[发明专利]太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统及运行控制方法

权利要求书

1.一种太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统，其特征在于：由太阳能集热系统、热泵系统、沼气池加温系统和太阳能地下蓄热系统组成，其中：

太阳能集热系统包括太阳能全玻璃真空管集热器(6)、中转蓄热水箱(7)和集热器热水循环泵(9)，中转蓄热水箱第一出水口(7a)与集热器热水循环泵(9)的输入端相连，集热器热水循环泵(9)的输出端连接太阳能全玻璃真空管集热器(6)的输入端，太阳能全玻璃真空管集热器(6)的输出端连接中转蓄热水箱第一进水口(7b)，构成太阳能集热环路；

热泵系统包括热泵主机(3)、U型地埋管换热器(23)、中转蓄热水箱(7)和热泵低温侧循环泵(12)，热泵主机蒸发器(4)出水口通过第二止回阀(22)后分为两路，一路通过第一电磁阀(14)与U型地埋管换热器(23)的进水管相连，U型地埋管换热器(23)的回水管通过电动三通阀(13)连接热泵低温侧循环泵(12)的输入端，热泵低温侧循环泵(12)的输出端连接热泵主机蒸发器(4)的进水口，构成热泵第一低温热源环路；另一路通过第二电磁阀(15)连接中转蓄热水箱第二出水口(7c)，中转蓄热水箱第二进水口(7d)通过电动三通阀(13)连接热泵低温侧循环泵(12)的输入端，构成热泵第二低温热源环路；

沼气池加温系统包括发酵池(1)、盘管换热器(2)、热泵主机(3)、中转蓄热水箱(7)、第一加热循环泵(10)和第二加热循环泵(11)，盘管换热器(2)布置在发酵池(1)的四周池壁及池底，中转蓄热水箱第二出水口(7c)连接第一加热循环泵(10)的输入端，第一加热循环泵(10)的输出端通过第三电磁阀(16)连接盘管换热器(2)的进水口，盘管换热器(2)的出水口通过第四电磁阀(17)连接中转蓄热水箱第二进水口(7d)，构成第一加热环路；热泵主机冷凝器(5)的出水口通过第一止回阀(19)连接盘管换热器(2)的进水口，盘管换热器(2)的出水口通过第五电磁阀(18)连接第二加热循环泵(11)的输入端，第二加热循环泵(11)的输出端连接热泵主机冷凝器(5)的进水口，构成第二加热环路；中转蓄热水箱(7)第二出水口(7c)连接第二加热环泵(11)的输入端，第二加热循环泵(11)的输出端连接热泵主机冷凝器(5)的进水口，热泵主机冷凝器(5)的出水口连接盘管换热器(2)的进水口，盘管换热器(2)的出水口通过第四电磁阀(17)连接中转蓄热水箱(7)的第二进水口(7d)，构成第三加热环路；

太阳能地下蓄热系统包括第一加热循环泵(10)、U型地埋管换热器(23)、中转蓄热水箱(7)，中转蓄热水箱第二出水口(7c)与第一加热循环泵(10)的输入端相连，第一加热循环泵(10)的输出端依次通过第七电磁阀(21)、第一电磁阀(14)与U型地埋管换热器(23)的进水口相连，U型地埋管换热器(23)的出水口经过电动三通阀(13)接到中转蓄热水箱第二进水口(7d)，形成一个闭合的太阳能地下蓄热回路。

2.根据权利要求1所述的太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统，其特征在于太阳能全玻璃真空管集热器(6)的联集箱末端安装有第一温度传感器(24)，中转蓄热水箱(7)中部装有第二温度传感器(25)，发酵池(1)中部一侧装有第三温度传感器(26)，U型地埋管换热器(23)一侧回水干管上装有第四温度传感器(27)。

3.根据权利要求1所述的太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统，其特征在于中转蓄热水箱(7)底部连接有定压膨胀罐(8)和排污管。

4.一种权利要求1所述的太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统的运行控制方法，其特征在于所述系统有五种运行模式，分别为：太阳能直接供暖模式、太阳能-地源热泵串联供暖模式、太阳能热泵供暖模式、地源热泵单独供暖模式和太阳能地下蓄热模式；其中：

(1)太阳能直接供暖模式

当发酵池(1)内温度低于32℃，且中转蓄热水箱(7)中水温高于50℃时，系统按照太阳能直接供暖模式运行，第三电磁阀(16)、第四电磁阀(17)开启，其余的电磁阀关闭，第一加热循环泵(10)开启，其余设备关闭；通过第一加热环路，即：水流依次经过中转蓄热水箱(7)的第二出水口(7c)，第一加热循环泵(10)、第三电磁阀(16)、盘管换热器(2)、第四电磁阀(17)，最后经中转蓄热水箱(7)的第二进水口(7d)回到中转蓄热水箱(7)，使得发酵池(1)内温度达到设计要求，当发酵池(1)内温度高于37℃或中转蓄热水箱(7)中水温低于45℃，该模式停止运行；

(2)太阳能-地源热泵串联供暖模式

当发酵池(1)内温度低于32℃，且中转蓄热水箱(7)中水温低于45℃而高于30℃时，系统按照太阳能-地源热泵串联供暖模式运行，第一电磁阀(14)、第四电磁阀(17)、第六电磁阀(20)开启，其余电磁阀关闭，电动三通阀(13)导向连接U型地埋管换热器(23)一侧，第二加热循环泵(11)、热泵低温侧循环泵(12)开启，热泵主机(3)开启，热泵主机(3)的低温侧按照权利要求1所述的第一低温热源环路运行，热泵主机(3)的高温侧则按照权利要求1所述的第三加热环路运行为沼气池加热；当发酵池内温度高于37℃，停止加热，关闭对应的电磁阀、水泵及热泵机组；

(3)太阳能热泵供暖模式

当发酵池(1)内温度低于32℃，且中转蓄热水箱(7)中水温低于30℃而高于U型地埋管换热器(23)回水温度时，系统按照太阳能热泵供暖模式运行，即：太阳能制备的低温热水当做热泵的低位热源使用，通过热泵机组制备高温热水为沼气发酵池供暖，第二电磁阀(15)、第五电磁阀(18)开启，电动三通阀(13)由中转蓄热水箱第二进水口(7d)连通至热泵低温侧循环泵(12)的输入端，第二加热循环泵(11)、热泵低温侧循环泵(12)开启，热泵主机开启；热泵主机的低温侧按照权利要求1所述的第二低温热源环路运行，而热泵主机的高温侧则按照权利要求1所述的第二加热环路运行为沼气池加热。当发酵池内温度高于37℃，停止加热，关闭对应的电磁阀、水泵及热泵机组；

(4)地源热泵供暖模式

发酵池(1)内温度低于32℃且中转蓄热水箱(7)中水温低于U型地埋管换热器(23)回水温度时，系统按照地源热泵供暖模式运行。在该模式下，第一电磁阀(14)、第五电磁阀(18)开启，电动三通阀(13)由U型地埋管换热器(23)的出口连通至热泵低温侧循环泵(12)的输入端，第二加热循环泵(11)、热泵低温侧循环泵(12)开启，热泵主机(3)开启；热泵系统的低温侧按照权利要求1所述的第一低温热源环路运行，而热泵主机的高温侧则按照权利要求1所述的第二加热环路运行为沼气池加热；当发酵池内温度高于37℃，停止加热，关闭对应的电磁阀、水泵及热泵机组；

(5)太阳能地下蓄热模式

发酵池(1)内温度高于35℃且中转蓄热水箱(7)中水温高于70℃时，系统按照太阳能地下蓄热模式运行，第一电磁阀(14)、第七电磁阀(21)开启，电动三通阀(13)由U型地埋管换热器(23)的出口连通至中转蓄热水箱第二进水口(7d)，第一加热循环泵(7)开启；在该模式下，通过U型地埋管换热器(23)将中转蓄热水箱(7)中的热量转移至地下储存，当中转蓄热水箱(7)中的水温降低至50℃时，停止该模式的运行，关闭相应的阀门与水泵。