基本信息
- 项目名称：
- 基于复合节能技术的西北地区日光温室调温系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明针对西北地区日光温室现状，提出适合西北地区日光温室的太阳能地下蓄热联合热泵供能模式：太阳能集热器+地下蓄热+空气源辅助水源热泵+地面、空间立体加热的复合调温技术。该系统具有冬季加热、夏季降温、全年调温的功能。太阳能集热器、水源热泵以及空气源热泵的综合利用最大限度地利用太阳能资源，地埋管技术降低了传热温度，提高太阳能热泵的效率。能效水平低于锅炉等常规供能模式，可满足现代农业对温室的高标准要求。
- 详细介绍：
- 设施农业指通过现代工程技术，人工创造小气候环境，为农作物生长提供适宜的条件。作为一种新的农业生产技术体系，设施农业对于转变农业增长方式、摆脱自然环境制约、实现农业跨越式发展具有重要的战略意义。然而，设施农业也是高耗能的产业，对能源的依赖已经成为制约其发展的主要障碍。西北地区农业发展是西部大开发的基础，也是支撑西北经济发展的主要支柱。据统计，西北地区日光温室的能耗约占其运行总成本的20~40%；西北地区现有温室加温系统主要以炉子、燃煤锅炉、燃气锅炉等热源和室内供暖系统构成，这样的系统存在能耗大、效率低和环境污染强的缺点。因此，研发一种新型节能、环保、高效的温室调温技术对于西北地区设施农业的发展具有重要的意义和应用价值。本研究小组独立研发的“基于复合节能技术的西北地区日光温室调温系统”的目的正在于此。 “基于复合节能技术的西北地区日光温室调温系统”的主要创新点和技术优势在于： 1）以西北地区日光温室为应用对象，针对性强。通过对西北地区气候条件统计数据的分析，参考现有的西北型温室建造结构，进行了详细的温室热工计算，并完成了温室调温系统设计、设备选型和图纸。 2）集合太阳能、蓄热、双热源热泵、地埋管等多种节能技术于一体。太阳能和地下蓄热技术相结合，蓄热水箱分区管理，最大限度的利用太阳能。空气源辅助水源热泵技术；地埋管、后墙体和风机盘管全方位立体加热方式，环境适用性更强。 3）采用自动调温技术，共设定了8种运行模式，可以根据天气情况和室内外温度变化实现灵活调节。 4）采用热经济性理论，对本调温系统的能效和减排效果进行了分析，结果表明：本系统的采暖期的运行能耗为传统燃煤热水供暖系统的89.0%，节约311.5元,在减排指标上CO2排放量是传统燃煤热水供暖系统的69.7%，保守估计减排2636 kg CO2。 本系统有望为西北地区温室节能技术提供一个新的思路和方向，为今后太阳能热泵在西北地区日光温室中的推广提供理论支持和实际示范。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本发明针对西北部地区日光温室现状，提出了一个适合西北部地区的日光温室太阳能地下蓄热联合热泵供能模式，即：太阳能集热器+地下蓄热（水）+空气源辅助水源热泵+地面、空间立体加热的复合节能技术。该系统具有冬季加热、夏季降温、全年调温的功能。利用太阳能集热器、具有蓄热功能的水源热泵以及空气源热泵的综合利用最大限度的利用太阳能资源，通过使用地埋管技术，尽可能的降低传热温度，提高太阳能热泵的效率。其能效水平低于常规的锅炉、电加热、空调器等供能模式，可满足现代农业对温室的高标准要求。 本发明的创新点和主要技术指标有： 1）提出了一种新的基于多种节能技术的复合型供能模式； 2）具有8种运行模式，可实现冬季加热、夏季降温、全年自动调温功能； 3）本系统的采暖期的运行能耗为传统燃煤热水供暖系统的89.0%，节约311.5元,在减排指标上CO2排放量是传统燃煤热水供暖系统的69.7%，保守估计减排2636 kg CO2 。 本发明有望为今后的太阳能热泵在日光温室中的广泛应用提供理论支持和应用示范。
科学性、先进性
- 在民用建筑的供暖中，太阳能结合热泵技术已有许多研究。但是在日光温室中应用太阳能热泵技术，特别是我国西北部地区，相关研究还很少。因此，本发明针对的对象是西北部地区日光温室，并利用太阳能、蓄热、空气源辅助水源热泵及地埋管等节能技术，以实现最佳的供能模式。 与其他相关技术相比，本发明的特色在于： 1）以我国西北部地区的气候条件设计计算，具有明确的应用背景。 2）太阳能和地下蓄热技术相结合，蓄热水箱分区管理，最大限度的利用太阳能。现有技术很少使用地下蓄热技术，分区管理属首次使用。 3）空气源辅助水源热泵技术。现有技术通常仅使用一种热泵。 4）地埋管、后墙体和风机盘管全方位立体加热方式。现有技术中通常仅使用一种。
获奖情况及鉴定结果
- 本系统得到了杨凌泰克科技发展有限公司和陕西秦灞园种养殖有限公司的好评，并签订了使用意向书。
作品所处阶段
- 设计完成阶段
技术转让方式
- 自主设计，合作开发
作品可展示的形式
- 图纸、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在现代农业的发展进程中，设施农业作为一种新的农业生产技术体系，对于转变农业增长方式、摆脱自然环境制约、实现农业跨越式发展具有重要的战略意义。然而，设施农业对能源的依赖已经成为制约行业发展的主要障碍。如日光温室冬季加温主要以传统的燃煤锅炉供热，其能耗很大。据统计，西北地区日光温室用于加热的能耗约占其运行总成本的20-40%。此外，采用化石燃料（煤、油等）采暖还会产生大量的温室气体，对环境造成较大影响。西北地区农业发展是西部大开发的基础，也是支撑西北经济发展的主要支柱，因此开展西北地区日光温室的节能技术研究具有重要的意义和应用价值。 本发明的技术优势在于：1）具有8种运行模式，可实现冬季加热、夏季降温、全年自动调温功能；2）本系统的采暖期的运行能耗为传统燃煤热水供暖系统的89.0%；在减排指标上CO2排放量是传统燃煤热水供暖系统的69.7% 。 本发明适用于我国西北部地区的日光温室，也可以推广用于东北、华北地区。
同类课题研究水平概述
- 温室的加热系统及设备在现代化温室的应用中较为普遍，是现代化温室中不可缺少的一个重要部分。传统的加温系统主要有热水加热、热风加热和电加热。随着加温系统和设备的发展，又出现了地源热泵技术、太阳能辅助技术等新型的加温设备及系统，为现代化温室在加热保温、冬季生产、能源节约和清洁能源方面提供了有力的保障。 以下对几种温室加温方式进行分析： 1）热水加热采暖是用60-85℃热水循环与空气进行热交换，由热水锅炉、供热管和散热设备三个基本部分组成。热水采暖系统运行稳定可靠，是目前最常用的采暖方式，适用于各种温室。但能量损失很大，能效低，系统投资也较高。 2）热风加热采暖是由热风直接加热空气，由热源、空气换热器、风机和送风管道组成。适用于各种温室，缺点是停机后缺乏保温性，由于不用水作载热体。系统操作容易，设备投资较少，适用于中小型温室以及日光温室的辅助加热或临时防寒措施。 3）电加热采暖是用电热器直接加热空气或电热线加热苗床，其主要设备为电暖风机或电热线。常见的电加热方式是将地热线埋在地下，用来提高地温，主要用在温室育苗。这种方式预热时间性短，进行自动控制较容易，但运行费用较高，且停机后缺乏保温性，因此只能作为一种临时加温措施。适用于小型育苗温室，日光温室的辅助加热或临时防寒。 4）温室地下蓄热加温技术由地坪、轴流式风机、排气道等组成，作为一种节能的加温方法已在法国、加拿大、希腊、日本等国家应用。由于空气的比热和蓄热能力较低，因此需要较大换热面积，投资高。 5）地源热泵加热技术是从地下水体中取热，通过热泵系统来提升温度，是目前比较节能的温室加温方式。地源热泵加热系统的缺点是受地质条件的限制较大，适用于地下水资源丰富的地区，地下埋井技术较难掌握，初投资大，容易对地下水造成污染。 本发明提出的温室加热方式为太阳能地下蓄热联合热泵供能模式，相比于上述的3）和4）加热方式，本发明利用水作为蓄热流体，并且将蓄热水箱置于地下，最大限度的利用太阳能。另外，采用空气源辅助水源热泵，使得运行控制更为灵活，地理和气候条件适用性强。此外，采用地埋管、后墙体和风机立体式加热，使得调温精度更高。通过计算分析，本系统采暖期的运行能耗为传统燃煤热水供暖系统的89.0%,在减排指标上CO2排放量是传统燃煤热水供暖系统的69.7%，保守估计减排2636kgCO2。
