CN102654244B - 可再生能源的城市大热容水环系统 - Google Patents

Abstract

可再生能源的城市大热容水环系统，属于区域能源综合利用技术领域。本发明的目的在于让区域内冷热量自然平衡并将机械转换热降为最低；直接供给区域建筑物冷、热量以及生活用水；充分利用可再生能源；提高供能效率以及用能安全性。本发明包括含初级水处理的取退水子系统、大热容水环管网子系统、含中高级水处理的用户侧子系统和辅助热源子系统。本发明提出直接的供热与供冷能源转换与利用方式，实现了用户侧分质供水理念，提供用户生活用热水、中质水及直饮水；将城市的供热、供冷与供水三个管网的功能用一套管网实现。节约常规能源，简化城市市政管网系统，降低了建造管网成本及运行管理费用，可用于城市区域能源综合利用及联合供能优化设计。

Description

可再生能源的城市大热容水环系统

技术领域

本发明涉及一种城市大热容水环系统，属于区域能源综合利用技术领域。

背景技术

目前国内外联合供能系统的研究主要集中在常规能源的热电联产系统以及热电冷联供系统。从国内外的发展来看，这些系统均完全采用化石能源或以化石能源为主。随着技术的进步，传统化石能源系统的效率已经有了显著的提高，后期效率提升的代价很大。而且随着我国城市化进程的加速，石油、煤炭等化石能源供不应求，城市能源系统辅之以可再生能源或转化为以可再生能源为主、多能源互补利用是一个大趋势。

在以往的城市市政建设中，城市供热系统、供冷系统以及供水系统通常是完全独立的三个系统，分别有各自的源、网以及用户，系统的能源供应以常规能源为主，系统的管网一般分别设置于地下空间。这样分开设置的系统输配能耗高，管网成本及维护费用高，供能可靠性差。因此，在城市供能系统发展对可再生能源的利用、系统能效的提升、降低系统的运行费用及系统的简单化方面具有很大的需求。

作为城市市政管网的重要组成部分，城市供热、供冷、供水管网在我国已有几十年的发展历程，针对城市市政管网输配技术领域已开展了大量的研究工作，研究的重点包括独立市政管网结构形式、分布式市政管网输配技术、城市供热管网集中调节理论、城市供水管网优化运行方法等等。相关的理论研究、产品开发、工程应用等方面已取得了诸多成果。但是对于城市供热、供冷、供水管网联合供应方面的研究，还处于空白阶段。

发明内容

本发明的目的在于让区域内冷热量自然平衡并将机械转换热降为最低；直接供给区域建筑物冷、热量以及生活用水；充分利用可再生能源；提高供能效率以及用能安全性。该系统命名为城市大热容水环系统。

本发明的技术方案为：本发明所述城市大热容水环系统包括含初级水处理的取退水子系统、大热容水环管网子系统、含中高级水处理的用户侧子系统和辅助热源子系统；所述含初级水处理的取退水子系统包括过滤装置、取水水泵、给水池、给水池供水阀门、蓄水池、蓄水池入口阀门、蓄水池供水阀门、蓄水池泄水阀门、第二水力发电机和第二水力发电控制阀、第二泄水阀、供水水泵、第一水力发电机和第一水力发电控制阀、第一泄水阀；所述大热容水环管网子系统包括换热设备、给水主干路、泄水主干路、热水管路、冷水管路；所述含中高级水处理的用户侧子系统包括用于供热供冷的大型水源热泵机组、第一锅炉、第二锅炉、制冷机组、用于提供生活用热水的大型水源热泵机组、蓄能池、生活用热水管道、第一中级水处理设备、第二中级水处理设备、第一压差传感器、第二压差传感器、生活用中质水管道、高级水处理设备和直饮水管道；

所述取水水泵用于从地表水源取水，取水水泵入口设置过滤装置，取水水泵的出水口连接给水池，在给水池中采用预氧化/高效混凝/高速过滤处理从地表水源中取出的原水，给水池的出口通过供水水泵与换热设备的入水口连通，在给水池和给水池水泵之间管路上设有给水池控制阀，换热设备的出水口连通给水主干路的一端，给水主干路的另一端连通热水管路的进水端以及冷水管路的进水端；热水管路的出水端以及冷水管路的出水端与泄水主干路的一端连通；

用于供热供冷的大型水源热泵机组的冷热源端的入口通过供热供冷水泵与供热进水支管的一端以及供冷进水支管的一端均连通，供热进水支管的另一端连通在热水管路上，供冷进水支管的另一端连通在冷水管路上；用于供热供冷的大型水源热泵机组的冷热源端的出口与供热回水支管的一端以及供冷回水支管的一端均连通，供热回水支管的另一端连通在冷水管路上，供冷回水支管的另一端连通在热水管路上；供热进水支管上设有供热进水控制阀，供冷进水支管上设有供冷进水控制阀，供热回水支管上设有供热回水控制阀，供冷回水支管上设有供冷回水控制阀；当用户需要供热时，开启供热进水阀门和供热回水控制阀，关闭供冷进水控制阀和供冷回水控制阀，当用户需要供冷时，开启供冷进水控制阀和供冷回水控制阀，关闭供热进水阀门和供热回水控制阀；用于供热供冷的大型水源热泵机组的用户端与用户供热供冷系统连接；当热泵机组供给用户端的热量无法满足用户要求时通过开启供热锅炉提高管道水温；当热泵机组供给用户端的冷量无法满足用户要求时通过开启制冷机组降低管道水温；

用于提供生活用热水的大型水源热泵机组的冷热源端的入口通过提供生活用热水水泵与提供生活用热水进水支管的一端连通，提供生活用热水进水支管的另一端连通在热水管路上，用于提供生活用热水的大型水源热泵机组的冷热源端的出口与提供生活用热水回水支管的一端连通，提供生活用热水回水支管的另一端连通在冷水管路上，提供生活用热水进水支管上设有提供生活用热水进水控制阀，水源热泵机组的用户端的入口通过管道与第一中级水处理设备出口相连通，第一中级水处理设备的入口通过水处理水泵与热水管道相连通；水源热泵机组用户端的出口与用户生活用热水管道相连通，当供给用户端的热水温度无法满足用户要求时通过第二供热锅炉提高管道水温；

所述第二中级水处理设备的入口通过中级水处理用水泵与第一取水管道的一端以及第二取水管道的一端均连通，第一取水管道的另一端连通在热水管路上，第二取水管道的另一端连通在冷水管路上，在第一取水管道上设有第一压差控制阀，在第二取水管道上设有第二压差控制阀；在热水管道与冷水管道之间安装第一压差传感器，第一压力传感器可以测出热水管道和冷水管道的某点处的压力并进行比较；当热水管道某点处的压力与冷水管道某点处的压力之差大于零时，第一压差控制阀打开并且第二压差控制阀关闭；当压力差小于零时，第二压差控制阀打开并且第一压差控制阀关闭；所述第二中级水处理设备的出口与用户的生活用中质水管道连通；

高级水处理设备的入口通过高级水处理用水泵与第三取水管道的一端以及第四取水管道的一端均连通，第三取水管道的另一端连通在热水管路上，第四取水管道的另一端连通在冷水管路上，在第三取水管道上设有第三压差控制阀，在第四取水管道上设有第四压差控制阀；在热水管道与冷水管道之间安装第二压差传感器，第二压力传感器可以测出热水管道和冷水管道的某点处的压力并进行比较；当热水管道某点处的压力与冷水管道某点处的压力之差大于零时，阀门打开并且阀门关闭；当压力差小于零时，阀门打开并且阀门关闭；高级水处理设备的出口与用户的直饮水管道相连通；

蓄能池的入口与蓄能池供水用水泵的一端相连接，水泵的另一端与蓄热给水管道的一端以及蓄冷给水管道的一端均连通，蓄热给水管道的另一端连接在热水管道上，蓄冷给水管道的另一端连接在冷水管道上，在蓄热给水管道上设有蓄热进水控制阀，在蓄冷给水管道上设有蓄冷进水控制阀；蓄能池的出口通过蓄能池排水用水泵与蓄热排水管道的一端以及蓄冷排水管道的一端均连通，蓄热排水管道的另一端连接在热水管道上，蓄冷排水管道的另一端连接在冷水管道上，蓄热排水在管道上设有蓄热排水控制阀，在蓄冷排水管道上设有蓄冷排水控制阀；当热水管道中热量较多时，仅开启蓄热进水控制阀，蓄能池储存一定的热量，当热水管道中需要热量时，仅开启蓄热排水控制阀，将热量补充到管道中；同理，当冷水管道中冷量较多时，仅开启蓄冷进水控制阀，蓄能池储存一定的冷量，当冷水管道中需要冷量时，仅开启蓄冷排水控制阀，将冷量补充到管道中；

泄水主干路一端与热水管道和冷水管道分别连接；泄水主干路的另一端与第一泄水阀和第一水力发电控制阀的一端分别连接，第一泄水阀的另一端通过管道将水排到下游河流；第一水力发电控制阀的另一端连接第一水力发电机，当需要发电时，可以利用水力发电机进行水力发电，当无需发电时，可以开启第一泄水阀泄水；

辅助热源子系统向换热设备内提供热量，并通过换热设备提高给水主干路内的水温。

城市大热容水环系统利用取水水泵抽取江河湖泊等地表水，采用新型变频调速的大功率智能取水控制方法取水。大热容系统泄水直接排入到下游河流中；由于城市地表面与水源面之间存在高差，因此可以利用水力发电机进行高差发电；也可以将水轮机与取水水泵同轴连接，利用水轮机带动水泵运转。为了防止管道以及设备腐蚀，对地表水集中采用预氧化/高效混凝/高速过滤处理。该系统用一个管网实现用户侧供热、供冷、供水三个功能。该系统的管网由冷、热水两种管道组成，用户侧的供热、生活用热水的热量是利用大型水源热泵提取热水管道中水体的热量得到的；用户侧的供冷是利用大型水源热泵将建筑物的热量转移到热水管道中；用户侧的生活用中质水以及直饮水是直接提取两个管道中的水并进行中、高级水处理得到的。因此，用户侧接入三种功能的管道包括生活用中质水、生活用热水以及直接饮用水管道。该系统的总管道水温要求为7度到35度之间，当总管道的最低水温无法满足要求时，利用太阳能、水源热泵以及污水源热泵耦合提高总管道水温。

本发明充分利用高密度、可回收及可再生能源，包括地表水热能，污水热能，太阳能等；提出高效直接的供热与供冷能量转换与利用方式；实现了用户侧分质供水理念，即提供用户生活用热水、中质水及直饮水；将城市的供热、供冷与供水三个管网的功能用一个大管网代替。该系统节约常规能源，简化城市市政管网系统，降低了建造管网成本及运行管理费用，大幅度提高城市居民生活品质与安全。本发明可用于城市区域能源规划及联合供能优化设计。

本发明具有以下创新点：

1、该系统充分利用可再生资源，是一种新型的城市市政管网系统；

2、该系统实现三网合一输配，有效地将供水、供热、供冷三个管网的功能用一套管网系统来实现；

3、该系统实现了整体地合理使用区域内冷热量，提出了高效直接的供热与供冷能源转换及利用方式；

4、该系统实现用户侧分质供水，即提供用户生活热水、中质水及直饮水。

本发明对比已有技术具有以下几个方面的显著优点：

1、该系统充分利用高密度、可回收及可再生能源，包括地表水热能，污水热能，太阳能等，节约了常规能源；

2、该系统提供高效直接的供热与供冷能量转换与利用，可降低城市供热、供冷与供热水常规能源消耗的20%～50%；

3、该系统实现了用户侧分质供水理念，提供用户生活热水、中质水及直饮水。相对于现有的给水管网，减少了处理水的费用，大幅度提高了城市居民生活品质与安全；

4、该系统将城市的供热、供冷与供水三个管网的功能用一套管网实现，从而简化了城市市政管网系统，降低了建造管网成本及运行管理费用达20%～60%。

附图说明

图1是本发明的可再生能源的城市大热容水环系统的流程框图，城市大热容水环系统包括含初级水处理的取退水子系统Ⅰ、大热容水环管网子系统Ⅱ、含中高级水处理的用户侧子系统Ⅲ和辅助热源子系统Ⅳ；图2是本发明的具体实施方案的具体结构示意图（图中：1-取水泵房，6-建筑物，61-地表河流）。所述含初级水处理的取退水子系统Ⅰ包括过滤装置2、取水水泵20、给水池3、给水池供水阀门21、蓄水池19、蓄水池入口阀门65、蓄水池供水阀门66、蓄水池泄水阀门68、供水水泵22、第一水力发电机13-1、第二水力发电机13-2、第一水力发电控制阀64和第二水力发电控制阀67；所述大热容水环管网子系统Ⅱ包括换热设备4、给水主干路23、泄水主干路26、热水管路24、冷水管路25；所述含中高级水处理的用户侧子系统Ⅲ包括用于供热供冷的大型水源热泵机组5、第一锅炉69-1、第二锅炉69-2、制冷机组70、用于提供生活用热水的大型水源热泵机组27、蓄能池12、生活用热水管道7、第一中级水处理设备8-1、第二中级水处理设备8-2、第一压差传感器63-1、第二压差传感器63-2、生活用中质水管道9、高级水处理设备10和直饮水管道11；所述辅助热源子系统Ⅳ包括水源热泵机组14，污水源热泵15，污水池17，太阳能集热器16。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式所述的可再生能源的城市大热容水环系统包括含初级水处理的取退水子系统Ⅰ、大热容水环管网子系统Ⅱ、含中高级水处理的用户侧子系统Ⅲ和辅助热源子系统Ⅳ；所述含初级水处理的取退水子系统Ⅰ包括过滤装置2、取水水泵20、给水池3、给水池供水阀门21、蓄水池19、蓄水池入口阀门65、蓄水池供水阀门66、蓄水池泄水阀门68、第二水力发电机13-2和第二水力发电控制阀67、蓄水池泄水阀门68、供水水泵22、第一水力发电机13-1和第一水力发电控制阀64、第一泄水阀71；所述大热容水环管网子系统Ⅱ包括换热设备4、给水主干路23、泄水主干路26、热水管路24、冷水管路25；所述含中高级水处理的用户侧子系统Ⅲ包括用于供热供冷的大型水源热泵机组5、第一锅炉69-1、第二锅炉69-2、制冷机组70、用于提供生活用热水的大型水源热泵机组27、蓄能池12、生活用热水管道7、第一中级水处理设备8-1、第二中级水处理设备8-2、第一压差传感器63-1、第二压差传感器63-2、生活用中质水管道9、高级水处理设备10和直饮水管道11；

所述取水水泵20用于从地表水源取水，取水水泵20入口设置过滤装置2，取水水泵20的出水口连接给水池3，在给水池3中采用预氧化/高效混凝/高速过滤处理从地表水源中取出的原水，给水池3的出口通过供水水泵22与换热设备4的入水口连通，在给水池3和给水池水泵22之间管路上设有给水池控制阀21，换热设备4的出水口连通给水主干路23的一端，给水主干路23的另一端连通热水管路24的进水端以及冷水管路25的进水端；热水管路24的出水端以及冷水管路25的出水端与泄水主干路26的一端连通；

用于供热供冷的大型水源热泵机组5的冷热源端的入口通过供热供冷水泵28与供热进水支管29的一端以及供冷进水支管30的一端均连通，供热进水支管29的另一端连通在热水管路24上，供冷进水支管30的另一端连通在冷水管路25上；用于供热供冷的大型水源热泵机组5的冷热源端的出口与供热回水支管31的一端以及供冷回水支管32的一端均连通，供热回水支管31的另一端连通在冷水管路25上，供冷回水支管32的另一端连通在热水管路24上；供热进水支管29上设有供热进水控制阀33，供冷进水支管30上设有供冷进水控制阀34，供热回水支管31上设有供热回水控制阀35，供冷回水支管32上设有供冷回水控制阀36；当用户需要供热时，开启供热进水控制阀33和供热回水控制阀35，关闭供冷进水控制阀34和供冷回水控制阀36，当用户需要供冷时，开启供冷进水控制阀34和供冷回水控制阀36，关闭供热进水控制阀33和供热回水控制阀35；用于供热供冷的大型水源热泵机组5的用户端与用户供热供冷系统连接；当热泵机组5供给用户端的热量无法满足用户要求时通过开启供热锅炉69-1提高管道水温；当热泵机组5供给用户端的冷量无法满足用户要求时通过开启制冷机组70降低管道水温；

用于提供生活用热水的大型水源热泵机组27的冷热源端的入口通过提供生活用热水水泵37与提供生活用热水进水支管38的一端连通，提供生活用热水进水支管38的另一端连通在热水管路24上，用于提供生活用热水的大型水源热泵机组27的冷热源端的出口与提供生活用热水回水支管39的一端连通，提供生活用热水回水支管39的另一端连通在冷水管路25上，提供生活用热水进水支管38上设有提供生活用热水进水控制阀40，水源热泵机组27的用户端的入口通过管道与第一中级水处理设备8-1出口相连通，第一中级水处理设备8-1的入口通过水处理水泵41与热水管道24相连通；水源热泵机组27用户端的出口与用户生活用热水管道7相连通，当供给用户端的热水温度无法满足用户要求时通过第二供热锅炉69-2提高管道水温；

所述第二中级水处理设备8-2的入口通过中级水处理用水泵42与第一取水管道43的一端以及第二取水管道44的一端均连通，第一取水管道43的另一端连通在热水管路24上，第二取水管道44的另一端连通在冷水管路25上，在第一取水管道43上设有第一压差控制阀45，在第二取水管道44上设有第二压差控制阀46；在热水管道24与冷水管道25之间安装第一压差传感器63-1，第一压力传感器63-1可以测出热水管道24和冷水管道25的某点处的压力并进行比较；当热水管道24某点处的压力与冷水管道某点处的压力之差大于零时，第一压差控制阀45打开并且第二压差控制阀46关闭；当压力差小于零时，第二压差控制阀46打开并且第一压差控制阀45关闭；所述第二中级水处理设备8-2的出口与用户的生活用中质水管道9连通；

高级水处理设备10的入口通过高级水处理用水泵47与第三取水管道48的一端以及第四取水管道49的一端均连通，第三取水管道48的另一端连通在热水管路24上，第四取水管道49的另一端连通在冷水管路25上，在第三取水管道48上设有第三压差控制阀50，在第四取水管道49上设有第四压差控制阀51；在热水管道24与冷水管道25之间安装第二压差传感器63-2，第二压力传感器63-2可以测出热水管道24和冷水管道25的某点处的压力并进行比较；当热水管道24某点处的压力与冷水管道25某点处的压力之差大于零时，阀门50打开并且阀门51关闭；当压力差小于零时，阀门51打开并且阀门50关闭；高级水处理设备10的出口与用户的直饮水管道11相连通；

蓄能池12的入口与蓄能池供水用水泵52的一端相连接，水泵的另一端与蓄热给水管道58的一端以及蓄冷给水管道59的一端均连通，蓄热给水管道58的另一端连接在热水管道24上，蓄冷给水管道59的另一端连接在冷水管道25上，在蓄热给水管道58上设有蓄热进水控制阀55，在蓄冷给水管道59上设有蓄冷进水控制阀54；蓄能池12的出口通过蓄能池排水用水泵53与蓄热排水管道60的一端以及蓄冷排水管道62的一端均连通，

蓄热排水管道60的另一端连接在热水管道24上，蓄冷排水管道62的另一端连接在冷水管道25上，在蓄热排水管道60上设有蓄热排水控制阀57，在蓄冷排水管道62上设有蓄冷排水控制阀56；当热水管道24中热量较多时，仅开启蓄热进水控制阀55，蓄能池12储存一定的热量，当热水管道24中需要热量时，仅开启蓄热排水控制阀57，将热量补充到管道中；同理，当冷水管道25中冷量较多时，仅开启蓄冷进水控制阀54，蓄能池12储存一定的冷量，当冷水管道25中需要冷量时，仅开启蓄冷排水控制阀56，将冷量补充到管道中；

泄水主干路26一端与热水管道24和冷水管道25分别连接；泄水主干路的另一端与第一泄水阀71和第一水力发电控制阀64的一端分别连接，第一泄水阀71的另一端通过管道将水排到下游河流；第一水力发电控制阀64的另一端连接第一水力发电机13-1，当需要发电时，可以利用水力发电机进行水力发电，当无需发电时，可以开启第一泄水阀71泄水；

辅助热源子系统Ⅳ向换热设备4内提供热量，并通过换热设备4提高给水主干路23内的水温。

具体实施方式二：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ包括水源热泵机组14，水源热泵机组14的用户端与换热设备4相连通，水源热泵机组14的热源端与地表水源相连接，通过水源热泵机组14提取地表水源的热量将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ还包括污水源热泵15，污水源热泵15的用户端与换热设备4相连通，污水源热泵15的热源端与污水池17相连接，通过污水源热泵15提取污水池17内污水的热量将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ还包括太阳能集热器16，太阳能集热器16中的热量通过换热设备4将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ还包括太阳能集热器16，太阳能集热器16中的热量通过换热设备4将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ包括污水源热泵15，污水源热泵15的用户端与换热设备4相连通，污水源热泵15的热源端与污水池17相连接，通过污水源热泵15提取污水池17内污水的热量将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ还包括太阳能集热器16，太阳能集热器16中的热量通过换热设备4将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：如图2所示，本实施方式所述辅助热源子系统Ⅳ包括太阳能集热器16，太阳能集热器16中的热量通过换热设备4将给水主干路23内的水进行升温。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：如图2所示，本实施方式泄水主干路26的另一端与蓄水池入口阀门65的一端相连接，蓄水池入口阀门65的另一端与蓄水池19相连接，蓄水池19上分别安装蓄水池泄水阀门68与第二水力发电控制阀67，蓄水池泄水阀门68与下游河流相连通，第二水力发电控制阀67与第二水力发电机13-2相连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

具体实施方式十：如图2所示，本实施方式所述蓄水池19通过所述蓄水池供水阀门66与给水池水泵22连通；将水力发电机的转轴与部分给水水泵的转轴相连接，进而带动部分给水水泵运转。其它组成及连接关系与具体实施方式九相同。

工作原理：

如附图2所示：城市大热容水环系统利用水泵从江河湖泊等地表水源抽取地表水，在管道入口处安装过滤装置2用于初步过滤地表水，再对管道中的水在给水池3中采用预氧化/高效混凝/高速过滤处理。利用循环水泵22将水送入大热容管网系统中，管网系统主要由两根主管道和两根分支管道组成，两根主管道分别是取水主管道23和泄水主管道26；两根分支管道分别是热水管道24和冷水管道25。取水主管道的水温要求为7度到35度之间。当管道中水温低于7度时，可以利用辅助热源提高管道水温。辅助热源包括太阳能、地表水热能以及污水热能。

当用户需要供热时，利用水源热泵机组5提取热水管道24中的水的热量并将温度较低的水排到冷水管道25中；当用户需要供冷时，利用水源热泵机组5抽取冷水管道25中的冷水并将用户负荷热量转移到冷水中，使得冷水温度升高并将温度较高的水排到热水管道24中；当用户侧管道中水的供热温度无法满足要求时，可以开启锅炉69-1提高水温；当用户侧管道中水的供冷温度无法满足要求时，可以开启制冷机组70降低水温。

当用户需要生活用热水时，抽取热水管道24中的水并利用中级水处理设备8-1进行中度处理，同时利用水源热泵27提取热水管道24中水的热量，加热经中度处理的水，然后将温度较高的中质水送入用户生活用热水管道7中；当热水温度无法满足用户要求时，可以开启锅炉69-2提高水温；通过向用户端供热、供冷以及供应生活用热水实现区域内冷热量自然平衡。当用户需要中质水（用于冲厕、洗衣等日常使用）时，利用第一压差传感器63-1测出热水管道24和冷水管道25上某一点的压力并进行比较，抽取压力较高管道的水并利用中级水处理设备8-2进行中度处理，然后将中质水送入用户中质水管道9中。当用户需要直饮水时，利用第二压差传感器63-2测出热水管道24和冷水管道25上某一点的压力并进行比较，抽取压力较高管道的水并利用高级水处理设备10进行深度处理，达到直接饮用的标准，然后将直饮水送入用户直饮水管道11中，这实现了用户侧分质供水，提供用户生活热水、中质水及直饮水。

当管道系统中产生大量剩余能量时，可以利用蓄能池12储存部分能量；当用户的需能量较大时，蓄能池12能够及时的释放能量到管道中，实现能量的时间迁移。系统泄水可以将水直接排到下游河流中，同时当需要发电时，也可以根据城市地面与地表水源表面之间的高差，利用水力发电机13-1进行发电；如果有条件的地方，可以设置蓄水池19，将多余的水储存到蓄水池中，当蓄水池的水量较多时，开启蓄水池的泄水阀68排水；当需要发电时，可以利用水力发电机13-2进行发电，也可以将水力发电机与部分给水水泵同轴连接，带动水泵运转；当系统需水量较大时，可以开启蓄水池供水阀门66，将蓄水池的水送到大热容管网系统中。

Claims (10)

1.一种可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述城市大热容水环系统包括含初级水处理的取退水子系统（Ⅰ）、大热容水环管网子系统（Ⅱ）、含中高级水处理的用户侧子系统（Ⅲ）和辅助热源子系统（Ⅳ）；所述含初级水处理的取退水子系统（Ⅰ）包括过滤装置（2）、取水水泵（20）、给水池（3）、给水池供水阀门（21）、蓄水池（19）、蓄水池入口阀门（65）、蓄水池供水阀门（66）、第二水力发电机（13-2）、第二水力发电控制阀（67）、蓄水池泄水阀门（68）、给水池水泵（22）、第一水力发电机（13-1）、第一水力发电控制阀（64）和第一泄水阀（71）；所述大热容水环管网子系统（Ⅱ）包括换热设备（4）、给水主干路（23）、泄水主干路（26）、热水管路（24）和冷水管路（25）；所述含中高级水处理的用户侧子系统（Ⅲ）包括用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）、第一锅炉（69-1）、第二锅炉（69-2）、制冷机组（70）、用于提供生活用热水的大型水源热泵机组（27）、蓄能池（12）、生活用热水管道（7）、第一中级水处理设备（8-1）、第二中级水处理设备（8-2）、第一压差传感器（63-1）、第二压差传感器（63-2）、生活用中质水管道（9）、高级水处理设备（10）和直饮水管道（11）；

所述取水水泵（20）用于从地表水源取水，取水水泵（20）入口设置过滤装置（2），取水水泵（20）的出水口连接给水池（3），在给水池（3）中采用预氧化、高效混凝、高速过滤处理从地表水源中取出的原水，给水池（3）的出口通过给水池水泵（22）与换热设备（4）的入水口连通，在给水池（3）和给水池水泵（22）之间管路上设有给水池供水阀门（21），换热设备（4）的出水口连通给水主干路（23）的一端，给水主干路（23）的另一端连通热水管路（24）的进水端以及冷水管路（25）的进水端；热水管路（24）的出水端以及冷水管路（25）的出水端与泄水主干路（26）的一端连通；

用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）的冷热源端的入口通过供热供冷水泵（28）与供热进水支管（29）的一端以及供冷进水支管（30）的一端均连通，供热进水支管（29）的另一端连通在热水管路（24）上，供冷进水支管（30）的另一端连通在冷水管路（25）上；用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）的冷热源端的出口与供热回水支管（31）的一端以及供冷回水支管（32）的一端均连通，供热回水支管（31）的另一端连通在冷水管路（25）上，供冷回水支管（32）的另一端连通在热水管路（24）上；供热进水支管（29）上设有供热进水控制阀（33），供冷进水支管（30）上设有供冷进水控制阀（34），供热回水支管（31）上设有供热回水控制阀（35），供冷回水支管（32）上设有供冷回水控制阀（36）；当用户需要供热时，开启供热进水控制阀（33）和供热回水控制阀（35），关闭供冷进水控制阀（34）和供冷回水控制阀（36），当用户需要供冷时，开启供冷进水控制阀（34）和供冷回水控制阀（36），关闭供热进水控制阀（33）和供热回水控制阀（35）；用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）的用户端与用户供热供冷系统连接；当用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）供给用户端的热量无法满足用户要求时通过开启供热锅炉（69-1）提高管道水温；当用于供热供冷的大型水源热泵机组（5）供给用户端的冷量无法满足用户要求时通过开启制冷机组（70）降低管道水温；

用于提供生活用热水的大型水源热泵机组（27）的冷热源端的入口通过提供生活用热水水泵（37）与提供生活用热水进水支管（38）的一端连通，提供生活用热水进水支管（38）的另一端连通在热水管路（24）上，用于提供生活用热水的大型水源热泵机组（27）的冷热源端的出口与提供生活用热水回水支管（39）的一端连通，提供生活用热水回水支管（39）的另一端连通在冷水管路（25）上，提供生活用热水进水支管（38）上设有提供生活用热水进水控制阀（40），用于提供生活用热水的大型水源热泵机组（27）的用户端的入口通过管道与第一中级水处理设备（8-1）出口相连通，第一中级水处理设备（8-1）的入口通过水处理水泵（41）与热水管道（24）相连通；用于提供生活用热水的大型水源热泵机组（27）用户端的出口与用户生活用热水管道（7）相连通，当供给用户端的热水温度无法满足用户要求时通过第二供热锅炉（69-2）提高管道水温；

所述第二中级水处理设备（8-2）的入口通过中级水处理用水泵（42）与第一取水管道（43）的一端以及第二取水管道（44）的一端均连通，第一取水管道（43）的另一端连通在热水管路（24）上，第二取水管道（44）的另一端连通在冷水管路（25）上，在第一取水管道（43）上设有第一压差控制阀（45），在第二取水管道（44）上设有第二压差控制阀（46）；在热水管道（24）与冷水管道（25）之间安装第一压差传感器（63-1），第一压差传感器（63-1）可以测出热水管道（24）和冷水管道（25）的某点处的压力并进行比较；当热水管道（24）某点处的压力与冷水管道某点处的压力之差大于零时，第一压差控制阀（45）打开并且第二压差控制阀（46）关闭；当压力差小于零时，第二压差控制阀（46）打开并且第一压差控制阀（45）关闭；所述第二中级水处理设备（8-2）的出口与用户的生活用中质水管道（9）连通；

高级水处理设备（10）的入口通过高级水处理用水泵（47）与第三取水管道（48）的一端以及第四取水管道（49）的一端均连通，第三取水管道（48）的另一端连通在热水管路（24）上，第四取水管道（49）的另一端连通在冷水管路（25）上，在第三取水管道（48）上设有第三压差控制阀（50），在第四取水管道（49）上设有第四压差控制阀（51）；在热水管道（24）与冷水管道（25）之间安装第二压差传感器（63-2），第二压差传感器（63-2）可以测出热水管道（24）和冷水管道（25）的某点处的压力并进行比较；当热水管道（24）某点处的压力与冷水管道（25）某点处的压力之差大于零时，第三压差控制阀（50）打开并且第四压差控制阀（51）关闭；当压力差小于零时，第四压差控制阀（51）打开并且第三压差控制阀（50）关闭；高级水处理设备（10）的出口与用户的直饮水管道（11）相连通；

蓄能池（12）的入口与蓄能池供水用水泵（52）的一端相连接，水泵的另一端与蓄热给水管道（58）的一端以及蓄冷给水管道（59）的一端均连通，蓄热给水管道（58）的另一端连接在热水管道（24）上，蓄冷给水管道（59）的另一端连接在冷水管道（25）上，在蓄热给水管道（58）上设有蓄热进水控制阀（55），在蓄冷给水管道（59）上设有蓄冷进水控制阀（54）；蓄能池（12）的出口通过蓄能池排水用水泵（53）与蓄热排水管道（60）的一端以及蓄冷排水管道（62）的一端均连通，蓄热排水管道（60）的另一端连接在热水管道（24）上，蓄冷排水管道（62）的另一端连接在冷水管道（25）上，在蓄热排水管道（60）上设有蓄热排水控制阀（57），在蓄冷排水管道（62）上设有蓄冷排水控制阀（56）；当热水管道（24）中热量较多时，仅开启蓄热进水控制阀（55），蓄能池（12）储存一定的热量，当热水管道（24）中需要热量时，仅开启蓄热排水控制阀（57），将热量补充到管道中；同理，当冷水管道（25）中冷量较多时，仅开启蓄冷进水控制阀（54），蓄能池（12）储存一定的冷量，当冷水管道（25）中需要冷量时，仅开启蓄冷排水控制阀（56），将冷量补充到管道中；

泄水主干路（26）一端与热水管道（24）和冷水管道（25）分别连接；泄水主干路的另一端与第一泄水阀（71）和第一水力发电控制阀（64）的一端分别连接，第一泄水阀（71）的另一端通过管道将水排到下游河流；第一水力发电控制阀（64）的另一端连接第一水力发电机（13-1），当需要发电时，可以利用水力发电机进行水力发电，当无需发电时，可以开启第一泄水阀（71）泄水；

辅助热源子系统（Ⅳ）向换热设备（4）内提供热量，并通过换热设备（4）提高给水主干路（23）内的水温。

2.根据权利要求1所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）包括水源热泵机组（14），水源热泵机组（14）的用户端与换热设备（4）相连通，水源热泵机组（14）的热源端与地表水源相连接，通过水源热泵机组（14）提取地表水源的热量将给水主干路（23）内的水进行升温。

3.根据权利要求2所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）还包括污水源热泵（15），污水源热泵（15）的用户端与换热设备（4）相连通，污水源热泵（15）的热源端与污水池（17）相连接，通过污水源热泵（15）提取污水池（17）内污水的热量将给水主干路（23）内的水进行升温。

4.根据权利要求2所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）还包括太阳能集热器（16），太阳能集热器（16）中的热量通过换热设备（4）将给水主干路（23）内的水进行升温。

5.根据权利要求3所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）还包括太阳能集热器（16），太阳能集热器（16）中的热量通过换热设备（4）将给水主干路（23）内的水进行升温。

6.根据权利要求1所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）包括污水源热泵（15），污水源热泵（15）的用户端与换热设备（4）相连通，污水源热泵（15）的热源端与污水池（17）相连接，通过污水源热泵（15）提取污水池（17）内污水的热量将给水主干路（23）内的水进行升温。

7.根据权利要求6所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）还包括太阳能集热器（16），太阳能集热器（16）中的热量通过换热设备（4）将给水主干路（23）内的水进行升温。

8.根据权利要求1所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述辅助热源子系统（Ⅳ）包括太阳能集热器（16），太阳能集热器（16）中的热量通过换热设备（4）将给水主干路（23）内的水进行升温。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：泄水主干路（26）的另一端与蓄水池入口阀门（65）的一端相连接，蓄水池入口阀门（65）的另一端与蓄水池（19）相连接，蓄水池（19）上分别安装蓄水池泄水阀门（68）与第二水力发电控制阀（67），蓄水池泄水阀门（68）与下游河流相连通，第二水力发电控制阀（67）与第二水力发电机（13-2）相连接。

10.根据权利要求9所述的可再生能源的城市大热容水环系统，其特征在于：所述蓄水池（19）通过所述蓄水池供水阀门（66）与给水池水泵（22）连通；将水力发电机的转轴与部分给水水泵的转轴相连接，进而带动部分给水水泵运转。

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