CN101922753A - 一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统 - Google Patents

一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于集中供热技术领域的太阳能与地热能辅助型集中供热系统。在热力站设置地热源吸收式热泵机组，以集中供热系统一次网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，热媒从土壤中吸热后到热泵蒸发器中放热，吸收的地热用于二次网供热。为了恢复土壤温度，该系统采用太阳能作为辅助热源，采暖季太阳能与地热能互为补充，非采暖季则单独使用太阳能回灌热量于地下，以恢复土壤温度，使得土壤温度全年平衡。该系统以吸收式热泵代替了水水换热器，通过回收环境热量提高系统供热量；以太阳能土壤蓄热方式提高了太阳能集热器的利用率和系统稳定性；以热网水驱动热泵，节省了大量电力消耗，运行费用降低。

Description

一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统
技术领域
本发明属于集中供热技术领域，特别涉及一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，具体为一种具有蓄能功能的太阳能和地热能复合热源集中供热系统。
背景技术
在目前的集中供热系统中，一次网的供水温度一般在130℃，某些新建管网的设计供水温度甚至达到150℃，一次网的回水温度受到二次网水温的限制，一般在60～70℃左右。而对于热力站后的二次网而言，实际运行的供回水温度一般在70/50℃左右，这样就存在着一次网与二次网之间的较大的换热温差，随着地板采暖等低温末端的逐渐普及，二次网水温可进一步降低，由此导致热力站换热过程产生非常大的不可逆传热损失。
另外，太阳能和地热能作为可再生能源现在已经被广泛应用，但是由于其品位较低，因此回收利用这部分能量需要采用热泵技术才能实现，因此，利用集中供热系统一次网和二次网之间的温差，采用吸收式热泵技术回收太阳能和地热能，减少一二次热网之间的不可逆损失，增加二次网的供热量，从而提高了目前热力站的换热效率。
发明内容
本发明的目的是实现太阳能和地热能可再生能源引入集中供热系统并减少热力站的换热不可逆损失提高换热效率的系统形式。
一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源、吸收式热泵、热用户、太阳能集热器、地埋管、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源的一次热网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，吸收式热泵蒸发器与地埋管相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵蒸发器中放热；在采暖期太阳能集热器作为供热系统辅助热源与地埋管联合供热，在非采暖期太阳能集热器作为回灌热源，用以恢复地埋管周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡；二次热网的回水通过吸收式热泵被加热后通过二次热网送至热用户。
所述吸收式热泵是采用一次热网的高温热水作为驱动热源并吸收地埋管地热能的热量进行供热的热泵机组。
所述太阳能集热器在采暖期作为辅助热源与地埋管联合供热时，一种方式为：吸收式热泵的蒸发器出水分两部分，一部分通过太阳能集热器吸收太阳能热量，另一部分进入地埋管吸收土壤的热量，两部分水吸热后会合，最后返回到吸收式热泵的蒸发器放热。
所述太阳能集热器在采暖期作为辅助热源与地埋管联合供热时，另一种方式为：所述太阳能集热器与地埋管串联，吸收式热泵的蒸发器出水先通过太阳能集热器吸收太阳能热量，再进入地埋管吸收土壤的热量，最后返回到吸收式热泵的蒸发器放热；或者吸收式热泵的蒸发器出水先通过地埋管吸收土壤的热量，再进入太阳能集热器吸收太阳能热量，最后返回到吸收式热泵的蒸发器放热。
所述太阳能集热器在非采暖期作为回灌热源时，通过调节阀门和循环水泵的开启和闭合，使太阳能集热器与地埋管串联循环，太阳能集热器所收集的热量循环至地埋管，补充土壤的热量。
所述太阳能集热器在夜间或阴天其出水温度较低时，太阳能集热器停止工作。
一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源、吸收式热泵、热用户、太阳能集热器、地埋管、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源的一次热网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，吸收式热泵蒸发器与地埋管相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵蒸发器中放热；采用一次热网进行回灌补热，用以恢复地埋管周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡，并采用太阳能集热器作为供热系统辅助热源，直接将太阳能集热器收集的热量补充到一次热网中；二次热网的回水通过吸收式热泵被加热后通过二次热网送至热用户。
一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源、吸收式热泵、热用户、太阳能集热器、地埋管、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源的一次热网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，吸收式热泵蒸发器与地埋管相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵蒸发器中放热；所述太阳能集热器可以通过管路切换，在采暖期直接接入二次网，与吸收式热泵并联或串联；并联方式：热用户出口的二次网回水分两路，一路进入吸收式热泵加热，一路进入太阳能集热器加热，两路会合后通过二次网供水送到热用户；串联方式：热用户出口的二次网回水先进入吸收式热泵加热，再进入太阳能集热器加热，或先进入太阳能集热器加热，再进入吸收式热泵加热，最后再通过二次网供水送到热用户。
本发明在热力站设置地热源吸收式热泵机组，以集中供热系统一次网高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵的低位热源，吸收式热泵蒸发器与地埋管相连，热媒从土壤中吸热后到热泵蒸发器中放热，吸收的地热用于二次网供热。为了恢复土壤温度，维持地下热能的收支平衡，该系统采用太阳能作为辅助热源，采暖季太阳能与地热能互为补充，非采暖季则单独使用太阳能回灌热量于地下，以恢复土壤温度，使得土壤温度全年平衡。
本发明的有益效果为：
1、与常规的集中供热方式相比，该系统以吸收式热泵代替了水水换热器，通过回收土壤和太阳能的热量提高系统供热量；
2、与常规的太阳能供热利用方式相比，该系统以太阳能集热器联合土壤蓄热方式大大提高了太阳能集热器和地埋管利用率；
3、与传统电驱动地源热泵相比，该系统以热网水驱动热泵，节省了大量电力消耗，运行成本低。以太阳能辅助土壤温度的恢复，提高了地埋管换热系统的稳定性。
附图说明
图1是实施例1中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图2是实施例2中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图3是实施例3中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图4是实施例4中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图5是实施例5中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图6是实施例6中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图7是实施例7中太阳能与地热能辅助型集中供热系统流程示意图；
图中标号：1-热源；2-地热源吸收式热泵；3-热用户；4-太阳能集热器；5-地埋管；6-地埋管循环水泵；7-太阳能集热器循环水泵；8-水泵；9-一次热网；10-二次热网；11-阀门；12-阀门；13-阀门；14-阀门。
具体实施方式
下面结合附图本发明作进一步说明具体的实施方式：
实施例1：
如图1所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，供热系统是由热源1、地热源吸收式热泵2、热用户3、太阳能集热器4、地埋管5、地埋管循环水泵6、太阳能集热器循环水泵7、阀门11、阀门13、一次热网9、二次热网10以及各种连接管路和附件组成。来自热源1的一次热网9水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵2的低位热源，吸收式热泵2蒸发器与地埋管5相连，热媒从土壤中吸热，到吸收式热泵2蒸发器中放热，二次热网10的回水通过地热源吸收式热泵2的冷凝器被加热后，热量通过二次热网10送至热用户。为了恢复地埋管5周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡，该系统采用太阳能集热器4作为补充热源。太阳能集热器4在采暖期为辅助热源，与地埋管5联合并联供热，阀门11、阀门13打开，地埋管循环水泵6、太阳能集热器循环水泵7也均打开。吸收式热泵2的蒸发器出水分两部分，一部分通过太阳能集热器4吸收太阳能热量，另一部分进入地埋管5吸收土壤的热量，两部分水吸热后会合，最后返回到吸收式热泵2的蒸发器放热。太阳能集热器4在非采暖期为回灌热源，阀门13和地埋管循环水泵6关闭，阀门11和太阳能集热器循环水泵7开启，太阳能集热器4与地埋管5串联循环，太阳能集热器4所收集的热量循环至地埋管5，补充土壤的热量。太阳能集热器4在夜间或阴天其出水温度较低时，阀门11关闭，太阳能集热器循环水泵7关闭，此时太阳能集热器停止工作。
实施例2：
如图2所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其中的太阳能集热器4和地埋管5是联合串联供热。采暖供热时阀门12、阀门14关闭，阀门11、阀门13打开，吸收式热泵2的蒸发器出水先经过太阳能集热器4，再进入地埋管5吸收土壤的热量，最后返回到吸收式热泵2的蒸发器放热。太阳能集热器4在非采暖期为回灌热源，阀门12和阀门13关闭，阀门11和阀门14开启，太阳能集热器4与地埋管5串联循环，太阳能集热器4所收集的热量循环至地埋管5，补充土壤的热量。太阳能集热器4在夜间或阴天其出水温度较低时，阀门11关闭，开启阀门12，此时太阳能集热器停止工作。其余与实施例1相同。
实施例3：
如图3所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，与实施例2不同在于，吸收式热泵2的蒸发器出水先经过地埋管5吸收土壤的热量，再进入太阳能集热器4，最后返回到吸收式热泵2的蒸发器放热。其余与实施例2相同。
实施例4：
如图4所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，供热系统是由热源1、地热源吸收式热泵2、热用户3、太阳能集热器4、地埋管5、地埋管循环热泵6、太阳能集热器循环水泵7、阀门11、阀门13、阀门14、一次热网9、二次热网10以及各种连接管路和附件组成。来自热源1的一次热网9水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵2的低位热源，吸收式热泵2蒸发器与地埋管5相连，热媒从土壤中吸热，到吸收式热泵2蒸发器中放热，二次热网10的回水通过地热源吸收式热泵2的冷凝器被加热后，热量通过二次热网10送至热用户。没有条件设置太阳集热器4的热力站，为了恢复地埋管5周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡，在非采暖季，阀门14开启，该系统可以采用一次热网9进行回灌补热。有条件设置太阳能集热器4的地方，可以直接把太阳能集热器4收集的热量补充到一次热网9中。
实施例5：
如图5所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，供热系统是由热源1、地热源吸收式热泵2、热用户3、太阳能集热器4、地埋管5、地埋管循环热泵6、太阳能集热器循环水泵7、阀门11、阀门12、阀门13、阀门14、一次热网9、二次热网10以及各种连接管路和附件组成。来自热源1的一次热网9水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵2的低位热源，吸收式热泵2蒸发器与地埋管5相连，热媒从土壤中吸热，到吸收式热泵2蒸发器中放热，二次热网10的回水通过地热源吸收式热泵2的冷凝器被加热后，热量通过二次热网10送至热用户。所述太阳能集热器4直接接入二次网10，与吸收式热泵2并联，热用户3出口的二次网10回水分两路，一路进入吸收式热泵2加热，一路进入太阳能集热器4加热，两路会合后通过二次网10供水送到热用户3。太阳能集热器4在夜间或阴天其出水温度较低时，阀门11关闭，水泵7关闭，此时太阳能集热器停止工作。为了恢复地埋管5周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡，在非采暖季，阀门14开启，该系统可以采用一次热网9进行回灌补热。
实施例6：
如图6所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，与实例5不同在于，太阳能集热器4直接接入二次网10，与吸收式热泵2串联，热用户3出口的二次网10回水先进入太阳能集热器4加热，再进入吸收式热泵2加热，最后再通过二次网10供水送到热用户。其余与实施例5相同。
实施例7：
如图7所示，太阳能与地热能辅助型集中供热系统，与实例6不同在于，热用户3出口的二次网10回水先进入吸收式热泵2加热，再进入太阳能集热器4加热，最后再通过二次网10供水送到热用户。其余与实施例6相同。

Claims (8)

1.一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源(1)、吸收式热泵(2)、热用户(3)、太阳能集热器(4)、地埋管(5)、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源(1)的一次热网(9)高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵(2)的低位热源，吸收式热泵(2)蒸发器与地埋管(5)相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵(2)蒸发器中放热；在采暖期太阳能集热器(4)作为供热系统辅助热源与地埋管(5)联合供热，在非采暖期太阳能集热器(4)作为回灌热源，用以恢复地埋管(5)周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡；二次热网(10)的回水通过吸收式热泵(2)被加热后通过二次热网(10)送至热用户(3)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，所述吸收式热泵(2)是采用一次热网(9)的高温热水作为驱动热源并吸收地埋管(5)地热能的热量进行供热的热泵机组。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(4)在采暖期作为辅助热源与地埋管(5)联合供热时，吸收式热泵(2)的蒸发器出水分两部分，一部分通过太阳能集热器(4)吸收太阳能热量，另一部分进入地埋管(5)吸收土壤的热量，两部分水吸热后会合，最后返回到吸收式热泵(2)的蒸发器放热。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(4)在采暖期作为辅助热源与地埋管(5)联合供热时，所述太阳能集热器(4)与地埋管(5)串联，吸收式热泵(2)的蒸发器出水先通过太阳能集热器(4)吸收太阳能热量，再进入地埋管(5)吸收土壤的热量，最后返回到吸收式热泵(2)的蒸发器放热；或者吸收式热泵(2)的蒸发器出水先通过地埋管(5)吸收土壤的热量，再进入太阳能集热器(4)吸收太阳能热量，最后返回到吸收式热泵(2)的蒸发器放热。
5.根据权利要求3或4所述的一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(4)在非采暖期作为回灌热源时，通过调节阀门和循环水泵的开启和闭合，使太阳能集热器(4)与地埋管(5)串联循环，太阳能集热器(4)所收集的热量循环至地埋管(5)，补充土壤的热量。
6.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，所述太阳能集热器(4)在夜间或阴天其出水温度较低时，太阳能集热器停止工作。
7.一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源(1)、吸收式热泵(2)、热用户(3)、太阳能集热器(4)、地埋管(5)、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源(1)的一次热网(9)高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵(2)的低位热源，吸收式热泵(2)蒸发器与地埋管(5)相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵(2)蒸发器中放热；采用一次热网(9)进行回灌补热，用以恢复地埋管(5)周围土壤温度，维持土壤热能的收支平衡，并采用太阳能集热器(4)作为供热系统辅助热源，直接将太阳能集热器(4)收集的热量补充到一次热网(9)中；二次热网(10)的回水通过吸收式热泵(2)被加热后通过二次热网(10)送至热用户(3)。
8.一种太阳能与地热能辅助型集中供热系统，其特征在于，该供热系统包括热源(1)、吸收式热泵(2)、热用户(3)、太阳能集热器(4)、地埋管(5)、若干循环水泵以及各种连接管路和附件，来自热源(1)的一次热网(9)高温热水驱动吸收式热泵，以土壤源作为吸收式热泵(2)的低位热源，吸收式热泵(2)蒸发器与地埋管(5)相连，热媒从土壤中吸热到吸收式热泵(2)蒸发器中放热；所述太阳能集热器(4)直接接入二次网(10)，与吸收式热泵(2)并联或串联；并联方式：热用户(3)出口的二次网(10)回水分两路，一路进入吸收式热泵(2)加热，一路进入太阳能集热器(4)加热，两路会合后通过二次网(10)供水送到热用户(3)；串联方式：热用户(3)出口的二次网(10)回水先进入吸收式热泵(2)加热，再进入太阳能集热器(4)加热，或先进入太阳能集热器(4)加热，再进入吸收式热泵(2)加热，最后再通过二次网(10)供水送到热用户。
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