一种用于农业温室的综合供能系统和供能方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于农业温室的综合供能系统和供能方法，对温室的温度进行自动调节，提供维持温室温度所需热量或降低温室温度。本发明专利技术利用太阳能集热和风力搅拌致热联合作用为沼气发生器提供热量，维持沼气原料高效发酵的温度；利用沼气燃烧所释放的化学能驱动吸收式热泵，实现温室的供热和制冷，提高了对可再生清洁能源的利用率和温室供暖的效率，并提出了综合供能运行策略，实现在不同季节、不同天气状况下对温室温度的调节，满足农业温室供能的需求。

A Comprehensive Energy Supply System and Method for Agricultural Greenhouse

【技术实现步骤摘要】
一种用于农业温室的综合供能系统和供能方法
本专利技术属于风能、太阳能及生物质能利用
，特别涉及风能、太阳能向热能的转化，沼气能驱动吸收式热泵的利用，具体涉及一种用于农业温室的风能、太阳能及沼气能联合吸收式热泵供能系统和方法。
技术介绍
能源问题一直以来都是我国乃至国际社会的一个重大问题。传统的石油、煤炭、天然气等化石能源日渐枯竭，人类对化石能源的需求逐渐达到峰值，国际能源转型将迫在眉睫。另外，当前国际社会对环境问题的尤为重视，而传统的化石燃料的利用会对环境造成巨大的污染，这不利于人类社会的可持续发展。因此，在传统能源逐渐枯竭、环境形势严峻的今天，寻找和充分利用如风能、太阳能、潮汐能、水能等可再生的清洁能源，已成为世界能源开发和利用的一大热点。我国陆上风能资源丰富但分布不均，风能资源90％以上分布在“三北”地区，优质风能资源主要集中在东北、青藏高原、新疆等部分地区。同时，这些地区的太阳能资源也十分丰富，这使得在同一时期内同时利用风能和太阳能成为可能。风能的转换和利用方式多种多样，可以以机械能形式直接利用或转换为电能和热能。目前，国内外研究主要集中在风能发电领域，其他利用形式如风力提水、风帆助航、风能致热等方面的研究相对较少。文献显示风力发电的能量转换效率最高为35％，风力提水最高为21％，而风力致热最高可达40％多，而风力搅拌致热是所有风能利用装置中能量转换效率最高的一种风能利用形式。从目前已知的研究分析，风力致热具有以下特点：1.能量转换效率高，对风的品质要求低；2.风况变化的适应性强，且储能问题便于解决；3.系统相对简单，造价较低，且容易满足风力机对负荷的最佳匹配要求。国内研究风力致热的方式主要有液体搅拌致热、液体挤压致热、固体摩擦致热和涡电流法致热四种致热方式。其中研究较多的是液体搅拌致热和液体挤压致热。目前的研究集中于各种致热方式的机理、功率吸收的影响因素及提高致热效率的办法。随着近几年农村经济的发展，农业废弃物数量大幅增加，先进沼气生产技术广泛应用于农业废弃物的处理，国内规模化的沼气工程日益增多。温度是影响沼气工程废弃物处理效率以及厌氧消化产气的关键因素之一。一般而言，规模化沼气工程采用中温发酵，其适宜的温度范围是35℃～40℃。在国内大部分地区，全年温度变化很大，要使沼气工程常年稳定高效运行有必要采用适当的增温保温方法。传统的电加热、化石能源热水锅炉耗能大，投资和运行成本高，不适宜小规模的使用。近年来，利用太阳能集热器的加热方式逐渐兴起。太阳能是一种清洁能源，长期运行成本较低，但是它在阴天或晚上无法工作，具有不连续性，且单一的太阳能加热方式需要扩大集热器面积，增加了供能系统的初始投资。热泵是利用工质在蒸发器吸热和冷凝器放热实现热量由低温热源向高温热源的转移，而改变蒸发器吸热的热源可以实现利用热泵来供热或制冷。热泵中最为普遍和广泛的应用的是蒸气压缩式和吸收式热泵，前者消耗机械能，而后者消耗较高品位的热能。通过高质量的沼气燃料燃烧为吸收式热泵提供高品位的热能，可以解决农业温室大棚一年四季的供热或制冷需求。在我国北方地区，由于冬季天气寒冷，农业温室大棚中的植物生长和存活需要另外供暖。传统的农业大棚供暖除了基本的保温措施以外，基本采用燃煤热水锅炉或热泵供暖，其中燃煤不仅污染较大，而且这种方式将高品位的燃料化学能转化为低品位的热能，十分浪费能源，而热泵供暖的设备和用电成本十分昂贵。在炎热干燥的夏季，农业温室大棚需要降温并维持在一定温度，传统的农业温室降温技术如通风降温、遮阳降温、喷淋降温等，通风降温和遮阳降温在夏季极热条件下降温效果不明显，不能满足植物生长的要求，而喷淋降温由于要消耗大量的水资源，受环境条件制约较大。若能有效利用部分地区丰富的风能、太阳能和沼气能资源实现供热或降温，则可有效缓解目前严峻的能源、环境问题，带来巨大的社会效益和环境效益。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于农业温室的综合供能系统和供能方法，有效利用部分地区丰富的风能、太阳能和沼气能资源实现供热或降温。为达到上述目的，本专利技术一种用于农业温室的综合供能系统，包括集热系统，第一储热及换热系统，沼气发生、储存及燃烧系统，二号储热水箱，吸收式热泵空调系统以及室内空调系统；所述集热系统与第一储热及换热系统，沼气发生、储存及燃烧系统和二号储热水箱依次通过管道连接，所述室内空调系统作为终端与吸收式热泵空调系统连接，室内空调系统布置在温室中；所述二号储热水箱与吸收式热泵空调系统通过管道连接形成回路；所述集热系统用于通过第一储热及换热系统向沼气发生、储存及燃烧系统提供热量，所述集热系统包括并联的太阳能集热装置与风力搅拌制热装置。进一步的，太阳能集热装置包括太阳能集热器，所述太阳能集热器通过管道与第一储热及换热系统中的一号换热装置连接成第一循环回路；所述风力搅拌制热装置包括风力机搅拌装置，所述风力机搅拌装置通过管道与第一储热及换热系统中的五号换热装置连接成第二循环回路；所述第一储热及换热系统包括一号储热水箱、一号换热装置和五号换热装置；所述一号换热装置及五号换热装置均在一号储热水箱中，一号储热水箱与沼气发生、储存及燃烧系统中的三号换热装置通过管道连接形成第三循环回路。进一步的，第一循环回路中设置有一号控制阀，所述第二循环回路中设置有二号控制阀，所述一号储热水箱与三号换热装置之间设置有三号控制阀。进一步的，沼气发生、储存及燃烧系统包括通过管道连接的沼气发生器和沼气燃烧器，所述沼气发生器中设置有三号换热装置，沼气发生器的出气口与沼气燃烧器连接；沼气燃烧器中设置有四号换热装置，所述四号换热装置和二号储热水箱中的二号换热装置通过管道连接形成第四循环回路。进一步的，沼气发生器与储气罐连接，所述储气罐和沼气燃烧器连接。进一步的，二号储热水箱中设置有二号换热装置，二号储热水箱通过管道与吸收式热泵空调系统连接形成第五循环回路。进一步的，二号储热水箱中设置有用于监测二号储热水箱中的水温的二号温度监测装置。进一步的，吸收式热泵空调系统包括吸收式热泵、吸收式制冷机和集水器；所述二号储热水箱的输出端通过三通阀和热泵热水输入阀与吸收式热泵的输入端连接，所述二号储热水箱的输出端通过三通阀和制冷机热水输入阀与吸收式制冷机的输入端连接；所述吸收式热泵的输出和吸收式制冷机的输出均连接至集水器，所述集水器和室内空调系统通过管道连接形成第六循环回路。一种用于农业温室的综合供能方法，包括以下步骤：步骤1，通过发酵产生沼气，并进行存储；步骤2，将步骤1产生的沼气作为燃料，产生热量；步骤3，利用步骤2产生的热量对温室中的温度进行调节，调节过程包括制冷模式和制热模式；步骤1中，发酵产生沼气的方式包括常温发酵模式和增温发酵模式；当沼气发生器外的环境温度达到30℃及以上时，采用常温发酵模式，常温发酵模式下依靠环境温度使沼气发生器内温度维持在中温发酵条件下35℃～40℃，产生沼气并储存；当环境温度在30℃以时采用增温发酵模式：增温发酵模式下，依靠太阳能和风能产生热量，并将热量传递至第一储热及换热系统的一号储热水箱中，当一号储热水箱中水温达到85℃以上时，用一号储热水箱的水对沼气发生、储存及燃烧系统中的沼气发生器进行换热，保持沼气发生器内温度维持在中温发酵条件下，产生沼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，包括集热系统(1)，第一储热及换热系统(2)，沼气发生、储存及燃烧系统(3)，二号储热水箱(36)，吸收式热泵空调系统(5)以及室内空调系统(6)；所述集热系统(1)与第一储热及换热系统(2)，沼气发生、储存及燃烧系统(3)和二号储热水箱(36)依次通过管道连接，所述室内空调系统(6)作为终端与吸收式热泵空调系统(5)连接，室内空调系统(6)布置在温室中；所述二号储热水箱(36)与吸收式热泵空调系统(5)通过管道连接形成回路；所述集热系统(1)用于通过第一储热及换热系统(2)向沼气发生、储存及燃烧系统(3)提供热量，所述集热系统(1)包括并联的太阳能集热装置(7)与风力搅拌制热装置(8)。

【技术特征摘要】
1.一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，包括集热系统(1)，第一储热及换热系统(2)，沼气发生、储存及燃烧系统(3)，二号储热水箱(36)，吸收式热泵空调系统(5)以及室内空调系统(6)；所述集热系统(1)与第一储热及换热系统(2)，沼气发生、储存及燃烧系统(3)和二号储热水箱(36)依次通过管道连接，所述室内空调系统(6)作为终端与吸收式热泵空调系统(5)连接，室内空调系统(6)布置在温室中；所述二号储热水箱(36)与吸收式热泵空调系统(5)通过管道连接形成回路；所述集热系统(1)用于通过第一储热及换热系统(2)向沼气发生、储存及燃烧系统(3)提供热量，所述集热系统(1)包括并联的太阳能集热装置(7)与风力搅拌制热装置(8)。2.根据权利要求1所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述太阳能集热装置(7)包括太阳能集热器(12)，所述太阳能集热器(12)通过管道与第一储热及换热系统(2)中的一号换热装置(15)连接成第一循环回路；所述风力搅拌制热装置(8)包括风力机搅拌装置(21)，所述风力机搅拌装置(21)通过管道与第一储热及换热系统(2)中的五号换热装置(52)连接成第二循环回路；所述第一储热及换热系统(2)包括一号储热水箱(16)、一号换热装置(15)和五号换热装置(52)；所述一号换热装置(15)及五号换热装置(52)均在一号储热水箱(16)中，一号储热水箱(16)与沼气发生、储存及燃烧系统(3)中的三号换热装置(49)通过管道连接形成第三循环回路。3.根据权利要求2所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述第一循环回路中设置有一号控制阀(14)，所述第二循环回路中设置有二号控制阀(24)，所述一号储热水箱(16)与三号换热装置(49)之间设置有三号控制阀(18)。4.根据权利要求1所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述沼气发生、储存及燃烧系统(3)包括通过管道连接的沼气发生器(27)和沼气燃烧器(33)，所述沼气发生器(27)中设置有三号换热装置(49)，沼气发生器(27)的出气口与沼气燃烧器(33)连接；沼气燃烧器(33)中设置有四号换热装置(50)，所述四号换热装置(50)和二号储热水箱(36)中的二号换热装置(34)通过管道连接形成第四循环回路。5.根据权利要求4所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述沼气发生器(27)与储气罐(30)连接，所述储气罐(30)和沼气燃烧器(33)连接。6.根据权利要求1所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述二号储热水箱(36)中设置有二号换热装置(34)，二号储热水箱(36)通过管道与吸收式热泵空调系统(5)连接形成第五循环回路。7.根据权利要求6所述的一种用于农业温室的综合供能系统，其特征在于，所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕胜山，廖新忠，关柳萍，孙先鹏，翟怡丰，贾凡，
申请(专利权)人：西安交通大学，西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61