)采集部分包括環(huán)境溫度傳感器11、土 壤平均溫度傳感器12、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器13、地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器14 和沼氣池溫度傳感器15，均為DS18B20溫度傳感器采集溫度信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)中沼氣池溫度 控制部分由信號(hào)發(fā)生器、執(zhí)行器、單片機(jī)25和電腦26組成，單片機(jī)25和電腦26之間通過(guò) R232接口信號(hào)線連接，其余部分均由信號(hào)線直接相連，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。地下環(huán)路10是地埋 管和一些閥門，風(fēng)冷設(shè)備9為一個(gè)風(fēng)機(jī)，這兩者在加熱模式中充當(dāng)機(jī)組四大件(冷凝器7、壓 縮機(jī)6、第一蒸發(fā)器5和第二蒸發(fā)器8)中蒸發(fā)器；機(jī)組公用部分由壓縮機(jī)6和冷凝器7組 成，是兩種不同機(jī)組加溫模式的公用部分。第一蒸發(fā)器5、壓縮機(jī)6、冷凝器7和第二蒸發(fā)器 8依順序由銅管連接起來(lái)，形成閉式通道；制冷劑在其中流動(dòng)，以逆卡諾原理循環(huán)實(shí)現(xiàn)為沼 氣池加溫?？刂葡到y(tǒng)主要通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)啟與關(guān)閉、運(yùn) 行模式的切換等。第一蒸發(fā)器5的輸出端連接地下環(huán)路10，輸入端連接地源側(cè)電磁閥1，第 一蒸發(fā)器5通過(guò)空氣源側(cè)電磁閥2連接風(fēng)冷設(shè)備9形成閉式通道；地下環(huán)路10輸出端與地 源側(cè)電磁閥1連接的管路上接有第一電磁閥3，第一電磁閥3另一端連接冷凝器7輸入端， 地下環(huán)路10的輸入端通過(guò)第二電磁閥4連接冷凝器7的輸出端。空氣源熱泵系統(tǒng)每天開(kāi)啟4個(gè)小時(shí)，其中2個(gè)小時(shí)用來(lái)給沼氣池加溫，另外2個(gè)小 時(shí)用來(lái)把空氣熱量傳送到地下，以補(bǔ)充寒冷季節(jié)從地下抽取的熱量。控制系統(tǒng)包括控制參數(shù)采集系統(tǒng)、沼氣池溫度控制系統(tǒng)和加溫模式切換控制系 統(tǒng)。1、控制參數(shù)采集系統(tǒng)由沼氣池溫度、沼氣池?zé)岜P管進(jìn)出水溫差和環(huán)境平均溫度控 制。采集儀器為溫度傳感器和單片機(jī)，境溫度傳感器11、土壤平均溫度傳感器12、地源熱泵 機(jī)組出水溫度傳感器13、地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器14和沼氣池溫度傳感器15均通過(guò) 信號(hào)線與單片機(jī)25連接，將數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)25，進(jìn)而電腦26控制平臺(tái)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采 集和分析平臺(tái)接收到控制信號(hào)后執(zhí)行設(shè)定的控制模式而實(shí)現(xiàn)控制功能。2、沼氣池溫度控制系統(tǒng)工作模式為控制參數(shù)采集系統(tǒng)采集沼氣池的溫度和熱盤 管進(jìn)、出水溫差后，如果進(jìn)、出水溫差滿足7. 5°C并且沼氣池的溫度在35°C時(shí)，加溫系統(tǒng)停 止加熱，反之，加溫系統(tǒng)啟動(dòng)。3、控制參數(shù)采集系統(tǒng)采集室外平均溫度、地下土壤平均溫度等來(lái)變換加溫模式。 加溫模式有以下3種1)當(dāng)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天低于20°C時(shí)，地源側(cè)電磁閥1開(kāi)啟，空氣源側(cè)電磁閥 2、第一電磁閥3和第二電磁閥4關(guān)閉，此時(shí)以地下土壤為熱源的工作模式；2)當(dāng)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天高于200C時(shí)空氣源側(cè)電磁閥2開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥1、 第一電磁閥3和第二電磁閥4關(guān)閉，此時(shí)以室外空氣為熱源的工作模式；3)當(dāng)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天高于20°C并且地下土壤平均溫度低于17°C時(shí)，空氣 源側(cè)電磁閥2開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥1、第一電磁閥3和第二電磁閥4關(guān)閉，工作2小時(shí)后切換 為開(kāi)啟空氣源側(cè)電磁閥2、第一電磁閥3和第二電磁閥4，關(guān)閉地源側(cè)電磁閥1，此時(shí)用室外空氣熱量補(bǔ)充地下熱量。本發(fā)明中，沼氣池在加溫系統(tǒng)的作用下溫度能保持在(35士2) °C左右，在中溫發(fā)酵 的范圍，產(chǎn)氣率可以保持在0.6m3/(m3*d)左右。有時(shí)發(fā)酵溫度可以到達(dá)35°C，產(chǎn)氣率達(dá)到 1. Im3/ (m3 · d)。本發(fā)明中，地源熱泵機(jī)組制熱效率(COP)保持在3. 6左右，系統(tǒng)COP為2. 7左右， 系統(tǒng)的一次能耗較小，一次能源利用系數(shù)可達(dá)到0. 84，與電熱膜加溫系統(tǒng)相比節(jié)能率為 63%。將上述系統(tǒng)用于擁有300頭存欄豬，日產(chǎn)氣量為36m3，供30家用戶實(shí)用的小型集 中供氣工程，該沼氣池有效容積為69. 3m3。沼氣池內(nèi)部尺寸為3.8mX3.8mX4.8m(長(zhǎng)X 寬X高)，在池底和池壁加7cm厚的閉泡聚苯泡沫板的保溫隔熱材料，減弱了沼氣池與大 地、空氣的熱傳導(dǎo)。沼氣池頂部覆蓋塑料薄膜保溫，覆蓋面大于池面以利于保溫。在沼氣池 內(nèi)壁沿墻壁鋪設(shè)加溫盤管用于加熱。加溫盤管采用Φ 25*2. 8的PERT管材，盤管總長(zhǎng)200m， 盤管間距200mm。為了加快料液熱傳遞，改善加溫效果，在沼氣池安裝了攪拌裝置。在沼氣池 一側(cè)壁中間距池底高0. 8m處安裝一臺(tái)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。攪拌機(jī)的參數(shù)是額定功率2. 5kw, 額定工作頻率是50Hz，轉(zhuǎn)速740r/min。地源熱泵機(jī)組為10. 2kw/380Vo其中地源熱泵系統(tǒng)平均每天工作1. 5h，間歇運(yùn)行，可以緩解地下土壤溫度場(chǎng)的熱 失衡。沼氣池溫度保持在(32士2) °C左右，產(chǎn)氣率可以保持在0. 6m3/(m3 · d)左右，是國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值0. 2 0. 4m3/ (m3 · d)的1. 5 3倍。
權(quán)利要求
一種用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)，由地下環(huán)路(10)、風(fēng)冷設(shè)備(9)、地源/空氣源熱泵公用機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，其特征在于地源/空氣源熱泵公用機(jī)組包括壓縮機(jī)(6)和冷凝器(7)；第一蒸發(fā)器(5)、壓縮機(jī)(6)、冷凝器(7)和第二蒸發(fā)器(8)依次通過(guò)管道連接，形成閉式通道；第一蒸發(fā)器(5)的輸出端連接地下環(huán)路(10)，輸入端連接地源側(cè)電磁閥(1)，第一蒸發(fā)器(5)通過(guò)空氣源側(cè)電磁閥(2)連接風(fēng)冷設(shè)備(9)形成閉式通道；地下環(huán)路(10)輸出端與地源側(cè)電磁閥(1)連接的管路上接有第一電磁閥(3)，第一電磁閥(3)另一端連接冷凝器(7)輸入端，地下環(huán)路(10)的輸入端通過(guò)第二電磁閥4連接冷凝器(7)的輸出端；控制系統(tǒng)由環(huán)境溫度傳感器(11)、土壤平均溫度傳感器(12)、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器(13)、地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器(14)、沼氣池溫度傳感器(15)、信號(hào)發(fā)生器、執(zhí)行器、單片機(jī)(25)和電腦(26)組成；環(huán)境溫度傳感器(11)通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器(16)連接單片機(jī)(25)，地源側(cè)電磁閥(1)通過(guò)第一執(zhí)行器(21)連接單片機(jī)(25)構(gòu)成閉合回路；空氣源側(cè)電磁閥(2)通過(guò)第二執(zhí)行器(22)連接單片機(jī)(25)構(gòu)成閉合回路；第一電磁閥(3)通過(guò)第三執(zhí)行器(23)連接單片機(jī)(25)構(gòu)成閉合回路；第二電磁閥(4)通過(guò)第四執(zhí)行器(24)連接單片機(jī)(25)構(gòu)成閉合回路；土壤平均溫度傳感器(12)通過(guò)第二信號(hào)發(fā)生器(17)連接單片機(jī)(25)的輸入端，地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器(13)通過(guò)第三信號(hào)發(fā)生器(18)連接單片機(jī)(25)的輸入端，地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器(14)通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器(19)連接單片機(jī)(25)的輸入端，沼氣池溫度傳感器(15)通過(guò)第五信號(hào)發(fā)生器(20)連接單片機(jī)(25)的輸入端；單片機(jī)(25)連接電腦(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)，其特征在于所 述地下環(huán)路(10)為地埋管和閥門，所述風(fēng)冷設(shè)備(9)為風(fēng)機(jī)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于具體步驟如下(1)環(huán)境溫度傳感器(11)采集溫度信號(hào)通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器(16)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信 號(hào)并傳輸給單片機(jī)(25)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)(25)的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦(26)中，采用相應(yīng)的程序 分析溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天低于20°C時(shí)，發(fā)出控制指令，執(zhí)行器操作 相應(yīng)指令實(shí)現(xiàn)地源側(cè)電磁閥(1)開(kāi)啟，源側(cè)電磁閥(2)、第一電磁閥(3)和第二電磁閥⑷ 關(guān)閉，此時(shí)以地下土壤為熱源的工作模式；當(dāng)以地下土壤為熱源的工作模式進(jìn)行時(shí)，機(jī)組并 非連續(xù)運(yùn)行；地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器(14)、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器(13)和沼 氣池溫度傳感器(15)采集溫度信號(hào)分別通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器(19)、第三信號(hào)發(fā)生器(18) 和第五信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)(25)，并轉(zhuǎn)輸給電腦(26)，如果 電腦(26)程序發(fā)現(xiàn)地源熱泵機(jī)組進(jìn)、出水溫差滿足7. 5°C，且沼氣池的溫度在35°C時(shí)發(fā)出 指令，執(zhí)行器實(shí)行操作動(dòng)作，使得地源側(cè)電磁閥(1)、空氣源側(cè)電磁閥(2)、第一電磁閥(3) 和第二電磁閥(4)均關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)加溫系統(tǒng)停止加熱；(2)環(huán)境溫度傳感器(11)采集溫度信號(hào)通過(guò)第一信號(hào)發(fā)生器(16)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字 信號(hào)并傳輸給單片機(jī)(25)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)(25)的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦(26)中，相應(yīng)的程序 分析溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫度連續(xù)十天高于20°C時(shí)，發(fā)出控制指令，執(zhí)行器操作 相應(yīng)指令實(shí)現(xiàn)空氣源側(cè)電磁閥(2)開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥(1)、第一電磁閥(3)和第二電磁閥 (4)均關(guān)閉，此時(shí)以室外空氣為熱源的工作模式；當(dāng)以室外空氣為熱源的工作模式進(jìn)行時(shí)，機(jī)組并非連續(xù)運(yùn)行；地源熱泵機(jī)組進(jìn)水溫度傳感器(14)、地源熱泵機(jī)組出水溫度傳感器 (13)和沼氣池溫度傳感器(15)采集溫度信號(hào)分別通過(guò)第四信號(hào)發(fā)生器(19)、第三信號(hào)發(fā) 生器(18)和第五信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)(25)，并轉(zhuǎn)輸給電腦 (26)，如果電腦(26)程序發(fā)現(xiàn)地源熱泵機(jī)進(jìn)、出水溫差滿足7. 5°C，且沼氣池的溫度在35°C 時(shí)發(fā)出指令，執(zhí)行器實(shí)行操作動(dòng)作，使得地源側(cè)電磁閥(1)、空氣源側(cè)電磁閥(2)、第一電磁 閥(3)和第二電磁閥(4)均關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)加溫系統(tǒng)停止加熱；(3)環(huán)境溫度傳感器(11)和土壤平均溫度傳感器(12)采集溫度信號(hào)分別通過(guò)第一信 號(hào)發(fā)生器(16)、第二信號(hào)發(fā)生器(17)發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并傳輸給單片機(jī)(25)，經(jīng)過(guò)單片 機(jī)(25)的數(shù)字轉(zhuǎn)換記錄在電腦(26)中，相應(yīng)的程序分析溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)程序發(fā)現(xiàn)環(huán)境平均溫 度連續(xù)十天高于20°C，且土壤平均溫度低于17°C時(shí)發(fā)出控制指令，空氣源側(cè)電磁閥(2)開(kāi) 啟，地源側(cè)電磁閥(1)、第一電磁閥⑶和第二電磁閥⑷關(guān)閉，工作2小時(shí)后電腦(26)程 序發(fā)出指令，執(zhí)行器發(fā)出動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)空氣源側(cè)電磁閥(2)、第一電磁閥(3)和第二電磁閥(4) 開(kāi)啟，地源側(cè)電磁閥(1)關(guān)閉，此時(shí)用室外空氣熱量補(bǔ)充地下熱量。
全文摘要
本發(fā)明屬于節(jié)能領(lǐng)域，具體涉及一種地源/空氣源熱泵途徑加溫沼氣池的系統(tǒng)和控制方法，系統(tǒng)由地下環(huán)路、風(fēng)冷設(shè)備、地源/空氣源熱泵公用機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，控制方法為當(dāng)室外平均溫度連續(xù)十天低于20℃，啟用地源熱泵機(jī)組進(jìn)行熱交換；當(dāng)室外溫度連續(xù)十天高于20℃，啟用空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)行熱交換。當(dāng)沼氣池內(nèi)溫度降低到35℃以下時(shí)，地源/空氣源熱泵機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，通過(guò)消耗電能把地下水的熱量轉(zhuǎn)移到沼氣池中熱盤管內(nèi)的熱水中；當(dāng)?shù)卦?空氣源熱泵機(jī)組的進(jìn)、出水溫差滿足7.5℃并且沼氣池的溫度在35℃時(shí)，地源/空氣源熱泵機(jī)組將自動(dòng)停止工作。本發(fā)明以中等規(guī)模發(fā)酵工程為對(duì)象，探索出一種在保證產(chǎn)氣率的前提下提高了能源利用率并降低了建設(shè)成本的新型加溫系統(tǒng)和控制方法，該方法不僅節(jié)能效益高而且環(huán)保效果佳。
文檔編號(hào)C12M1/107GK101974420SQ20101027657
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者朱洪光, 王韜, 石惠嫻, 裴曉梅 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)