一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统及方法

本申请涉及余热回收领域，具体涉及一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统及方法。

背景技术：

1、近年来，作为一种技术密集型农业，植物工厂发展迅速，成为未来设施园艺发展的必然趋势。其优势在于资源利用率高、单位土地面积年产量高、对建设选址要求低。然而，植物工厂存在运行成本高、经济效益欠佳等问题，其中冬季供热夏季制冷带来的高能耗是其高成本的主要组成部分。因此，降低植物工厂供热制冷能耗势在必行。物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的快速发展和应用落地，使得全球数据中心规模快速增长、密度越来越高。大量能源被这些不间断运行的数据中心消耗，但由于数据机房的运行温度需控制在18℃～25℃，造成能耗中相当大一部分转化为热能散发，不仅导致能源大大浪费，还会导致“城市热岛”问题。换个角度思考，如果这些余热能得以有效利用，则数据中心成为一个巨大而稳定的中低品位热源，可以用于满足周边用户的供暖、热水等需求。数据中心余热回收作为一种节能环保措施，能够带来广阔的市场前景及节能意义。把植物工厂建在各类大型数据中心附近，使其联合发展、互补利用、相得益彰是非常值得提倡的。

2、数据中心等余热品位低，通过简单的热传导利用，能满足的供热对象范围很少，且传热效率偏低。此外，植物的生长需要的是适宜的温度，除了需要考虑增温的问题，在炎热的夏季还需考虑制冷问题。并且，把数据中心等余热气流直接导入种植房，容易导致种植中植物受热不均匀，更会导致传热效率低下(回收的余热得不到高效利用)。

3、当前针对植物工厂的温度调控以及数据中心余热回收方面研究较多，但现有研究仅片面考虑植物工厂冷季供热/增温的问题，而尚未有研究考虑植物工厂热季制冷的措施。并且现有研究选取为植物工厂供热的能源来源不稳定，影响了系统运行稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统及方法。

2、为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统，包括：至少一个热量提供区用于提供热源和至少一个植物工厂，所述热量提供区设置蒸发器ⅰ，所述蒸发器ⅰ中设置有制冷剂吸收热量提供区的余热，蒸发器ⅰ的出口连接压缩机，压缩机的出口连接冷凝器ⅰ，所述冷凝器ⅰ的出液口通过节流阀ⅰ连接蒸发器ⅰ，实现制冷剂的循环，所述冷凝器ⅰ的出气口连接植物工厂供热管路。

4、优选的，所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，还包括至少一栋周边建筑和蒸发器ⅱ，所述蒸发器ⅱ与所述植物工厂连接，所述蒸发器ⅱ中设置有制冷剂吸收植物工厂的余热蒸发，蒸发器ⅱ的出口连接压缩机，所述压缩机的出口连接冷凝器ⅱ，所述冷凝器ⅱ的出液口通过节流阀ⅱ连接蒸发器ⅰ和/或蒸发器ⅱ，实现制冷剂的循环，所述冷凝器ⅱ的出气口连接至少一栋周边建筑。

5、优选的，所述压缩机的出口与所述冷凝器ⅰ的连接管道上设置有阀门ⅰ，和/或

6、所述节流阀ⅱ与所述蒸发器ⅰ的连接管道上设置有阀门ⅳ；所述节流阀ⅱ与所述蒸发器ⅱ的连接管道上设置有阀门ⅴ，和/或

7、所述压缩机的出口与冷凝器ⅱ的连接管道上设置有阀门ⅲ，和/或

8、所述蒸发器ⅱ与所述植物工厂的连接管道上设置有阀门ⅱ。

9、优选的，所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，还包括控制柜，所述控制柜包括控制器。

10、优选的，所述热量提供区包括数据中心，和/或所述周边建筑包括酒店和游泳馆。

11、一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统的调控方法，采用本公开任意一项实施例的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，开启阀门ⅰ，关闭阀门ⅱ和阀门ⅲ，蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热蒸发，到压缩机里被压缩后的高温高压制冷剂到冷凝器ⅰ里冷凝放热，从冷凝器出来的低温高压制冷剂再到节流阀ⅰ膨胀，低温低压的制冷剂开始继续循环，从冷凝器ⅰ放出来的热能供给植物工厂。

12、优选的，关闭阀门ⅰ，开启阀门ⅱ和阀门ⅲ，蒸发器ⅱ中的制冷剂吸收植物工厂的热量后进入压缩机，同时蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热后蒸发，也进入压缩机里被压缩，即同时回收了植物工厂和数据中心的废热，从压缩机出来的高温高压制冷剂在冷凝器ⅱ中冷凝放热后进入节流阀ⅱ降压膨胀，从节流阀ⅱ出来的制冷剂分两路继续循环，冷凝器ⅱ放出来的热量供给至少一栋周边建筑。

13、优选的，开启阀门ⅰ、阀门ⅲ和阀门ⅳ，并保持阀门ⅱ阀门ⅴ关闭，并通过阀门ⅰ、阀门ⅲ和阀门ⅳ调节流量，将热量提供区的一部分转移到至少一栋周边建筑中；具体包括：蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热蒸发，到压缩机里被压缩后的高温高压制冷剂分两路，分别到冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ里冷凝放热，从冷凝器出来的低温高压制冷剂再分别到节流阀ⅰ和节流阀ⅱ膨胀，低温低压的制冷剂开始继续新一轮循环，从冷凝器ⅰ放出来的热能供给植物工厂，从冷凝器ⅱ放出来的热量供给周边建筑。

14、优选的，在冬季植物工厂的需热负荷小于热量提供区提供的余热负荷时，即热量提供区提供的余热过剩情况下，满足植物工厂冬季热负荷按需调控需要。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本申请针对热量提供区，例如数据中心稳定的余热大大浪费，而植物工厂的冬季供热和夏季制冷仍在消耗大量能源的问题，提出一种数据中心余热的回收系统与方法，结合压缩式热泵，在冬季回收数据中心余热用于植物工厂供热，在夏季吸走植物工厂内热量和数据中心的余热供给周边建筑(酒店、游泳馆等需要生活热水的建筑)，满足其生活热水需求，从而提高数据中心余热的利用率，降低植物工厂供热、制冷能耗，减少民用建筑生活热水的加热能耗，减少能源浪费。

17、(2)本申请系统和方法能够满足植物工厂冬季制热、夏季制冷温度调控需要。并可以通过冷热负荷的计算与合理匹配以及控制柜的自动控制，为植物工厂不同季节、不同地区、不同气候、昼夜、不同植物等各种条件下的冷热负荷条件选择合适工作循环；通过不同的逆卡诺循环实现废热回收最大化以及植物工厂温度的适宜性调控。

18、(3)本申请系统仅设置一个压缩机，降低了余热回收热泵的成本。

技术特征：

1.一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统，其特征在于，包括：至少一个热量提供区用于提供热源和至少一个植物工厂，所述热量提供区设置蒸发器ⅰ，所述蒸发器ⅰ中设置有制冷剂吸收热量提供区的余热，蒸发器ⅰ的出口连接压缩机，压缩机的出口连接冷凝器ⅰ，所述冷凝器ⅰ的出液口通过节流阀ⅰ连接蒸发器ⅰ，实现制冷剂的循环，所述冷凝器ⅰ的出气口连接植物工厂供热管路。

2.根据权利要求1所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，其特征在于，还包括至少一栋周边建筑和蒸发器ⅱ，所述蒸发器ⅱ与所述植物工厂连接，所述蒸发器ⅱ中设置有制冷剂吸收植物工厂的余热蒸发，蒸发器ⅱ的出口连接压缩机，所述压缩机的出口连接冷凝器ⅱ，所述冷凝器ⅱ的出液口通过节流阀ⅱ连接蒸发器ⅰ和/或蒸发器ⅱ，实现制冷剂的循环，所述冷凝器ⅱ的出气口连接至少一栋周边建筑。

3.根据权利要求1所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，其特征在于，所述压缩机的出口与所述冷凝器ⅰ的连接管道上设置有阀门ⅰ，和/或

4.根据权利要求1所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，其特征在于，还包括控制柜，所述控制柜包括控制器。

5.根据权利要求1所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，其特征在于，所述热量提供区包括数据中心，和/或所述周边建筑包括酒店和游泳馆。

6.根据权利要求4所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统的调控方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一项所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统，开启阀门ⅰ，关闭阀门ⅱ和阀门ⅲ，蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热蒸发，到压缩机里被压缩后的高温高压制冷剂到冷凝器ⅰ里冷凝放热，从冷凝器出来的低温高压制冷剂再到节流阀ⅰ膨胀，低温低压的制冷剂开始继续循环，从冷凝器ⅰ放出来的热能供给植物工厂。

7.根据权利要求4所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统的调控方法，其特征在于，关闭阀门ⅰ，开启阀门ⅱ和阀门ⅲ，蒸发器ⅱ中的制冷剂吸收植物工厂的热量后进入压缩机，同时蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热后蒸发，也进入压缩机里被压缩，即同时回收了植物工厂和数据中心的废热，从压缩机出来的高温高压制冷剂在冷凝器ⅱ中冷凝放热后进入节流阀ⅱ降压膨胀，从节流阀ⅱ出来的制冷剂分两路继续循环，冷凝器ⅱ放出来的热量供给至少一栋周边建筑。

8.根据权利要求4所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统的调控方法，其特征在于，开启阀门ⅰ、阀门ⅲ和阀门ⅳ，并保持阀门ⅱ阀门ⅴ关闭，并通过阀门ⅰ、阀门ⅲ和阀门ⅳ调节流量，将热量提供区的一部分转移到至少一栋周边建筑中；具体包括：蒸发器ⅰ中的制冷剂吸收热量提供区的余热蒸发，到压缩机里被压缩后的高温高压制冷剂分两路，分别到冷凝器ⅰ和冷凝器ⅱ里冷凝放热，从冷凝器出来的低温高压制冷剂再分别到节流阀ⅰ和节流阀ⅱ膨胀，低温低压的制冷剂开始继续新一轮循环，从冷凝器ⅰ放出来的热能供给植物工厂，从冷凝器ⅱ放出来的热量供给周边建筑。

9.根据权利要求8所述的基于余热回收的植物工厂温度调控系统的调控方法，其特征在于，在冬季植物工厂的需热负荷小于热量提供区提供的余热负荷时，即热量提供区提供的余热过剩情况下，满足植物工厂冬季热负荷按需调控需要。

技术总结本申请涉及余热回收领域，公开了一种基于余热回收的植物工厂温度调控系统，包括至少一个热量提供区用于提供热源和至少一个植物工厂，所述热量提供区连接蒸发器Ⅰ，所述蒸发器Ⅰ中设置有制冷剂吸收热量提供区的余热，蒸发器Ⅰ的出口连接压缩机，压缩机的出口连接冷凝器Ⅰ，所述冷凝器Ⅰ的出液口连接蒸发器Ⅰ，实现制冷剂的循环，所述冷凝器Ⅰ的出气口连接植物工厂供热管路。本申请针对热量提供区，例如数据中心稳定的余热大大浪费，而植物工厂的冬季供热和夏季制冷仍在消耗大量能源的问题，能够在冬季回收数据中心余热用于植物工厂供热，在夏季吸走植物工厂内热量和数据中心的余热供给周边建筑。技术研发人员：额热艾汗,陈翠忠,汪秋刚,任玉成,李俊峰,刘生宝,蓝明菊,李靖,江煜受保护的技术使用者：石河子大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18