本發(fā)明涉及太陽(yáng)熱能、生物質(zhì)能和空氣熱能等可再生能源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可應(yīng)用于夏熱冬冷地區(qū)的多能源互補(bǔ)的冷熱沼氣聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源與環(huán)境問(wèn)題已成為制約社會(huì)發(fā)展的重要瓶頸，因地制宜開(kāi)發(fā)利用可再生能源滿足建筑的多層次用能需求，是緩解能源供應(yīng)的嚴(yán)峻形勢(shì)，改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑。我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)可再生能源受地理、氣候和經(jīng)濟(jì)等因素的影響，分布特征顯著，空氣濕度較大導(dǎo)致空氣熱能相對(duì)豐富，太陽(yáng)能相對(duì)欠豐富，陰雨天易發(fā)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而生物質(zhì)能在農(nóng)村儲(chǔ)量豐富。

能源塔熱泵技術(shù)、太陽(yáng)能集熱技術(shù)和生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣技術(shù)是利用該地區(qū)空氣熱能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能的單項(xiàng)技術(shù)。其中能源塔熱泵技術(shù)是非常適用于夏熱冬冷地區(qū)的空氣熱能利用技術(shù)，它以能源塔作為熱泵的冷熱源，負(fù)責(zé)與空氣進(jìn)行熱量交換，在冬季利用冰點(diǎn)低于0℃的介質(zhì)作為能量的載體，提取蘊(yùn)藏在低溫、高含濕量環(huán)境空氣中的低品位熱能，利用卡諾循環(huán)達(dá)到制熱目的，由于采用了低冰點(diǎn)的工質(zhì)，不僅吸收顯熱，還會(huì)吸收水蒸氣凝結(jié)成液體產(chǎn)生的相變潛熱，但能源塔熱泵的性能依然隨環(huán)境溫度的降低而下降，而且當(dāng)能源塔換熱器表面溫度低于空氣中水蒸氣露點(diǎn)溫度且低于0攝氏度時(shí)同樣會(huì)結(jié)霜，需要額外的融霜設(shè)備和能量，太陽(yáng)能集熱技術(shù)是利用太陽(yáng)能最廣泛的技術(shù)，但受太陽(yáng)能間歇性影響巨大，需要配套儲(chǔ)熱系統(tǒng)，生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣可在10℃～65℃進(jìn)行，產(chǎn)氣速率隨溫度的提高呈駝峰形，存在兩個(gè)產(chǎn)沼氣高峰：一個(gè)在37℃左右，另一個(gè)在52℃左右，后者在一定容器中相同時(shí)間內(nèi)處理生物質(zhì)能力和產(chǎn)沼氣量是前者的2～2.5倍，同時(shí)，一個(gè)高效穩(wěn)定的沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)必須保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度恒定，因此，必須要求有熱源提供熱量，太陽(yáng)能、各類余熱、熱泵等都可用作增溫?zé)嵩础?/p>

可以看出，這些技術(shù)受氣候周期性變化和技術(shù)條件等因素的制約，均不同程度存在供能單一、穩(wěn)定性差和能源利用率低等問(wèn)題。從單項(xiàng)技術(shù)上解決這些問(wèn)題必然導(dǎo)致成本上升，進(jìn)而影響其推廣應(yīng)用；但將各單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)集成，揚(yáng)長(zhǎng)避短，則為滿足用戶多層次用能需求和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效供能提供了可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可應(yīng)用于夏熱冬冷地區(qū)的、太陽(yáng)能-生物質(zhì)能-空氣熱能互補(bǔ)的冷熱沼氣聯(lián)供系統(tǒng)，除能連續(xù)穩(wěn)定高效供能外，還能實(shí)現(xiàn)能量的高效梯級(jí)利用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

多能源互補(bǔ)的冷熱沼氣聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于：由太陽(yáng)能集熱器1、儲(chǔ)熱水箱2和循環(huán)泵p1組成的太陽(yáng)能利用裝置，由恒溫沼氣發(fā)生器3、沼氣熱水器5、沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4組成的沼氣利用裝置，由高溫水箱6、低溫水箱9、節(jié)流閥7、壓縮機(jī)8、蒸發(fā)器h5和冷凝器h6組成的熱泵裝置，由風(fēng)機(jī)10、擋水板11、噴淋器12、換熱器h7、空氣預(yù)熱器h8、接水盤13、噴淋水箱14和噴淋泵p6組成的能源塔，和置于高溫水箱6中的生產(chǎn)生活熱水的換熱器h3等組成。

所述的高溫水箱6通過(guò)循環(huán)泵p3和管道與置于恒溫沼氣發(fā)生器3中的換熱器h1相連。

所述的能源塔通過(guò)循環(huán)水泵p5、閥門v10、閥門v12和管道與高溫水箱6相連，還通過(guò)循環(huán)水泵p5、閥門v11、閥門v13和管道與低溫水箱9連接。

所述的儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)閥門v8、閥門v5、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v8和管道與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)閥門v5、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v5、閥門v4、閥門v3與與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v9與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)閥門v4、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v8、閥門v5、閥門v4、閥門v3和管道與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v8和管道與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)管道和閥門v3與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v9與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)管道和閥門v3與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，最終形成回路。

所述的恒溫沼氣發(fā)生器3與沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4相連，沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4一個(gè)出口向用戶提供沼氣，另一個(gè)出口與沼氣熱水器5相連，沼氣熱水器5通過(guò)管道與高溫水箱6相連，沼氣熱水器5的排煙口通過(guò)管道延伸至能源塔內(nèi)空氣預(yù)熱器h8下部，在排煙管道口e排出。

所述的生產(chǎn)生活熱水的換熱器h3一端于水源連接，一端向用戶提供生活熱水；

所述的能源塔設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，能源塔下部設(shè)置有接水盤13，接水盤13通過(guò)管道與噴淋水箱14的入口相連，噴淋水箱14的出口通過(guò)噴淋泵p6和管道與噴淋器12相連，所述的噴淋器12位于擋水板11和換熱器h7之間。

所述的太陽(yáng)能集熱器1可以是真空管集熱器，也可以是平板式集熱器，或者是其它形式的集熱器。

所述的儲(chǔ)熱水箱2、高溫水箱6和低溫水箱9設(shè)有補(bǔ)水口，外包有保溫材料。

所述的恒溫沼氣發(fā)生器3設(shè)有進(jìn)料口和排料口，外包有保溫材料。

所述的低溫水箱9和換熱器h7中的工質(zhì)在冬季時(shí)為防凍液，其它季節(jié)為水。

本發(fā)明提出的多能源互補(bǔ)的冷熱沼氣聯(lián)供系統(tǒng)既可以保證連續(xù)穩(wěn)定供能外，還能實(shí)現(xiàn)能量的高效梯級(jí)利用。太陽(yáng)熱能可根據(jù)熱媒溫度選擇多種利用方式，可依次通過(guò)高溫水箱、低溫水箱和能源塔，也可選擇通過(guò)其中的兩部分或一部分；沼氣燃燒排除的高溫?zé)煔馔ㄏ蚰茉此蠹訜峥諝?，熱量?jīng)能源塔熱泵吸收后用于供熱；夏季系統(tǒng)制冷時(shí)熱泵冷凝放熱加熱了沼氣反應(yīng)器而不是排向環(huán)境，提高了熱泵機(jī)組效率的同時(shí)也保證了恒溫厭氧發(fā)酵的高效進(jìn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明提出了一種多能源互補(bǔ)的冷熱沼氣聯(lián)供系統(tǒng)，由太陽(yáng)能集熱器1、儲(chǔ)熱水箱2和循環(huán)泵p1組成的太陽(yáng)能利用裝置，由恒溫沼氣發(fā)生器3、沼氣熱水器5、沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4組成的沼氣利用裝置，由高溫水箱6、低溫水箱9、節(jié)流閥7、壓縮機(jī)8、蒸發(fā)器h5和冷凝器h6組成的熱泵裝置，由風(fēng)機(jī)10、擋水板11、噴淋器12、換熱器h7、空氣預(yù)熱器h8、接水盤13、噴淋水箱14和噴淋泵p6組成的能源塔，和置于高溫水箱6中的生產(chǎn)生活熱水的換熱器h3等組成。

如圖1所示，所述的高溫水箱6通過(guò)循環(huán)泵p3和管道與置于恒溫沼氣發(fā)生器3中的換熱器h1相連。

如圖1所示，所述的能源塔通過(guò)循環(huán)水泵p5、閥門v10、閥門v12和管道與高溫水箱6相連，還通過(guò)循環(huán)水泵p5、閥門v11、閥門v13和管道與低溫水箱9連接。

如圖1所示，所述的儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)閥門v8、閥門v5、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v8和管道與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)閥門v5、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v5、閥門v4、閥門v3與與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v9與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)閥門v4、閥門v2和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v8、閥門v5、閥門v4、閥門v3和管道與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2還可通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v6、閥門v8和管道與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)管道和閥門v3與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，形成回路；儲(chǔ)熱水箱2通過(guò)循環(huán)水泵p2、閥門v7和管道與置于高溫水箱6中的換熱器h2入口相連，換熱器h2的出口通過(guò)管道和閥門v9與置于低溫水箱9中的換熱器h6的入口相連，換熱器h6的出口通過(guò)管道和閥門v3與空氣預(yù)熱器h8的入口相連，空氣預(yù)熱器h8的出口通過(guò)閥門v1和管道與儲(chǔ)熱水箱2相連，最終形成回路。

如圖1所示，所述的恒溫沼氣發(fā)生器3與沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4相連，沼氣凈化和儲(chǔ)存裝置4一個(gè)出口向用戶提供沼氣，另一個(gè)出口與沼氣熱水器5相連，沼氣熱水器5通過(guò)管道與高溫水箱6相連，沼氣熱水器5的排煙口通過(guò)管道延伸至能源塔內(nèi)空氣預(yù)熱器h8下部，在排煙管道口e排出。

如圖1所示，所述的生產(chǎn)生活熱水的換熱器h3一端于水源連接，一端向用戶提供生活熱水。

如圖1所示，所述的能源塔設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，能源塔下部設(shè)置有接水盤13，接水盤13通過(guò)管道與噴淋水箱14的入口相連，噴淋水箱14的出口通過(guò)噴淋泵p6和管道與噴淋器12相連，所述的噴淋器12位于擋水板11和換熱器h7之間。

如圖1所示，所述的太陽(yáng)能集熱器1可以是真空管集熱器，也可以是平板式集熱器，或者是其它形式的集熱器。

如圖1所示，所述的儲(chǔ)熱水箱2、高溫水箱6和低溫水箱9設(shè)有補(bǔ)水口，外包有保溫材料。

如圖1所示，所述的恒溫沼氣發(fā)生器3設(shè)有進(jìn)料口和排料口，外包有保溫材料。

如圖1所示，所述的低溫水箱9和換熱器h7中的工質(zhì)在冬季時(shí)為防凍液，其它季節(jié)為水。

系統(tǒng)在冬季需要供暖的工況下，高溫水箱6中的工質(zhì)水用于供暖、提供生活熱水和維持高效恒溫厭氧發(fā)酵，優(yōu)先采用儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱水箱2中的太陽(yáng)熱能直接加熱高溫水箱6中的工質(zhì)水，溫度過(guò)低時(shí)開(kāi)啟熱泵，由太陽(yáng)熱能和空氣熱能單獨(dú)或共同向熱泵的低溫?zé)嵩摧斎霟崃?，太?yáng)熱能和空氣熱能均不足時(shí)利用沼氣熱水器5燃燒多余沼氣直接加熱高溫水箱6中的工質(zhì)。此時(shí)閥門v10、閥門v12、閥門v16和閥門v17關(guān)閉，閥門v11、閥門v13、閥門v14和閥門v15開(kāi)啟。

夏季工況下，優(yōu)先利用熱泵冷凝放熱加熱高溫水箱6中的工質(zhì)水用以提供生活用水和維持高效恒溫厭氧發(fā)酵，不足時(shí)用太陽(yáng)熱能輔助，過(guò)多時(shí)可用能源塔散向環(huán)境，低溫水箱9中的工質(zhì)用于向用戶供冷。此時(shí)閥門v10、閥門v12、閥門v16和閥門v17開(kāi)啟，閥門v11、閥門v13、閥門v14和閥門v15關(guān)閉。

過(guò)渡季節(jié)無(wú)需供暖和供冷時(shí)，優(yōu)先采用太陽(yáng)熱能加熱高溫水箱6中的工質(zhì)水用以提供生活用水和維持高效恒溫厭氧發(fā)酵，不足時(shí)開(kāi)啟熱泵制熱或燃燒沼氣產(chǎn)熱。