[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

说明书

技术领域

本发明属于新能源开发应用领域，涉及的是一种供热系统，具体涉及一种是将太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统及运行控制方法。

背景技术

化石能源的渐趋枯竭，使得世界上很多国家开始将目光聚集到新生能源领域。厌氧发酵产沼气技术作为一种生物质废弃物利用方式，即可回收能源又可解决环境污染问题，因此受到了各国政府的高度重视。在我国，到2005年底，全国户用沼气达到1800万户，年生产沼气约69亿立方米。同时，已建养殖场沼气工程3500处，全国已建成的大中型沼气工程700处。

然而，目前沼气工程产业化还面临着诸多难题，其中最大的难题之一是如何保证冬季低温环境下正常、满负荷产气。沼气常温发酵需要在15℃以上，中温发酵需要在35℃上下，高温发酵需要在55℃上下。研究表明：对同一种沼气原料在35℃条件下一个月的沼气产气总量相当于15℃条件下12个月的产气总量。因此，适宜的温度是保证沼气发酵工艺高效稳定运行的关键。目前，我国大中型沼气工程基本上都采用中温发酵工艺，即维持发酵池内温度在35±2℃范围内。

为维持发酵池内温度在35±2℃范围内，往往需要对沼气工程配备一套加温系统。目前，常见的沼气池加温方式有：燃池式加温、电加热、化石能源热水锅炉加热、沼气锅炉加温、沼气发电余热加温、太阳能加热和地源热泵加热等多种方式。燃池式加温是一种设置在地下的进行燃料阴燃的地坑，这种方法的特点是一次性投入低质燃料即可燃烧一个冬季，无需人工管理，比较适用于户用型沼气工程；电加温技术以消耗高品位电能为代价，节能性不高；化石能源热水锅炉污染环境，能量利用率低；沼气锅炉对设备和操作技术要求比较高；沼气发电余热加温主要和沼气热电联产工程结合，一般只应用于大型沼气工程；太阳能加温系统是通过太阳能集热系统完成热能的采集和传输，该系统节能环保、操作简单，可实现自动运行，但易受天气状况的影响，加热不稳定；地源热泵加温具有很好的节能效果，但地源热泵长期单一加热模式的运行使得地下温度降低，导致地源热泵COP降低。

综合比较现有的沼气池加温技术的优缺点，本发明公开了一种太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统，并对该系统的优化设计及运行控制方法进行了阐述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多模式自动切换运行的太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统及运行控制方法。

本发明从能源梯级利用和系统能效系数(COPs)最大化出发，将太阳能集热技术与地源热泵技术有效的结合起来，以解决单一的太阳能加温系统在阴雨天、冬天不能满足沼气池加温要求的问题，以及单一的地源热泵系统常年运行引起的地下温度降低、系统性能系数降低等问题。所提出的耦合系统优化设计与运行控制方法，很好的解决了太阳能集热面积与热泵装机容量优化匹配问题、不同气候条件下耦合系统各模式自动切换最优运行问题，以达到整个系统从设计到运行的经济、节能、环保的目的。

本发明提出的一种太阳能-地源热泵耦合式沼气池供暖系统，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；