CN101793423A - 一种热量倍增型热站换热机组 - Google Patents
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Abstract
一种热量倍增型热站换热机组，属于供热采暖领域。本发明的技术特征是在现有集中供热一次侧热媒通过换热器转换成二次侧热水的基础上，将一次侧热媒先连接吸收式热泵机组作为驱动源，通过吸收式热泵机组从环境热源中取热，从而实现二次侧热量倍增的目的。本发明可以直接利用现有一次侧的热水或蒸汽作为热媒，驱动吸收式热泵机组从外界空气或水源环境中取热实现二次侧热量倍增换热，根据工况变化，也可以利用吸收式热泵机组的出口热媒，进一步加热流出吸收式热泵机组的二次侧热水。在保证二次侧使用功能的前提下，减小了单位供热面积的一次网供热量和热媒流量，从而减小了热网管道尺寸，降低了一次能源消耗及其输配能耗，具有显著的节能效果。
Description
技术领域
本发明属于供热采暖领域，适用于具有蒸汽、热水等高温热源的集中供热网、锅炉房或其他供热系统的换热站。
背景技术
随着我国居民生活水平的提高，人们对生活热水和采暖热水的需求量也不断增加。统计数据表明，我国建筑能耗占社会总能耗的比例在22％~25％之间，其中约有40％用于建筑采暖。北方城镇地区采用热网集中供热或小区集中供热的能耗约占建筑采暖能耗的60％，目前长江流域许多新建的社区也开始采用集中供热，很多城市也在规划大规模集中供热网。
由于集中供热可以不用在每栋楼单独设立锅炉，有许多优势，因此这种方式将在我国长期存在。而目前的集中供热通常是用锅炉直接烧出低温热水(60~90℃)直接供给用户采暖，或利用图1所示的供热站将集中热网中130℃的热水(一次侧热水)转换成低温热水(二次侧热水)再供给用户采暖，虽然换热前后的热量总量没有改变，但可用能量损失却非常大。
用锅炉或集中热网制备二次侧采暖热水的供热效率总是小于1.0的，且几乎不随二次侧热水温度和外界温度的变化而变化。但根据热力学第二定律可知，利用锅炉燃烧化石燃料或一次网的热水，在不同外界环境温度下制备不同温度的二次侧热水应该能够获得比直接换热更高的换热效率。因此，开发热量倍增型热站换热机组是实现热网集中供热与小区集中供热节能减排的重要途径，具有重要的社会效益和巨大的经济效益。
发明内容
基于上述背景，本发明提出一种热量倍增型热站换热机组，适用于具有高温热源的集中热网或小区集中供热系统的换热站，利用锅炉直接烧出的热水或蒸汽，或者以集中供热网一次侧热源的130℃热水作为吸收式热泵机组的驱动热源，通过吸收式热泵机组从空气、水或土壤等环境介质中提取热量，则可制取比一次侧供热量更多的二次侧低温热水热量，实现热量的倍增。如果定义二次侧产热量与一次侧供热量之比为热量倍增率，那么在忽略热量损失条件下，传统热站的热量倍增率恒定为1.0，而本发明提供的热站换热机组的热量倍增率将较大幅度地超过传统热站，二次侧热水需求温度越低，空气、水或土壤的温度越高，其热量倍增率越大。
本发明的具体技术方案如下：
一种热量倍增型热站换热机组，包括换热器、一次侧热媒入口管、一次侧热媒出口管、二次侧热水进水管和二次侧热水出水管，其特征在于：所述的热量倍增型热站换热机组还包括吸收式热泵机组，所述的吸收式热泵机组包括发生器、吸收器、冷凝器和蒸发器；所述的一次侧热媒入口管与所述发生器的入口管相连，发生器的出口管路分成两路，一路经第一阀门与换热器一次侧入口相连通，另一路经第二阀门与换热器一次侧热媒出口管相连通；二次侧热水进水管与吸收器的入口管相连通，吸收器的出口管经过冷凝器后分为两路，一路经第三阀门与换热器二次侧入口相连，另一路经第四阀门与二次侧热水出水管相连通。
所述的第一阀门和第二阀门为流量调节阀；所述的第一阀门与第二阀门采用一只调节流量的三通阀代替；所述吸收式热泵机组为单效吸收式热泵机组或多效吸收式热泵机组，或两者的组合；所述吸收式热泵机组为吸收式空气源热泵机组或吸收式水源热泵机组，或两者的组合；进入吸收式热泵机组的一次侧热媒为热水或蒸汽。
采用上述技术方案具有下列显著优点：
①热量倍增型热站换热机组通过热媒驱动吸收式热泵机组从周围环境取热，与现有的常规热站换热机组相比倍增了热量。将换热机组从一次侧热媒得到的热量记为Qin，二次侧热水从换热机组带走的热量为Qout，定义热量倍增率＝Qout/Qin，节能率＝(热量倍增率-1)×100％。当一次侧热媒只通过吸收式热泵机组的发生器，二次侧热水只通过吸收式热泵机组的吸收器和冷凝器时，其热量倍增率即为吸收式热泵机组的供热性能系数COP；当一次侧热媒先通过吸收式热泵机组的发生器再通过换热器一次侧换热通道，二次侧热水先通过吸收式热泵机组的吸收器和冷凝器，再通过换热器二次侧换热通道时，热量倍增率有所下降，但仍大于1。
以北京地区某公共建筑为例，一次侧热媒为130℃热水，吸收式热泵机组采用吸收式空气源热泵机组，制取65℃的二次侧热水时，其全年平均热量倍增率为1.25，节能率达25％。在满足二次侧热水的供热温度和热量的条件下，一次侧热媒的需求量将减少20％，可减少一次侧热媒的输配能耗40％左右。若采用蒸汽作为一次侧热媒，或采用工厂废水、废气及其他低品位热源作为吸收式热泵机组的蒸发热源时，其热量倍增率和节能率将大幅提高。热量倍增型换热机组可用于集中热网、小区供热锅炉房或其他供热系统，在我国广阔的北方地区以及夏热冬冷地区都适用，节能潜力巨大。
②现有的常规热站换热机组在制取热水时，所制取二次侧热水温度改变时热量不变，而热量倍增型热站换热机组能够根据环境温度的变化进行调节，在环境温度高或者所制取的热水温度低时，热量倍增率和节能率均提高。目前采暖热水的温度有降低的趋势，尤其是地板采暖所需热水温度更低，热量倍增型热站换热机组的节能优势更加明显。
③提高了一次能源的利用率，降低了一次能源的消耗，减少了CO2等污染物的排放，并且吸收式热泵机组采用天然工质，对环境友好。
附图说明
图1是现有常规热站换热机组的结构示意图。
图2是本发明提供的采用吸收式空气源热泵机组的热量倍增型热站换热机组的结构示意图。
图3是本发明提供的采用吸收式水源热泵机组的热量倍增型热站换热机组的结构示意图。
图4是本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组全效型倍增换热模式的运行示意图。
图5是本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组可调型倍增换热模式的运行示意图。
其中：1-换热器；2-一次侧热媒入口管；3-一次侧热媒出口管；4-二次侧热水进水管；5-二次侧热水出水管；6-吸收式热泵机组；7-发生器；8-第一阀门；9-第二阀门；10-吸收器；11-冷凝器；12-第三阀门；13-第四阀门；14-蒸发器；15-吸收式空气源热泵机组；16-吸收式水源热泵机组；17-风冷式蒸发器；18-水冷式蒸发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和运行方式做进一步说明。
本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组，包括换热器1、一次侧热媒入口管2、一次侧热媒出口管3、二次侧热水进水管4和二次侧热水出水管5，其特征在于：所述的热量倍增型热站换热机组还包括吸收式热泵机组6，所述的吸收式热泵机组6包括发生器7、吸收器10、冷凝器11和蒸发器14；所述的一次侧热媒入口管2与所述发生器7的入口管相连，发生器7的出口管路分成两路，一路经第一阀门8与换热器1一次侧入口相连，另一路经第二阀门9与换热器1一次侧热媒出口管3相连通；二次侧热水进水管4与吸收器10的入口管相连，吸收器10的出口管经过冷凝器11后分为两路，一路经第三阀门12与换热器1二次侧入口相连，另一路经第四阀门13与二次侧热水出水管5相连通。
本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组，具有全效型倍增换热和可调型倍增换热两种运行模式。
实施例一：
本实施例以热水作为一次侧热媒，吸收式热泵机组6采用吸收式空气源热泵机组15。如图2所示，一种热量倍增型热站换热机组，包括换热器1、一次侧热媒入口管2、一次侧热媒出口管3、二次侧热水进水管4和二次侧热水出水管5，其特征在于：所述的热量倍增型热站换热机组还包括吸收式空气源热泵机组15，所述的吸收式空气源热泵机组15包括发生器7、吸收器10、冷凝器11和风冷式蒸发器17；所述的一次侧热媒入口管2与所述发生器7的入口管相连，发生器7的出口管路分成两路，一路经第一阀门8与换热器1一次侧入口相连，另一路经第二阀门9与换热器1一次侧热媒出口管3相连通；二次侧热水进水管4与吸收器10的入口管相连，吸收器10的出口管经过冷凝器11后分为两路，一路经第三阀门12与换热器1二次侧入口相连，另一路经第四阀门13与二次侧热水出水管5相连通。
1、全效型倍增换热模式
图4是本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组全效型倍增换热模式的运行示意图。
当外界温度较高或所需制取热水的温度较低时，打开第二阀门9、第四阀门13，关闭第一阀门8、第三阀门12，热水驱动吸收式空气源热泵机组15从环境中取热后，回到一次侧热媒出口管3，用户侧的回水经过吸收式空气源热泵机组15加热升温后，供给用户使用。
全效型倍增换热模式下，热量倍增型热站换热机组的热量倍增率达到最大值，即为吸收式空气源热泵机组15的供热性能系数COP。
2、可调型倍增换热模式
当环境温度较低或所需制取热水的温度较高时，吸收式空气源热泵机组15的效率较低，全效型倍增换热模式无法满足用户侧需求。
图5是本发明提供的一种热量倍增型热站换热机组可调型倍增换热模式的运行示意图。在可调型倍增换热模式下，第一阀门8和第二阀门9为流量调节阀。
打开第一阀门8、第二阀门9、第三阀门12，关闭第四阀门13，热水驱动吸收式空气源热泵机组15从环境中取热后，一部分通过第一阀门8进入换热器1换热，再回到一次侧热媒出口管3，另一部分热水直接回到一次侧热媒出口管3，用户侧的回水先经过吸收式空气源热泵机组15加热后，通过换热器1再次升温，供给用户使用。
根据环境温度和所需制取热水温度的不同，调节第一阀门8和第二阀门9的开度，控制进入换热器1的热水流量，以保证制取的热水温度符合要求。环境温度越低或所需制取热水温度越高，则第一阀门8的开度越大，第二阀门9的开度越小，热量倍增型热站换热机组的热量倍增率就越低。
实施例二：
本实施例以热水作为一次侧热媒，吸收式热泵机组6采用吸收式水源热泵机组16。如图3所示，一种热量倍增型热站换热机组，包括换热器1、一次侧热媒入口管2、一次侧热媒出口管3、二次侧热水进水管4和二次侧热水出水管5，其特征在于：所述的热量倍增型热站换热机组还包括吸收式水源热泵机组16，所述的吸收式水源热泵机组16包括发生器7、吸收器10、冷凝器11和水冷式蒸发器18；所述的一次侧热媒入口管2与所述发生器7的入口管相连，发生器7的出口管路分成两路，一路经第一阀门8与换热器1一次侧入口相连，另一路经第二阀门9与换热器1一次侧热媒出口管3相连通；二次侧热水进水管4与吸收器10的入口管相连，吸收器10的出口管经过冷凝器11后分为两路，一路经第三阀门12与换热器1二次侧入口相连，另一路经第四阀门13与二次侧热水出水管5相连通。
热量倍增型热站换热机组仍可实现实施例一所述的热量倍增功能，同时具有全效型倍增换热模式和可调型倍增换热模式。由于供给水冷式蒸发器18的地下水源、土壤源以及废热水源的温度稳定且温度较高，故在冬季可获得更高的热量倍增率，节能效果更为明显。
此外，利用蒸汽驱动吸收式空气源热泵机组15或者吸收式水源热泵机组16，第一阀门8、第二阀门9采用流量调节阀，第一阀门8与第二阀门9合并采用调节流量的三通阀，吸收式热泵机组6采用单效或多效吸收式热泵机组等技术方案，其管路布置和工作方式均与以上实施例相同，故也属于本专利的保护范围，在此不再赘述。
Claims (6)
1.一种热量倍增型热站换热机组，包括换热器(1)、一次侧热媒入口管(2)、一次侧热媒出口管(3)、二次侧热水进水管(4)和二次侧热水出水管(5)，其特征在于：所述的热量倍增型热站换热机组还包括吸收式热泵机组(6)，所述的吸收式热泵机组(6)包括发生器(7)、吸收器(10)、冷凝器(11)和蒸发器(14)；所述的一次侧热媒入口管(2)与所述发生器(7)的入口管相连，发生器(7)的出口管路分成两路，一路经第一阀门(8)与换热器(1)一次侧入口相连，另一路经第二阀门(9)与换热器(1)一次侧热媒出口管(3)相连通；二次侧热水进水管(4)与吸收器(10)的入口管相连，吸收器(10)的出口管经过冷凝器(11)后分为两路，一路经第三阀门(12)与换热器(1)二次侧入口相连，另一路经第四阀门(13)与二次侧热水出水管(5)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种热量倍增型热站换热机组，其特征在于：所述的第一阀门(8)和第二阀门(9)为流量调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种热量倍增型热站换热机组，其特征在于：所述的第一阀门(8)与第二阀门(9)采用一只调节流量的三通阀代替。
4.根据权利要求1所述的一种热量倍增型热站换热机组，其特征在于：所述吸收式热泵机组(6)为单效吸收式热泵机组或多效吸收式热泵机组，或两者的组合。
5.根据权利要求1所述的一种热量倍增型热站换热机组，其特征在于：所述吸收式热泵机组(6)为吸收式空气源热泵机组(15)或吸收式水源热泵机组(16)，或两者的组合。
6.根据权利要求1所述的一种热量倍增型热站换热机组，其特征在于：进入吸收式热泵机组(6)的一次侧热媒为热水或蒸汽。
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