CN102460024A - 区域能量共享系统 - Google Patents

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Abstract

一种区域能量共享系统(DESS),包括:热能回路,循环和存储水中的热能;至少一个客户建筑物,热耦合到回路并且从回路转移一些热能(“冷源”)和/或向回路中存放一些热能(“热源”);以及至少一个热服务器厂,可以热耦合到外部热源和/或冷源(例如地热地下源)并且其功能是为了维持DESS内的热平衡。

Description

区域能量共享系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于在区域中的服务器(server)与客户(client)之间共享热能的区域能量共享系统。
背景技术
[0002] 传统建筑物加热和冷却系统使用主要高级能源(比如电力或者化石燃料)来提供空间加热和/或冷却以及加热或者冷却建筑物中使用的水。加热或者冷却建筑物空间和水的过程将这一高级能量转换成具有高熵的低级废热,该低级废热然后离开建筑物并且回到环境。例如来自淋浴或者水池的加热的水排入到下水道中并且加热的空气中的热能将辐射并且经过外壁传导进入大气。
[0003] 建筑物加热和冷却系统消耗大量不可再生资源并且对全球变暖起明显作用。许多工业过程也排放引起水道和大气进一步升温的大量低级热能。
[0004] 已经尝试利用自然热源和冷源来提供用于加热和冷却建筑物的高效、对环境更友好的方式;例如并且如在图1(现有技术)中所示,区域中的建筑物可以各自被独立地下源热泵系统个别服务。遗憾的是,这一方式需要大量基础设施成本,因为每个房主将需要安装具有地热地下环路的热泵系统。
[0005] 典型建筑物区域在图2 (现有技术)中被示意地示出并且包括各自流体地耦合到单管温水分配回路的客户建筑物。在这一示意图中,热源(例如具有地热地下环路的机械厂)经过热交换器热耦合到回路;提供另一热交换器用于将回路热耦合到相邻区域中的另一流体流量分配回路。每个建筑物可以具有热泵,该热泵热耦合到回路并且将来自回路的热能转换成用于家用空间或者水加热的有用热。这样的区域的一个特别弊端在于每个建筑物串行连接到回路,因此破坏建筑物热泵操作的总效率,因为下游热泵将在所有上游热泵从回路汲取热时更努力工作。当一些建筑物热泵加热而一些冷却时也妨碍高效操作,因为将有沿着回路的大量温度变化并且将需要运用额外措施以将回路的温度维持于它的设计操作范围内。
[0006] 因此提供一种用于加热和/或冷却建筑物的改进并且成本有效的如下系统将是有用的,该系统再使用由于家用空间和水加热以及冷却过程而产生的至少一些低级废热。
发明内容
[0007] 根据本发明的一个方面,提供一种包括热能回路和热泵组件的区域能量共享系统。热能回路包括:温液体管道,用于热传送液体在第一温度流过;以及冷液体管道,用于热传送液体在比第一温度更低的第二温度流过。热泵组件包括:可逆热泵;建筑物热交换器,热耦合到热泵并且用于热耦合到客户建筑物;回路热交换器,将热泵热耦合到热能回路;管线,将回路热交换器流体地耦合到温和冷液体管道;至少一个循环泵,耦合到管线; 以及阀组件,包括耦合到管线并且在加热模式与冷却模式之间可切换的至少一个控制阀, 在加热模式中限定用于热传送液体从温液体管道经过管线流过回路热交换器并且流向冷液体管道的流体路径,在冷却模式中限定热传送流体从冷液体管道经过管线流过热交换器并且流向温液体管道的流体路径。阀组件可以还可切换到关断模式,在关断模式中温和冷液体管道未经过管线来与热交换器流体连通。
[0008] 阀组件可以包括一对三通控制阀,其中第一三通控制阀流体地耦合到温液体管道、冷液体管道和回路热交换器的入口,而第二三通控制阀流体地耦合到温液体管道、冷液体管道和回路热交换器的出口。当阀组件在加热模式中时,第一三通控制阀向冷液体管道关闭而向温液体管道和回路热交换器的入口开放,而第二三通控制阀向温液体管道关闭而向冷水管道和回路热交换器的出口开放。
[0009] 取而代之,阀组件可以包括具有四个端口和旋转致动器的单个四通控制阀。四个端口包括:第一端口,流体地耦合到温液体管道;第二端口,流体地耦合到回路热交换器的入口 ;第三端口,流体地耦合到冷液体管道;以及第四端口,流体地耦合到回路热交换器的出口,旋转致动器在加热模式中流体地耦合第一和第二端口并且流体地耦合第三和第四端口而在冷却模式中流体地耦合第一和第四端口并且流体地耦合第二和第三端口。
[0010] 根据本发明的另一方面,一种区域能量共享系统包括热能回路和灰水注入组件。 灰水注入组件包括:灰水供应管道,流体地耦合到温或者冷水管道并且用于流体地耦合到灰水源,从而向温或者冷水管道供应灰水;压力控制设备,流体地耦合到灰水供应管道或者热能回路并且可操作用于调节热能回路内的水压;客户建筑物热传送装置,流体地耦合到温和冷水管道并且用于热耦合到客户建筑物,从而可以在热能回路与客户建筑物之间传送热能;以及灰水卸除管道,流体地耦合到温水管道并且用于流体地耦合到客户建筑物,从而可以向建筑物供应灰水用于非可饮用使用。
[0011] 灰水注入组件还可以包括:过滤设备,流体地耦合到压力控制设备上游的灰水供应管道。压力控制设备可以包括:至少一个泵,可操作用于增加灰水的压力在热能回路中的水压以上。压力控制设备还可以包括:至少一个控制阀和缓冲罐,流体地耦合到泵并且可操作用于改变供给温水管道的灰水的流速。
[0012] 根据本发明的又一方面,一种区域能量共享系统包括第一和第二热能回路以及用于热耦合第一和第二热能回路的热能传送站。第一和第二热能回路各自包括:温液体管道, 用于热传送液体在第一温度流过;冷液体管道,用于热传送液体在比第一温度更低的第二温度流过;以及回路泵,耦合到温和冷液体管道中的至少一个管道用于泵送经过其的热传送液体。热能传送站包括以下组件中的至少一个组件:液体传送组件,流体地耦合第一和第二热能回路并且包括可操作用于使热传送流体在其间流动的泵;以及热交换器组件,热耦合并且流体地分离第一和第二热能回路。
[0013] 在一个方面中,热能传送站仅包括液体传送组件,液体传送组件还包括:温液体传送管道,流体地耦合第一和第二热能回路的温液体管道;冷液体传送管道,流体地耦合第一和第二热能回路的冷液体管道;以及换向组件,包括:管线,流体地耦合到温或者冷液体传送管道和泵;以及至少一个控制阀,流体地耦合到管线并且在第一模式和第二模式中可操作,第一模式限定从第一热能回路到第二热能回路的经过管线的流体路径,第二模式限定从第二热能回路到第一热能回路的经过管线的流体路径。
[0014] 在另一方面中,热能传送站仅包括热交换器组件,热交换器组件还包括:液体到液体热交换器,具有第一热传送分区和热耦合到第一热传送分区、但是与第一热传送分区流体地分离的第二热传送分区;第一液体传送管线,将第一热传送分区流体地耦合到第一热能回路的温和冷液体管道;以及第二液体传送管线,将第二热传送分区流体地耦合到第二热能回路的温和冷液体管道;以及一对传送泵,各自分别流体地耦合到第一和第二液体传送管线并且可操作用于使来自第一热能回路的液体流过第一热传送分区而使来自第二热能回路的液体流过第二热传送分区。
[0015] 热能传送站还可以包括:压力控制设备和流体管道,流体地耦合到第一和第二液体传送管道,可操作用于调节在第一与第二热能回路之间的压力。压力控制设备在这一情况下包括减压控制阀和增压器泵中的至少一个。
[0016] 热能传送站还可以包括至少一个服务器厂。每个服务器厂包括:热泵组件,将第一或者第二液体传送管道之一热耦合到热源和冷源中的至少一个。
附图说明
[0017] 图1是各自被独立地下源热泵系统个别服务的多个建筑物的示意图。(现有技术)
[0018] 图2是各自流体地耦合到单管温水供应回路的多个建筑物的示意图。(现有技术)。
[0019] 图3是根据一个实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括具有温水管道和冷水管道的热能回路,这些管道均热耦合到区域中的多个客户建筑物和热服务器厂。
[0020] 图4是根据另一实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括热能回路,该回路热耦合到区域中的多个客户建筑物和热服务器厂,其中图示了每个建筑物中和服务器厂中的热传送装置。
[0021] 图5(a)至(i)是一个客户建筑物中的热泵组件的示意图,其中图5(a)至(c)示出了根据一个实施例的热泵组件,该组件具有配置成在加热模式中(图5(a))、在冷却模式中(图5(b))和在关断模式中(图5(c))操作的可逆热泵和一对三通控制阀,并且图5(d) 至(f)示出了根据另一实施例的热泵组件,该组件具有配置成在加热模式中(图5(d))、在冷却模式中(图5(e))和在关断模式中(图5(f))操作的可逆热泵和单个四通控制阀,并且图5(g)至(i)示出了根据仍又一实施例的热泵组件,该组件具有可逆热泵和四个二通控制阀。
[0022] 图6是根据另一实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括热耦合到热能回路的热服务器厂和也热耦合到热能回路的服务于区域中的多个客户建筑物的多单元本地热传送厂。
[0023] 图7是根据另一实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括热服务器厂和多个客户建筑物,每个客户建筑物具有热传送装置并且直接热耦合到热能回路的温和冷水管道。
[0024] 图8是根据仍又一实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括服务于区域中的多个客户建筑物的组合式多单元本地热传送厂以及热服务器厂。
[0025] 图9 (a)至(h)是根据仍又一实施例的区域能量共享系统的示意图,该系统包括由热能传送站热耦合在一起的热能回路,其中图9(a)示出了热耦合到多个客户建筑物和热服务器厂的每个热能回路,图9(b)是根据一个实施例的传送站的详细视图,该传送站用于服务于具有相同压力分区的回路,图9(c)是根据另一实施例的传送站的详细视图,该传送站用于服务于具有不同压力分区的回路,图9(d)是根据仍又一实施例的传送站的详细视图,该传送站用于服务于具有不同压力分区的回路并且具有一对热服务器厂,并且图9(e) 至(h)示出了用于在图9(b)中所示传送站的回路之间传送热的不同操作模式。
[0026] 图10是区域的照片,该照片图示了向拍照的区域上叠加的区域能量共享系统的一个实施例。
[0027] 图11是区域能量共享系统的一个实施例内的热能共享过程的示意图。
[0028] 图12是根据又一实施例的具有灰水注入组件的区域能量共享系统的示意图。
具体实施方式
[0029] 参照图3并且根据一个实施例,区域能量共享系统(DESS) 10包括:热能回路12, 循环和存储水中的热能;至少一个客户建筑物20,热耦合到回路12并且从回路12转移一些热能(“冷源”)和/或向回路12中存放一些热能(“热源”)(注意:示出了此图中所示客户建筑物20仅从回路12汲取热能、因此都作为冷源来操作);以及至少一个热服务器厂 21,可以热耦合到外部热源和/或冷源(例如地热地下源)并且其功能是为了维持DESS 10 内的热平衡。DESSlO也可以包括用于在系统操作期间调节、测量和优化热能传送的网络控制和监视系统(未示出)。
[0030] 回路12包括一对水管道14、16,这些水管道分别在处于不同温度使水流动并且工作用于在源与冷源(分别为“温”和“冷”管道)之间传送和存储热能。每个建筑物20中的热传送装置30流体地互连温和冷水管道14、16,从而温水可以从温水管道14流过热传递装置30、然后流入冷水管道16中或者反之亦然。在前一种配置中,热传送装置30操作用于从温水管道14汲取热以加热建筑物20、然后向冷水管道16中存放冷却的水;在后一种配置中,热传送装置30操作用于从建筑物20提取热以冷却建筑物20并且向温水管道14中存放该提取的热。
[0031] 温水管道14和冷水管道16是仅在客户建筑物20和服务器厂21流体地互连的两个单独和并行管线关闭环路。在这一实施例中的管线系统使用清水作为热传送液体,并且管为单壁未隔热高密度聚乙烯(HDPE)。然而根据另一实施例可以使用其它液体作为热传送液体,因为回路12为封闭流体环路。
[0032] 一个或者多个循环泵22流体地耦合到管线并且操作成经过温和冷水管道14、16 循环水。具体而言,在第一温度经过温水管道14泵送水(“温水”),而在比温水温度更低的第二温度经过冷水管道16泵送冷水(“冷水”)。用于温水的适当温度范围在10与30°C 之间,而用于冷水的适当温度范围在5与20°C之间。两管布置提供所有客户建筑物20获得用于向热泵供应的相同温度的水这样的保证。
[0033] 尽管示出了图3具有各自流体地耦合到温和冷水管道14、16的一对循环泵22,但是这些泵可以由一个或者多个客户建筑物20中的循环泵24 (客户泵)或者服务器厂21中的循环泵24(服务器泵)取代或者补充以在整个回路12内循环水。
[0034] 在正常使用中,具有净加热负载的任何客户建筑物20从温水管道14汲取水并且将其返回到冷水管道16,而在净冷却模式中的任何客户建筑物20从冷水管道16汲取水并且将其返回到温水管道14。水从温到冷水管道或者冷到温水管道的传送增加接收管道的压力从而驱动水经过其中添加或者转移热的热服务器厂21回到另一管道。通过自然手段或者通过使用循环泵22、M来实现这一传送。
[0035] 热能回路12被设计成保证在温与冷水管道14、16之间的压力差总是保持尽可能低以保证客户泵M无需克服如下大的压头(head),该大的压头可能限制供给客户的流量并且增加泵送马力。这通过维持水管道14、16中的低速率以及相称的低摩擦损耗并且通过在相同方向上正常维持温和冷管道14、16中的流量从而摩擦所致的压力降沿着回路12的长度在两个管道14、16中相似来实现。
[0036] 热能回路12也通过加大水管道14、16的尺寸并且随时间变化水管道14、16中的温度来充当热存储设备。在高负载条件期间改善温度改变的包围管道的土壤可以提供次级热存储。加大水管道14、16的尺寸也减少摩擦损耗和泵送马力。
[0037] 当从热能回路12转移热以加热区域中的一个或者多个客户建筑物20而向热能回路12传送从区域中的一个或者多个其它建筑物20转移的热时,这些客户建筑物20实际上在它们的加热和冷却过程中共享热能回路12中的热能,这比让客户建筑物20由于独立操作的加热和冷却过程而将热排入环境中更能量高效。尽管可以有可能的是通过设计DESS 10使得客户和热源建筑物20共同转移和返回大约相同数量的热能来维持热能回路12中的热能相当恒定,但是提供热服务器厂21以保证在DESS 10中维持热平衡。也就是说,热服务器厂21通过从耦合的外部热源23汲取热能来向回路12返回客户建筑物20从回路12转移的热能净值;类似地,客户建筑物20向回路12中存放的能量净值由服务器厂21转移并且存储于耦合的外部冷源23中。用于服务器厂21的热源或者冷源23可以是地交换场、地下水、海洋、湖泊、下水道、排水道、制冷厂、太阳能收集器、冰场或者工业过程。用于服务器厂类型的这些替选包括任何可以产生或者吸收热并且向或者从温和冷水管道传送热的源。
[0038] 选择适当服务器热源将至少部分依赖于温度和容量分布以及热源提供的热的形式。一些服务器热源提供持续容量,而其它基于天气条件、当年时间、当天时间和其它条件提供可变容量。对服务器热源的选择基于满足客户负载分布的能力,并且可以执行对容量分布的计算机建模以设计一种可以在任何预期负载之下令人满意地操作的系统。
[0039] 选择适当服务器冷源将至少依赖于冷源短期或者长期存储热能的能力。存储能量的能力基于存储介质的质量和比热以及热损耗或者增益率。可行的高容量存储系统可以并入相变介质,其中熔化热可以用来在相对小的空间中并且在无大量温度改变时存储大量能量。可以选择在具体温度经历相变的共晶体。
[0040] 短期存储将通常持续数小时并且可以应用于日变化。长期存储可以根据介质保持热的能力而应用于季节变化。热退化对于短期存储而言比它对于长期存储而言更少关注。 即使储存器退化,但是如果它由原本浪费的能量充入,则它仍然可以是可行的。
[0041] 现在参照图4,每个建筑物20中的热传送装置30可以包括一个或者多个热泵组件,该热泵组件可以被配置成将来自温水管道14的低级(低温)能量传送成可以用来加热建筑物20的更高级能量。一个或者多个其它热泵组件可以被配置成为建筑物20提供冷却并且丢弃供给冷水管道16的副产物热。具有阀切换组件的再一些其它热泵组件(如在图4 中所示并且如下文将具体描述)可以有选择地被配置成通过从温水管道14汲取热或者丢弃进入冷水管道16中的热来向建筑物20提供加热或者冷却。
[0042] 热泵组件可以是水到空气或者水到水。水到空气热泵组件具有热泵,这些热泵通常为小型单元,这些单元服务于单个房间并且可以由DESS 10直接馈给或者由经过回路热交换器来与DESS 10交互的封闭管线环路馈给。可以在加热和/或冷却模式中操作建筑物 20中的热泵,从而向回路12的热传送是在加热与冷却负载之间的净差。DESS 10因此可以取代传统上存在于一些建筑物中的锅炉和冷却塔。
[0043] 每个热泵组件包括一对热交换器(分别为“回路热交换器” 32和“建筑物热交换器” 33)以及热耦合到两个热交换器32、33、但是与两个热交换器32、33流体地分离的热泵 34。回路热交换器32与温水管道14和冷水管道16均流体连通。更具体而言,回路热交换器32具有与温水管道14流体连通的入口和与冷水管道16流体连通的出口,从而水从温水管道14流过热交换器32、然后流向冷水管道16。热泵34被布置成使得它的蒸发器与回路热交换器32热连通,从而流过热交换器32的温水中的一些热能由热泵34中的工作流体吸收、由此冷却然后流入冷水管道16中的回路水。热泵34也被布置成使得它的冷凝器与建筑物热交换器33热连通,从而从回路水吸收的热能被排入建筑物20中。
[0044] 在图4中所示实施例中,冰场20(a)需要冷却、因此适于作为热源,而以下建筑物需要加热、因此适于作为冷源:居民住宅20(b)、低层公寓建筑20(c)和高层公寓建筑 20(d)。居民住宅20(b)需要空间加热并且通过辐射加热来加热;这些建筑物20 (a)、20(b) 中的每个建筑物中的辐射加热系统36热耦合到每个相应热传送装置30的建筑物热交换器 33以及每个建筑物20 (a)、20(b)中的需要加热的空间。低层公寓建筑20(c)也需要空间加热并且由强制空气系统40和辐射加热系统42 (这两个系统均热耦合到这一公寓建筑20 (c) 中的建筑物热交换器3¾加热;强制空气系统40具有水到空气热泵组件,该热泵组件向建筑物20(c)中的空气管道传送来自耦合到建筑物热交换器33的辐射热水环路的热。高层公寓建筑20(d)包括用于向建筑物20(d)提供空间加热和家用热水加热的连串热传送装置 30。提供空间加热的热传送装置30具有热耦合到建筑物20(d)中的空气管道的水到空气热泵和建筑物热交换器33 ;提供家用热水加热的热传送装置30让它的建筑物热交换器耦合到建筑物20(d)中的家用供水系统。
[0045] 在图4中所示实施例中的服务器厂21是热耦合到地热地下环路23(a)和卫生下水道23(b)的泵房44。地下环路可以充当热源和冷源,而卫生下水道23(b)可以适于作为热源。泵房44包括热泵组件46,该热泵组件具有一对热交换器以及热耦合到两个热交换器、 但是与两个热交换器流体地分离的热泵:回路热交换器流体地耦合到热能回路12,而地下环路热交换器流体地耦合到向和从地下延伸的流体环路。更具体而言,回路热交换器具有流体地耦合到冷水管道16的入口和流体地耦合到温水管道14的出口。当地下源用作地热源时,地热能由经过地下环路泵送的流体吸收;这一热能经过回路热交换器被传送向从冷水管道16流动的水。可以从卫生下水道23(b)排放的温废水获得附加热能;卫生下水道热传送装置48包括热交换器,该热交换器热耦合到废水并且具有流体地耦合到冷水管道16 的入口和流体地耦合到温水管道14的出口。
[0046] 可编程控制器(未示出)可以被编程为控制热泵组件46中的热泵的操作,从而向热能回路12传送充分的地热能以将温水维持于所需温水温度范围内。
[0047] 现在参照图5(a)至(i)并且根据另一实施例,区域中的一个或者多个客户建筑物 20可以具有可以从回路12汲取热或者向回路12中存放热的可逆热泵组件50。热泵组件 50包括可逆热泵52、将热泵50热耦合到回路12的回路热交换器56、将热泵52热耦合到客户建筑物20的建筑物热交换器58以及阀组件和循环泵55,该阀组件和循环泵二者通过管线M流体地耦合到温和冷管道14、16并且可以被配置成引导来自冷水管道16的冷水或者来自温水管道14的温水经过回路热交换器56。热泵52热耦合到回路热交换器56和建筑物热交换器58 二者、但是与回路热交换器56和建筑物热交换器58流体地分离。可以在加热模式中操作热泵组件50,在该情况下,阀组件被配置成引导来自温水管道14的水经过回路热交换器56、然后引入冷水管道16中并且操作热泵52从流过回路热交换器56的水吸收热并将热排入建筑物热交换器58(在该图中示出了该建筑物热交换器耦合到建筑物的强制空气系统、但是可以耦合到如本领域已知的任何建筑物热分配系统)中。反言之,可以在冷却模式中操作热传送装置50,在该情况下,阀组件被配置成引导来自冷水管道16的冷水经过回路热交换器56并且引入温水管道14中而且操作热泵52从建筑物热交换器58吸收热并将这一吸收的热排入流过回路热交换器56的水中。
[0048] 图5(a)_(c)图示了包括一对三通阀60、62的阀组件的一个实施例。第一三通阀 60通过管线M流体地耦合到温水管道14、冷水管道16和回路热交换器56的入口 ;第二三通阀62流体地耦合到温水管道14、冷水管道16和回路热交换器56的出口。当热传送装置 50如在图5(a)中所示设置于加热模式中时,第一三通控制阀60向冷水管道16关闭、但是向温水管道14和回路热交换器M的入口开放,而第二三通控制阀62向温水管道14关闭、 但是向冷水管道16和回路热交换器M的出口开放。因而经过管线M提供用于水从温水管道14流过回路热交换器56并且流向冷水管道16的水路径。当热泵组件50如在图5 (b) 中所示设置于冷却模式中时。第一三通阀60向温水管道14关闭、但是向冷水管道16和回路热交换器M的入口开放,而第二三通阀62向冷水管道16关闭、但是向温水管道14和回路热交换器M的出口开放。因而经过管线M提供用于水从冷水管道16流过回路热交换器56并且流向温水管道16的水路径。循环泵55在回路热交换器56的入口耦合到管线M 并且操作成实现这样的流动。
[0049] 该对三通控制阀60、62可以是与控制器连通的螺线管阀,该控制器被编程为将控制阀60、62配置成它们的相应冷却模式配置和加热模式配置。可选地,该对三通控制阀60、 62可以可以在它们的冷却与加热模式配置之间人工可调。
[0050] 当热泵如在图5(c)中所示关断时,两个控制阀60、62均关闭它们的端口之一以停止温水流过管线54、因此停止冷水流过管线M。可选地,两个阀60、62均关闭它们的端口之一以停止冷水的流动、因此停止温水的流动。在任一位置,水仍然可以经由剩余开放端口经过管线M循环。
[0051] 控制阀60、62可以是调制阀,该调制阀可以由通向热泵52的供应管道中的温度传感器(未示出)或者由制冷剂压力控制器调制以混合从热泵52排放的冷水与来自温水管道16的温水从而维持最大进入水温度或者最大制冷剂压力。
[0052] 相同功能可以由如在图5(d)至(f)中所示并且根据另一实施例的单个四通控制阀63而不是一对三通控制阀实现。四通控制阀63具有四个端口 A、B、C和D并且具有切换流量的旋转致动器,从而它在一个位置将端口 A连接到端口 B而将端口 C连接到端口 D。 当阀切换到它的另一位置时,它将端口 A连接到端口 C而将端口 B连接到端口 D。提供管线 M使得回路热交换器M的入口端口耦合到端口 A、温水管道14连接到端口 B、冷水管道16 耦合到端口 C并且回路热交换器M的出口端口耦合到端口 D。在控制阀63的第一位置, 温水流过管线M并且流入回路热交换器M中而冷水从回路热交换器M排入冷水管道16中。在控制阀63的第二位置,冷水引入回路热交换器M中而温水排向温水管道16。
[0053] 为了停止流过热泵,在热泵关断时关闭的二通控制阀65放置于供热或者供冷管中。
[0054] 如在图5(g)至(i)中可见,可以按照与一对三通控制阀60、62相似的一对来操作两对二通控制阀64、66以使热传送装置能够在冷却和加热模式中操作。在这些附图中,以轮廓线示出了开放的控制阀64、64,而以实黑线示出了关闭的控制阀。如在图5(g)中的箭头所见,经过管线M的流体路径由开放和关闭的控制阀64、66限定使得温水从温水管道流过回路热交换器56并且流向冷水管道16。类似地,流体路径由图5(h)中的箭头示出,该图示出了来自冷水管道16的水流过回路热交换器56并且流向温水管道14。在图5(i)中示出了所有控制阀64、66关闭、由此防止流过管线M。
[0055] 现在参照图6并且根据再又一实施例,DESS 10可以配置有服务于多个客户建筑物20的一个热传送装置30 (下文称为本地热传送厂70)。本地热传送厂70包括热泵组件 72,该热泵组件具有一对热交换器74、76以及热耦合到这两个热交换器74、76的热泵78。这些热交换器74之一为回路热交换器,该回路热交换器以与先前描述的方式相同的方式流体地互连温和冷水管道14、16 (即入口耦合到温水管道14而出口耦合到冷水管道16)。另一热交换器为流体地耦合到单独水回路(下文称为“建筑物水回路”80)的建筑物热交换器 76。热泵78的蒸发器与回路热交换器76热连通,而热泵78的冷凝器与建筑物热交换器76 热连通,从而可以操作热泵78以从热能回路12向建筑物水回路80传送热。本地热传送厂 70中的泵向每个建筑物20(e)、20(f)、20(g)中的空间加热系统(该系统可以是如在建筑物 20(e)中所示风扇线圈空气加热系统或者如在建筑物20(f)、20(g)中所示辐射加热系统) 循环建筑物水回路80中的水。缓冲罐84流体地耦合到建筑物水回路80以允许热泵运行长久到足以在仅有少量负载时避免短循环。建筑物水回路80也流体地耦合到家用热水热交换器86,该热交换器又热耦合到家用热水回路88。家用热水回路88包括家用热水罐90 和管线91,该管线向每个建筑物20 (e)、20 (f)、20 (g)馈送加热的水用于在那些建筑物中的家用热水使用。可见热能回路12中的热能传向建筑物水回路80、然后传向建筑物加热系统以提供空间加热并且从建筑物水回路80传向家用热水回路以提供加热的家用水。
[0056] 在这一实施例中的热服务器厂是与图4中所示泵房44相似的地交换服务器厂94 而不同在于地交换服务器厂94仅热耦合到地下源。
[0057] 现在参照图7并且根据又一实施例,DESS 10可以被配置成使得区域中的每个建筑物20 (h)、20 (i)、20 (j)具有它自己的热传送装置30,并且热服务器厂是如针对图6的实施例示出和描述的地交换厂94。每个建筑物20(h)、20(i)、20(j)中的热传送装置30可以是不同类型的空间加热系统(比如建筑物20(h)中的在强制空气加热系统中使用的水到空气热泵组件以及在建筑物20 (i)和20(j)中的在辐射加热系统中使用的水到水热泵组件)。 可选地、但是未示出,热传送装置30也可以包括一个或者多个冷却系统(未示出),该冷却系统包括配置成从建筑物吸收热而将吸收的热排入热能回路12中的回路热交换器。可选地、但是未示出,DESS 10可以包括与图6的实施例中的服务于区域中的其它建筑物的厂70 相似的本地热传送厂,从而区域中的一些建筑物共同由本地热传送厂服务而一些建筑物具有它们自己的热传送装置。
[0058] 现在参照图8并且根据再又一实施例,图6中所示本地热传送厂70和地交换服务器厂94可以组合成服务于多个客户建筑物20(k)、20(l)、20(m)的单个组合厂100。这些客户建筑物各自具有热耦合到组合厂100的空间加热系统102以及以与针对图6的实施例中的热传送厂70描述的方式相同的方式也热耦合到组合厂100的家用热水管线。在组合热传送厂70和热服务器厂94时,热泵组件72变成热耦合到热泵厂水环路而不是热能回路 12。服务器厂维持它的回路热交换器与热能回路12和服务器厂水环路流体连通。因此,从热能回路12经由热交换器向服务器厂水环路或者经由地下热源热传送装置从地下源水环路传送的热可以用来向建筑物20 00、20(1)、20(!11)提供空间加热和家用热水。
[0059] 参照图9(a)并且根据再又一实施例,一对DESS 10 (a)、10 (b)(第一和第二 DESS A和B)可以由热能传送站110(在图9(b)至(d)中示出了该热能传送站的实施例)热和/ 或流体地耦合在一起。
[0060] 每个回路12中的温和冷水管道14、16(环路A和环路B)被布置成使得水在每个管道14、16中在相同方向上行进以在任何点维持每个管道14、16中的相似压力。该设计是基于每个回路12通常具有一个或者多个在规模上设定成满足回路12中的所有客户建筑物20 的服务器厂21。然而服务器厂容量和客户建筑物负载可以随时间和季节变化,从而任何一个回路12可能以失衡告终,该失衡使温和冷管温度漂移至设置点以上或者以下。反言之, 为了实现提高的性能,操作者可能想要改变一个回路的温度以便存储能量供以后使用。从一个回路12向另一回路传送热能的另一理由是需要存储来自地交换服务器厂(该服务器厂可以充当热电池)中的一个服务器厂(比如废水处理厂)的过剩能量。
[0061] 当有热失衡时以及如果有热失衡则需要从一个回路12(a)向另一回路12(b)或者经过连串回路12传送热能。为了实现这一点,在回路12之间的交叉连接由热能传送站110 提供以从一个回路12向另一回路12传送热。
[0062] 能量传送站110的三个不同实施例描述如下:
[0063] 1.在相同压力分区内的回路12(a)、(b)之间的热传送(图9 (b))。
[0064] 2.在不同压力分区的回路12(a)、(b)之间的热传送(图9(c))。
[0065] 3.在不同压力分区的回路12(a)、(b)之间的热传送并且在传送站110中具有至少一个热服务器厂(图9(d))。
[0066] 1.在相同压力分区中的环路之间的热传送
[0067] 参照图9(b)和(e)至h),传送站100包括温和冷水传送管道120、122,这些传送管道分别耦合两个热能回路12 (a)的温和冷水管道。泵IM耦合到温水传送管道120并且可以被操作成使水从第一回路12(a)流向第二回路12(b)。泵IM具有变速驱动(VSD),因而流速可调。
[0068] 包括一对三通控制阀126的换向组件125允许水流方向反向,这些三通控制阀具有耦合到温水传送管道120的关联管线和关断阀。基于三通控制阀126的位置有四个操作模式(以轮廓线示出了每个阀126的开放位置;以实黑线示出了关闭位置)。模式1从第一回路12(a)向第二回路12(b)泵送水(图9(e))。模式2从第二回路12 (b)向第一回路 12(a)泵送水(图9(f))。模式3允许在泵关断时在任一方向上的自由流动(图9(g)),而模式4不允许流动(图9 (h))。模式4允许回路12 (a)、(b)独立操作而无热能传送。
[0069] 当经过若干回路12(未示出)传送水时,有可能在一个传送站110在模式1或者 2中操作仅一个泵IM而让其它传送站110处于模式3。[0070] 在冷水传送管道122上提供关断控制阀1¾以停止水在回路12 (a)、(b)之间的流动。关断控制阀1¾为辅助隔离装置,该辅助隔离装置将由于在环路(这些环路本身为交叉连接的其它环路)之间的压力差而在模式4中关断以保证未流过冷水传送管道122。关断控制阀1¾是可以基于两个回路12(a)、(b)中的相对压力来控制流量的调制类型。
[0071] 2.在不同压力分区之间的热传送
[0072] 参照图9(c)并且对于在不同压力操作的回路12(a)、(b),传送站110在回路 12(a)、(b)之间传送热能而未传送水。传送站110包括液体到液体热交换器112(该热交换器具有热耦合、但是流体地隔离的第一和第二热传送分区)以及将每个回路12(a)、(b) 的温和冷水管道与热交换器112的第一和第二热传送分区流体地耦合的管线。传送泵114、 116在将每个回路12(a)、(b)耦合到热交换器112的管线上提供并且可以被操作成使水分别从每个回路12(a)、(b)流过热交换器,从而热可以在热交换器12中从更热回路传送到更冷回路。
[0073] 热交换器112是能够获得迫近1摄氏度的不锈钢可清洁板逆流热交换器。也就是说,一种流体在另一流体的进入温度的1摄氏度内退出热交换器112。传送泵114、116向每个回路12(a)、(b)中的温水管道14泵送来自冷水管道16的流体。这一流动可以反向,从而传送泵114、116通过使用用于场景1的用于泵的换向组件(未示出)来向冷水管道16 泵送来自温水管道14的水。
[0074] 由于系统的压力控制可以在一个环路而不是另一环路中,所以可选地有用于增加压力的增压器泵118和关联管线或者如果需要减少压力则有PRV。
[0075] 3.在不同压力分R丨旬目.在一个站Φ有服各器
[0076] 参照图9 (d),与图9 (c)中所示传送站相似的传送站110还具有各自耦合到相应管线的一对服务器厂130,该管线馈给热交换器112的每侧。这一布置将热交换器112集成到服务器厂建筑物中并且可以通过与作为源或者冷源的设备共享提供热传送的设备来简化泵送和控制。虽然示出了每个服务器厂具有示例性地下源热源和冷源131,但是服务器厂 130可以如上文描述的那样热耦合到其它热源和冷源。
[0077] 一种典型布置将是一个或者多个能量源/冷源(比如地交换热泵)直接连接到高压上环路A而另一组直接连接到低压下环路B。在具有一组热泵的容量的高压与低压环路 A、B之间的热交换器将允许所有热泵服务于上或者下环路。这一布置也将允许两个环路独立操作或者让热从环路传向环路而无需使用热泵。
[0078] 图10示出了区域的照片,该照片示出了在图示中叠加示出的DESS 10。DESS 10 包括废水热回收源23、居民建筑物20 (客户冷源)、冰场20 (客户冷源)以及学校、水池和温室负载20。实线表明热能回路的温和冷水管道。虚线表明高温递送管道。
[0079] 图11是说明如何可以通过EDSS 10管理和平衡来自多个热源的能量以及如何可以在可用作DESS 10的热传送介质时回收水的框图。
[0080] 根据另一实施例并且参照图12,DESS 10包括灰水注入组件150,该组件用于使来自灰水源152的灰水流入热能回路12中并且向客户建筑物传送此水中的至少一些水用于某些家用用水。
[0081] 术语“灰水”意味着未满足饮用水标准、但是可以由客户建筑物用于某些目的(比如洗手间冲洗、外部清洗或者灌溉)的非可饮用水。[0082] 在这一实施例中,热能回路12能够向客户建筑物20提供灰水分配以及向客户建筑物20递送热能。灰水可以用于洗手间冲洗和灌溉、因此明显减少可饮用水的消耗。虽然 DESS 10通常为封闭环路,但是灰水注入组件150使DESS 10部分开放、因此要求回路12中的管线适合于开放系统,该开放系统使用适当材料(比如塑料、非铁金属和不锈钢)。
[0083] 从污水处理厂流出的干净灰水必须满足某些标准以防止污垢或者生长物在回路 12中并且尤其在热交换器中累积。也有出于健康原因而需要满足的标准。然而所需标准比用于可饮用水的标准低得多。
[0084] 灰水注入确实增加DESS中的水流量,但是灰水需求比能量传送所需要的水流量少得多。因此通常无需增加管尺寸以适应流入灰水流量。
[0085] 描述灰水注入装置150的部件:
[0086] 灰水供应管道153将灰水源152流体地耦合到热服务器厂21中的管线;在这一情况下,灰水供应管道153耦合到温水供应管道154,因为灰水温热并且可以向回路12贡献一些热能;然而尤其是如果灰水是冷的,则灰水供应管道153可以可选地耦合到冷水供应管道 156。
[0087] 流过灰水供应管153的灰水先穿过过滤设备(未示出)以保证它满足针对健康、 粒子浓度和生物生长可能性的所需标准。压力控制设备156耦合到过滤设备下游的灰水供应管道153并且用于调节回路12内的水压。具体而言,压力控制设备156具有将灰水的压力增加至高于DESS 10的标准压力增压泵送系统。泵送系统由泵、控制阀和缓冲罐的布置构成,这些泵、控制阀和缓冲罐递送可变水流至设置压力。泵送系统的设置压力为用于DESS 10的所需压力。控制设备156也包括用于减少回路中的水压的一个或者多个PRV。压力控制设备还可以包括流体地耦合到泵并且可操作用于改变到温水管道的灰水流速的至少一个控制阀和缓冲罐。
[0088] 馈给每个客户建筑物20的供热管道14在尺寸上设定成取得热泵流量和同时的灰
水流量。对于典型房屋,DESS供应将为1”直径,而当添加灰水时它将为1 V4”直径。来自
建筑物的供热管道159的掩埋式卸除管道158将被馈给水表160以测量灰水用量,然后水将连接到建筑物20的灌溉系统和洗手间冲洗系统(未示出)。
[0089] 由任何客户建筑物20使用灰水都可以减少整个回路12中的压力,并且压力控制设备156将感测压力降并且向DESS 10中引入新灰水以维持设置压力。
[0090] 如上文所言,DESS 10为模块化低级热能网络,该网络经过低温基于水的管线系统链接不同热源和客户并且向区域内的建筑物提供加热和冷却二者。DESS 10适用于居民、机构、商业和工业区域。可以向DESS 10中集成可以向低温水传送的任何热源(包括比如地热、地交换、地下水、地表水、废水、制冷系统、冰场、太阳能收集器、废气流、柴油发电机和烟囱这样的不同源)。DESS 10从这些热源捕获这一低级热并且向客户分配它,这些客户通过使用热传送装置中的热泵将低级热能转换成用于加热建筑物和供水的更高级或者向低级系统返回热用于空气调节。
[0091] 热能回路12提供能量递送功能以及能量存储功能,并且这两个功能实现共享热资源并且通过多样化来减少所需热源尺寸。DESS 10的热能回路12中所用管线的温度接近地下温度,因此无需隔热。管线可以是相对于其它管线系统而言成本很低并且由于操作温度低而可以使用的高密度聚乙烯(HDPE)。
[0092] 向现有道路和建筑物中集成常规区域能量解决方案可能是一项在可以完成集成之前频繁需要大量资金支出的后勤挑战。有利地,DESS 100的模块化性质以及相对容易安装和分接到HDPE管线中允许逐渐扩展并且赋予对资金支出的及早回报。
[0093] DESS 10可以特征在于使用作为源和/或冷源的能量储备(可以从这些能量储备汲取能量或者在这些能量储备存储能量供将来使用)(比如地下、(静态)蓄水层、湖泊和海洋)。其它源包括那些具有有限存储能力、可变输出范围并且必须在短时间段内再使用的源。这些源可以包括大型能量回收源(需要从这些回收源汲取加热和冷却以使用于其它地区中)(比如废水流出、空气调节、冰场、工业过程和共生过程)。一旦表征可用源,负载就匹配于针对组合式居民、商业和工业应用而开发的源和多环路混合系统从而通过预先调节DESS 10来优化连接到DESS 10的建筑物的效率、使废弃到环境的废热最少并且减少高峰负载。
[0094] 也可以存储从热源23捕获的热,并且存储选项可以多样化(包括地下源、热蓄水池存储、系统基础设施或者水池)。温和冷水管道14、16赋予温度差以明显增加DESS 10中所用热泵的效率。通过从温水管道14拉取温水用于加热并且向冷水管道16返回现在冷得多的水,变得有可能抵消负载。一些系统通常在加热模式中运行而一些在冷却模式中运行; DESS 10抵消这些负载,这使针对区域的总要求最少。取代了主要源(比如地交换)为主要热源或者冷源,它们承担作为用于平衡DESS 10的能量要求的工具以及作为用于季节负载的大型存储的更大作用。
[0095] 如在图12中所示,DESS 10也可以用作来自废水处理厂或者其它水回收过程的再回收水的输送器。这增加从这些源回收热的效率,并且受制于满足本地健康和环境规章的水质,再回收水可以用来通过将再回收水用于洗手间冲洗、灌溉、蒸汽扩增和无需可饮用水的其他水服务来减少对可饮用水的需求。
[0096] DESS 10也可以用作一种用于通过过滤暴雨水并且根据它的温度经过温或者冷水管道14、16传送它来有助于管理暴雨水的工具。在大暴雨汹涌的情况下,DESS 10可以能够有助于将社区的一个地区中的过量暴雨水转移到社区中的更好地能够处置过量暴雨水的另一地区。DESS 10解决可比较的温度系统的问题并且为可扩展区域系统赋予高效模型。 它利用形式为环路的相对低温的温和冷水管道14、16作为主要分配系统。可以连接和平衡可变温度的多个环路以最大化从一个环路或者网络向另一环路或者网络的高效能量传送。 除了开发大型集中式热能系统之外,如在图9中所示更小局部化热能平衡传送站(“小型厂”)可以用来添加新的热能源并且在各种环路和环路分段之间管理和平衡热能。这后一种方式有助于匹配DESSlO的资金成本与当前开发阶段或者考虑的计税基数而又允许更具可伸缩性的DESS 10 (该DESS可以容易随着开发或扩展到现有社区中而生长)。通过在大型源和冷源使用小型厂,有可能从环境或者设备捕获低级热并且平衡温和冷水管道14、16。 这一方式也允许容易扩展DESS 10,并且每个厂可以向DESS 10的其它部分转移能量。互连性增加DESS 10的稳定性并且允许容易扩展。
[0097] 小型厂可以包含任何数目的热泵、泵、热交换器和存储罐以平衡和控制热能的高效收集、存储和从一个环路向另一环路的传送。这些小型厂也有助于预先调节回路12并且也最大化过量热能向整个回路12内的存储位置的高效递送。存储位置可以是存储罐,这些存储罐可以是非加压的塑料、纤维玻璃或者金属并且可以位于小型厂以内或者掩埋于外界。多个热泵允许厂随着所需容量增加而扩展。小型厂可以模块化地进行工厂建造和测试,并且设备可以与屋顶设备相似地容纳于混凝土室中、部分掩埋或者低高度工厂片金属罩(具有访问面板)中。在较大型建筑物(比如多家庭住所或者商业建筑物)的情况下, 小型厂可以并入于建筑物中。
[0098] 从优化观点来看,在因地制宜基础上评估可用能源,并且围绕可用源涉及DES 10 以使成本最少而使DESS 10的可持续性最大。DESS 10也可以用来通过平衡加热所需要的能量与从冷却丢弃的能量来减少社区的加热、冷却和家用热水所需要的总能量、由此减少基础设施的总成本。可以向需要加热处传送从一个地区中的建筑物丢弃或者从一个或者多个源或者存储位置收集的热。在这一方法中,跨区域地分担负载。类似地,在加热模式中从建筑物丢弃或者从一个或者多个源或者存储位置收集的冷水将用来更高效地冷却建筑物。 这一加热和冷却能量共享减少网络中的总能量消耗并且减少所需附加源的数量。
[0099] 连串特殊部件和子组件可以形成DESS 10的部分并且可以包括以下各项中的一项或者多项:
[0100] ·低压头高流量嵌入的泵布置。
[0101] •用于源或者客户连接的HDPE文氏管注入球座,用于向DESS主水流赋予动能并且允许一个管或者两个管的操作。一个管的操作允许两个管之一关断而系统仍然以效率更低为代价操作。
[0102] ·两个或者四个管的建筑物连接和阀组件,用于利用一个或者两个管的DESS操作。
[0103] ·地下非加压分层热存储罐,内部填充水或者水和岩石,
[0104] ·小型厂,用于连接到多种负载、源和DESS并且布置成递送、收回、存储能量并且控制向和从DESS网络中的小型厂和分区的能量传送。
[0105] ·用于流量、加热和冷却的能量计量设备和软件。
[0106] ·用于网络DESS流量和温度控制系统的软件。
[0107] ·可访问的嵌入式远程温度和压力监视设备。
[0108] 在北美,最为可用的热能源通常为低温源,对于这些低温源而言需要热泵以提升加热或者冷却水平。许多热泵能够在放置于DESSlO中时获得5. 5之上的性能系数。这具有将用于加热和冷却的总建筑物能量消耗减少80%以上,而用于总建筑物能量消耗减少 45%以上的效果。通过使区域中的总电能消耗最小,其它替代能量变得更可行从而进一步鼓励和增加项目的可持续性。当考虑分布式能源的分阶段并且维持灵活机械系统时有两个选项:将所有能源转换成共同高温(可能对于更小的低级能源而言并不可行)或者在环境温度处分布。当翻新街道时,这后一种策略可以与包含热泵的小型厂能量中心组合,这些热泵可以根据最优集成要求来提升递送温度上至135 T -180下。
[0109] 这一策略使得具有高温递送系统的低成本和低能量损耗的环境温度分配系统的效率最大,这在不能找到现有机械室中的空间时简化集成。由于高温仅用于短距离,所以可以限制线路损耗并且可以更好地管理递送的能量从而减少DESS 10的总生命周期成本而又简化集成要求。
[0110] 热能回路12代表潜在重要的热能存储系统,因而可以通过调节回路12中的水管道14、16之一的平均温度来将过量热能存储于回路12中。这一用于存储和调节水温或者预先调节水温的能力可以具有多个潜在益处(包括高峰削减和负载匹配)。通过监视外界空气温度并且构建设计温度二者并且提高或者降低回路12的温度以更好地匹配于预计加热和/或冷却负载来完成负载匹配、由此允许设备更高效地运行并且提高热泵的性能。通过预先调节回路12以在达到用于商业和/或居民电价的阈值价格之前匹配于预计负载来实现高峰削减从而使DESS 10能够执行高峰电力削减或者高峰削减。通过在用于电力的高峰能量成本之前预先调节回路12,更少泵和热泵需要在这些小时期间运行,并且这些运行的泵将更高效地运行。这将减少具有需求负载收费的建筑物的高峰负载需求成本并且潜在地明显减少操作成本。
[0111] 虽然回路12代表一种用于热能的存储容器,但是可以在区域中的存储罐或者建筑物中的预热罐方面添加附加存储。例如可以提供预热罐作为DESS 10的部分。
[0112] DESS 10的另一关键优点在于使用模块化区域能量。DESS 10提供基础设施集成, 该基础设施集成可以集成多个源(可持续和基于化石燃料)、跨域整个区域管理总能量需要和存储要求;并且DESSlO能够集成多个社区并且跨越整个“电网”或者地区管理需求和存储能力。分配和递送系统集成低密度/温度分布与高温建筑物连接要求以使翻新建筑物系统的成本最少;在建筑物系统需要更高温集成时提供低/环境温度分布的益处;并且提供建筑物连接以满足现有建筑物系统对低级热能或者高级热能的需要。
[0113] DESS 10提供可靠性,因为当小型厂与“电网”框架中的温和冷管系统组合时可以使个别小型厂离线服务而总体上无损于DESS 10。互连DESS 10内的模块使可靠性提高,并且通过最好地匹配建筑物连接类型与建筑物的需要来减少翻新成本。DESS 10可以使用多个压力分区和热能传送分区。小型厂提供用于集成社区或者DESS网络内的不同压力分区的理想设施。网络的相邻地区让它们自己的环路与传送泵以及在两个或者更多分区之间交叉互连。为了将管中的压力保持至允许使用任务更轻的管的合理水平(其中相邻管具有明显不同水平高度),交叉连接可以通过热交换器进行。如更早讨论的那样,小型厂也允许能量的平衡、管理和从一个分区向另一分区的传送并且可以被设置和控制成跨越多个分区传送热能。假如可选能源具有每日和季节变化从而使得很难以或者成本高到无法仅基于一个源构件整个区域能量系统则可以提供能量平衡。DESS的模块化性质及其集成多个源的能力通过提供满足社区的总能量需求来减少任何给定源的成本;提供的能量可持续,并且这些可持续源可以用来增加潜在再开发的密度。
[0114] 由于高温仅用于短距离,所以可以限制线路损耗并且可以更好地管理递送的能量从而减少DESS的总生命周期成本而又简化集成要求。为了使这些更高输出温度的热泵的效率最大,可能有必要预先调节DESS回路温度以向这些更高输出温度的热泵提供略微更高输入温度。这在将DESS翻新到现有社区时特别重要,在该社区中存在具有具体加热约束的建筑物并且希望尽可能多地再使用现有建筑物加热和冷却系统。这也意味着可以更动态地管理总环路温度以反映个别建筑物加热和冷却要求、因此减少能量供应成本并且使向网络上的每个建筑物传送能量的性能最大。可以更准确地控制环路温度以反映建筑物对加热和冷却的需要。在建筑物中可以控制设备仅拉取所需能量。

Claims (16)

1. 一种区域能量共享系统,包括:热能回路,包括: 温液体管道,用于热传送液体在第一温度流过;冷液体管道,用于所述热传送液体在比所述第一温度更低的第二温度流过;以及热泵组件,包括: 可逆热泵;建筑物热交换器,热耦合到所述热泵并且用于热耦合到客户建筑物;以及回路热交换器,将所述热泵热耦合到所述热能回路; 管线,将所述回路热交换器流体地耦合到所述温和冷液体管道; 至少一个循环泵,耦合到所述管线;以及阀组件,包括耦合到所述管线并且在加热模式与冷却模式之间可切换的至少一个控制阀,其中在所述加热模式中限定用于所述热传送液体从所述温液体管道经过所述管线流过所述回路热交换器并且流向所述冷液体管道的流体路径,其中在所述冷却模式中限定所述热传送流体从所述冷液体管道经过所述管线流过所述热交换器并且流向所述温液体管道的流体路径。
2.如权利要求1所述的系统,其中所述阀组件还可切换到关断模式,其中在所述关断模式中所述温和冷液体管道未经过所述管线来与所述热交换器流体连通。
3.如权利要求1所述的系统,其中所述至少一个控制阀为调制阀。
4.如权利要求1所述的系统,其中所述阀组件包括一对三通控制阀,其中第一三通控制阀流体地耦合到所述温液体管道、冷液体管道和所述回路热交换器的入口,而第二三通控制阀流体地耦合到所述温液体管道、冷液体管道和所述回路热交换器的出口,并且其中当所述阀组件在所述加热模式中时,所述第一三通控制阀向所述冷液体管道关闭而向所述温液体管道和所述回路热交换器的所述入口开放,而所述第二三通控制阀向所述温液体管道关闭而向所述冷水管道和所述回路热交换器的所述出口开放。
5.如权利要求1所述的系统,其中所述阀组件包括具有四个端口和旋转致动器的单个四通控制阀,所述四个端口包括:第一端口,流体地耦合到所述温液体管道;第二端口,流体地耦合到所述回路热交换器的入口 ;第三端口,流体地耦合到所述冷液体管道;以及第四端口,流体地耦合到所述回路热交换器的出口,并且其中所述旋转致动器在所述加热模式中流体地耦合所述第一和第二端口并且流体地耦合所述第三和第四端口而在所述冷却模式中流体地耦合所述第一和第四端口并且流体地耦合所述第二和第三端口。
6. 一种区域能量共享系统,包括: 热能回路,包括:温水管道,用于水在第一温度流过;冷水管道,用于水在比所述第一温度更低的第二温度流过;以及至少一个回路泵,耦合到所述温和冷水管道中的至少一个管道用于泵送经过的水;灰水注入组件,包括:灰水供应管道,流体地耦合到所述温或者冷水管道并且用于流体地耦合到灰水源,从而向所述温或者冷水管道供应灰水;以及压力控制设备,流体地耦合到所述灰水供应管道或者热能回路并且可操作用于调节所述热能回路内的水压;客户建筑物热传送装置,流体地耦合到所述温和冷水管道并且用于热耦合到客户建筑物,以便在所述热能回路与所述客户建筑物之间传送热能;以及灰水卸除管道,流体地耦合到所述温水管道并且用于流体地耦合到客户建筑物,以便向建筑物供应灰水用于非可饮用使用。
7.如权利要求6所述的系统,其中所述灰水注入组件还包括:过滤设备,流体地耦合到所述压力控制设备上游的所述灰水供应管道。
8.如权利要求6所述的系统,其中所述压力控制设备包括:至少一个泵,可操作用于增加所述灰水的压力在所述热能回路中的水压以上。
9.如权利要求8所述的系统,其中所述压力控制设备还包括:至少一个控制阀和缓冲罐,流体地耦合到所述泵并且可操作用于改变到所述温水管道的灰水的流速。
10.如权利要求6所述的系统,还包括服务器厂,所述服务器厂包括:回路热交换器,热耦合到所述热能回路并且用于热耦合到热源或者冷源或者二者; 管线,将所述热交换器流体地耦合到所述温和冷水管道;以及泵,耦合到所述管线,并且其中所述灰水供应管道流体地耦合到所述管线。
11.如权利要求6所述的系统,其中所述灰水具有比在所述第二温度的水更高的温度, 并且所述灰水供应管道流体地耦合到所述温水管道。
12. —种区域能量共享系统,包括: 第一和第二热能回路,各自包括:温液体管道,用于热传送液体在第一温度流过;冷液体管道,用于所述热传送液体在比所述第一温度更低的第二温度流过;以及回路泵,耦合到所述温和冷液体管道中的至少一个管道用于泵送经过的所述热传送液体;以及热能传送站,用于热耦合所述第一和第二热能回路并且包括以下组件中的至少一个组件:液体传送组件,流体地耦合所述第一和第二热能回路并且包括可操作用于使热传送流体在其间流动的泵;以及热交换器组件,热耦合并且流体地分离所述第一和第二热能回路。
13.如权利要求12所述的系统,其中所述热能传送站仅包括所述液体传送组件,所述液体传送组件还包括:温液体传送管道,流体地耦合所述第一和第二热能回路的所述温液体管道; 冷液体传送管道,流体地耦合所述第一和第二热能回路的所述冷液体管道;以及换向组件,包括:管线,流体地耦合到所述温或者冷液体传送管道和所述泵;以及至少一个控制阀,流体地耦合到所述管线并且在第一模式和第二模式中可操作,所述第一模式限定经过所述管线从所述第一热能回路到所述第二热能回路的流体路径,所述第二模式限定经过所述管线从第二热能回路到所述第一热能回路的流体路径。
14.如权利要求13所述的系统,其中所述热能传送站仅包括热交换器组件,所述热交换器组件包括:液体到液体热交换器,具有第一热传送分区和热耦合到所述第一热传送分区、但是与所述第一热传送分区流体地分离的第二热传送分区;第一液体传送管线,将所述第一热传送分区流体地耦合到所述第一热能回路的所述温和冷液体管道;以及第二液体传送管线,将所述第二热传送分区流体地耦合到所述第二热能回路的所述温和冷液体管道;一对传送泵,各自分别流体地耦合到所述第一和第二液体传送管线并且可操作用于使来自所述第一热能回路的液体流过所述第一热传送分区而使来自所述第二热能回路的液体流过所述第二热传送分区。
15.如权利要求14所述的系统,其中所述热能传送站还包括:压力控制设备和流体管道,流体地耦合到所述第一和第二液体传送管道并且可操作用于调节在所述第一与第二热能回路之间的压力,所述压力控制设备包括减压控制阀和增压器泵中的至少一个。
16.如权利要求14所述的系统,其中所述热能传送站还包括至少一个服务器厂,每个服务器厂包括:热泵组件,将所述第一或者第二液体传送管道之一热耦合到热源和冷源中的至少一个。
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