CN104235930B - 多热源集成供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多热源集成供热系统，包括热水生产系统(100)，以及与热水生产系统(100)相连的空调系统(200)、太阳能系统(300)和集中供暖系统(400)；空调系统(200)、太阳能系统(300)和集中供暖系统(400)可作为热水生产系统(100)的热源，以生产热水；空调系统(200)和/或太阳能系统(300)可为集中供暖系统(400)提供热能，以为用户提供采暖或通过集中供暖系统(400)将热能存储在供暖热网中。本发明的多热源集成供热系统通过各种热源之间相互拟补，择优选择，灵活切换，实现楼宇全天候采暖和生活热水供应，同时还可将楼宇富余的太阳能热输送到城市集中(或楼宇自建)供热系统，实现太阳能余热上网，产生额外的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种供热系统，尤其涉及一种利用太阳能技术、空气源热泵技术、空调废热回收技术、以及现有城市供暖技术的多热源集成供热系统。
背景技术
社会发展的目标是：满足人民群众日益增长的物质与文化生活的需要，使其和生产力成正比。目前，随着人们生活水平日益提高，生活卫生热水和采暖需求也越来越高，一般要求达到全天候24小时供应热水，一年四季室温可控。对于非国家规定采暖区域的冬季和采暖地区的采暖期前后过渡期，现在人们也提出采暖需求。
目前，楼宇供热系统的三种主要能源的应用现状如下：
首先，太阳能，属于无污染可再生能源利用，全世界都在推广采用，但受季节、气候条件和地域影响，不稳定、不可控。同时也受到安装位置限制，很多建筑不具备安装条件，所以应用有限。而即使采用，要满足全年全天候使用要求还要有配备其它热源。对公共建筑因所需热负荷较大，太阳能可靠性不能保证，影响商业运营，应用非常有限；住宅热水应用占一定比例，但也不理想。
其次，随着人们生活水平提高，安装空调系统建筑越来越多，“回收空调废热和利用制冷系统的热泵原理制热”就成为可能。目前，属于初步的应用阶段，南方地区有政策引导，比北方多一些，因气候条件原因，越往南方越多，但都还不是主流。在寒冷和严寒地区，热泵机组冬季无法运行，或效率极低，不能满足全年使用要求。
再次，在国家规定采暖地区的采暖期间，城市供热系统(有城市集中供热、区域集中供热、或自建热源)已经普及，而且安全可靠。但几乎所有公共建筑和住宅中的生活热水还要自建热源(利用电、天然气等能源)来解决，在欧洲同纬度国家大都利用城市供热系统解决生活热水，甚至包括夏季生活热水。
综上所述，目前楼宇供热系统的三种主要能源都有其自身局限性，也是其不能广泛应用的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可将多种热源集成在一起，从而能够稳定、安全地解决楼宇四季全天候热水和采暖的多热源集成供热系统。
为实现上述目的，本发明的一种多热源集成供热系统的具体技术方案为：
一种多热源集成供热系统，用于用户的采暖和热水供应，包括热水生产系统，以及与热水生产系统相连的空调系统、太阳能系统和集中供暖系统；空调系统、太阳能系统和集中供暖系统可作为热水生产系统的热源，以生产热水；空调系统和/或太阳能系统可为集中供暖系统提供热能，以为用户提供采暖或通过集中供暖系统将热能存储在供暖热网中。
本发明的多热源集成供热系统具有以下优点：
1)本发明的多热源集成供热系统，在夏季通过回收空调废热减少了温室气体的排放，减轻城市热岛效应，即有经济效益，又有社会效益。
2)本发明的多热源集成供热系统，通过各种热源之间互补，实现楼宇全天候室温可控、生活热水24小时稳定供应，人们生活舒适度全面提高；
3)本发明的多热源集成供热系统，充分利用太阳能，同时将楼宇富余的太阳能热输送到供暖热网，产生经济效益，激励投资利用太阳能；
4)本发明的多热源集成供热系统，充分利用现有资源(城市供热系统)，给供热企业创造了新的利润增长点；
5)本发明的多热源集成供热系统，会淘汰大量电热水器(电热水器是电能的最低级利用)，淘汰大量建筑内部自建的生活热水锅炉，减轻对城市环境的污染。
附图说明
图1为本发明的多热源集成供热系统的原理图；
图2为本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理图；
图3为图2中的空调系统的工作原理详图；
图4为本发明的多热源集成供热系统在过渡季节时的工作原理图；
图5为图4中的空调系统的工作原理详图；
图6为本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第一实施例的工作原理图；
图7为本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第二实施例的工作原理图；
图8为本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第三实施例的工作原理图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种多热源集成供热系统做进一步详细的描述。
如图1至图8所示，本发明的多热源集成供热系统包括热水生产系统100，以及与热水生产系统100相连的空调系统200、太阳能系统300和集中供暖系统400。其中，空调系统200、太阳能系统300和集中供暖系统400可作为热水生产系统100的热源，以生产热水。同时，空调系统200和/或太阳能系统300也可为集中供暖系统400提供热能，以为用户提供采暖或将富余的热能通过集中供暖系统400储存在供暖热网中。
进一步，如图1所示，热水生产系统100包括容积式换热器110。其中，容积式换热器110上设有进水口111和出水口112，进水口111与水源(优选为自来水)相连，出水口112与热水供应管路相连。本发明中的热水生产系统100可利用空调系统200、太阳能系统300和集中供暖系统400对容积式换热器110中的水进行加热，以生产热水，并通过与容积式换热器110的出水口112相连通的热水供应管路将生产的热水供应至用户。
如图1所示，容积式换热器110的内部设置有空调换热盘管120、太阳能换热盘管130和集中供暖换热盘管140。其中，空调换热盘管120与空调系统200相连通，太阳能换热盘管130与太阳能系统300相连通，集中供暖换热盘管140与集中供暖系统400相连通。由此，本发明中的空调系统200、太阳能系统300和集中供暖系统400便可通过容积式换热器110中的空调换热盘管120、太阳能换热盘管130和集中供暖换热盘管140实现热量的交换，从而达到为用户提供热水和采暖的目的。
如图1所示，太阳能换热盘管130设置在容积式换热器110中靠近进水口111的位置，集中供暖换热盘管140设置在靠近出水口112的位置，空调换热盘管120设置在太阳能换热盘管130与集中供暖换热盘管140之间。由此，本发明通过设置容积式换热器110中空调换热盘管120、太阳能换热盘管130和集中供暖换热盘管140的位置，以实现容积式换热器110中热量交换的最优化。
进一步，如图3和图5所示，空调系统200包括压缩机210、室外机220、膨胀阀230和室内机240。其中，容积式换热器110中的空调换热盘管120的入口121与空调系统200中的压缩机210的制冷剂出口相连通，空调换热盘管120的出口122与空调系统200中的膨胀阀230的制冷剂入口相连通。由此，空调系统200中的制冷剂便可在空调系统200与空调换热盘管120之间循环流动。
如图3所示，当空调系统200处于制冷状态时。压缩机210的入口211、制冷剂流向控制阀260、压缩机210的出口212、室内机240的第一端241通过四通换向阀250相连，制冷剂流向控制阀260还分别与室外机220的第一端221、空调换热盘管120的入口121相连；膨胀阀230的入口231、室外机220的第二端222、空调换热盘管120的出口122、膨胀阀230的出口232、室内机240的第二端242通过多路控制阀270相连。由此，空调系统200中的制冷剂便可按照压缩机210、室外机220和空调换热盘管120、膨胀阀230、室内机240、压缩机210的顺序循环流动，并在容积式换热器110中的空调换热盘管120处实现放热。
如图5所示，当空调系统200处于制热状态时。压缩机210的入口211、室外机220的第一端221、压缩机210的出口212、空调换热盘管120的入口121通过四通换向阀250相连；膨胀阀230的入口231、室外机220的第二端222、膨胀阀230的出口232、空调换热盘管120的出口122通过多路控制阀270相连。由此，空调系统200中的制冷剂便可按照压缩机210、空调换热盘管120、膨胀阀230、室外机220、压缩机210的顺序循环流动，并在容积式换热器110中的空调换热盘管120处实现放热。
进一步，如图2所示，太阳能系统300包括太阳能集热器310。其中，太阳能集热器310的出口312与容积式换热器110中的太阳能换热盘管130的入口131相连通，太阳能集热器310的入口311与太阳能换热盘管130的出口132相连通。此外，太阳能集热器310的出口312与太阳能换热盘管130的入口131之间还设置有单向阀320和辅助循环泵330，且单向阀320和辅助循环泵330为并联设置，其中，辅助循环泵330可使太阳能系统300中的传热介质在太阳能集热器310与太阳能换热盘管130之间循环流动。
进一步，如图1所示，集中供暖系统400包括供水管410、回水管420和采暖用户端430。其中，供水管410和回水管420与供暖热网(有城市集中供暖、区域集中供暖、或自建供暖)相连通，用于将供暖热网中的热水或热蒸汽输送至采暖用户端430，以为用户提供采暖。
如图1所示，集中供暖系统400通过换向阀组440与容积式换热器110中的集中供暖换热盘管140相连通。其中，换向阀组440包括四通阀441、442和三通阀443、444。具体来说，四通阀441的四个接口分别与供水管410、回水管420、四通阀442、采暖用户端430的入口431相连通；四通阀442的四个接口分别与四通阀441、三通阀444、三通阀443、采暖用户端430的出口相连通；三通阀443的三个接口分别与供水管410、集中供暖换热盘管140的入口141、四通阀442相连通；三通阀444的三个接口分别与回水管420、集中供暖换热盘管140的出口142、四通阀442相连通。
如图4所示，换向阀组440中的四通阀442与采暖用户端430的出口432之间还设置有单向阀450和辅助循环泵460。其中，单向阀450和辅助循环泵460为并联设置。由此，当供水管410中的水温偏高时，可启动辅助循环泵460，以调节(减少)供水管410中的流量，使采暖用户端430混入一定量回水，达到调节集中供暖系统400中的供水温度的目的；而当集中供暖系统400中的压差不足时，也可启动辅助循环泵460，以增加集中供暖系统400中的循环动力。
进一步，如图2和图3所示，其描述了本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理图。本实施例中，空调系统200和太阳能系统300共同作为热水生产系统100的热源，以生产热水。
如图2所示，太阳能系统300作为热水生产系统100的热源。太阳能系统300中的传热介质按照太阳能集热器310、太阳能集热器310的出口312、辅助循环泵330、太阳能换热盘管130的入口131、太阳能换热盘管130、太阳能换热盘管130的出口132、太阳能集热器310的入口311、太阳能集热器310的顺序循环流动。由此，太阳能系统300中的传热介质在太阳能集热器310处吸热，在太阳能换热盘管130处实现放热，以加热容积式换热器110中的水。
如图3所示，空调系统200作为热水生产系统100的热源。空调系统200中的制冷剂按照压缩机210、压缩机210的出口212、四通换向阀250、制冷剂流向控制阀260、空调换热盘管120的入口121和室外机220的第一端221、空调换热盘管120和室外机220、空调换热盘管120的出口122和室外机220的第二端222、多路控制阀270、膨胀阀230的入口231、膨胀阀230、膨胀阀230的出口232、多路控制阀270、室内机240的第二端242、室内机240、室内机240的第一端241、四通换向阀250、压缩机210的入口211、压缩机210的顺序循环流动。由此，空调系统200中的制冷剂在室内机240处实现吸热，在空调换热盘管120(和室外机220)处实现放热，以加热容积式换热器110中的水。
进一步，如图4和图5所示，其描述了本发明的多热源集成供热系统在过渡季节时的工作原理图。本实施例中，空调系统200和太阳能系统300共同作为热水生产系统100的热源，以生产热水；并同时为集中供暖系统400提供热能，以为用户提供采暖。
如图4所示，太阳能系统300作为热水生产系统100的热源，以生产热水的过程，可参考上面对本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理描述。
如图5所示，空调系统200作为热水生产系统100的热源。空调系统200中的制冷剂按照压缩机210、压缩机210的出口212、四通换向阀250、空调换热盘管120的入口121、空调换热盘管120、空调换热盘管120的出口122、多路控制阀270、膨胀阀230的入口231、膨胀阀230、膨胀阀230的出口232、室外机220的第二端222、室外机220、室外机220的第一端221、四通换向阀250、压缩机210的入口211、压缩机210的顺序循环流动。由此，空调系统200中的制冷剂在室外机220处实现吸热，在空调换热盘管120处实现放热，以加热容积式换热器110中的水。
如图4所示，空调系统200和太阳能系统300共同为集中供暖系统400提供热能。集中供暖系统400中的传热介质按照集中供暖换热盘管140、集中供暖换热盘管140的出口142、三通阀444、四通阀442、四通阀441、采暖用户端430的入口431、采暖用户端430、采暖用户端430的出口432、辅助循环泵460、四通阀442、三通阀443、集中供暖换热盘管140的入口141、集中供暖换热盘管140的顺序循环流动。由此，空调系统200、太阳能系统300分别通过空调换热盘管120、太阳能换热盘管130在容积式换热器110中实现放热，而集中供暖系统400中的传热介质则在容积式换热器110中的集中供暖换热盘管140处实现吸热，在采暖用户端430处实现放热，以为用户提供采暖。
进一步，如图6所示，其描述了本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第一实施例的工作原理图。本实施例中，太阳能系统300和集中供暖系统400共同作为热水生产系统100的热源，以生产热水；集中供暖系统400单独为用户提供采暖。
如图6所示，太阳能系统300作为热水生产系统100的热源，以生产热水的过程，可参考上面对本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理描述。
如图6所示，集中供暖系统400作为热水生产系统100的热源。集中供暖系统400中的传热介质按照供水管410、三通阀443、集中供暖换热盘管140的入口141、集中供暖换热盘管140、集中供暖换热盘管140的出口142、三通阀444、回水管420的顺序循环流动。由此，集中供暖系统400中的传热介质的热量由供暖热网提供，并在集中供暖换热盘管140处实现放热，以加热容积式换热器110中的水。
如图6所示，集中供暖系统400为用户提供采暖。集中供暖系统400中的传热介质按照供水管410、四通阀441、采暖用户端430的入口431、采暖用户端430、采暖用户端430的出口432、单向阀450、四通阀442、四通阀441、回水管420的顺序循环流动。由此，集中供暖系统400中的传热介质的热量由供暖热网提供，并在采暖用户端430处实现放热，以为用户提供采暖。
进一步，如图7所示，其描述了本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第二实施例的工作原理图。本实施例中，太阳能系统300单独作为热水生产系统100的热源，以生产热水；太阳能系统300为集中供暖系统400提供热能，辅助集中供暖系统400为用户提供采暖。
如图7所示，太阳能系统300作为热水生产系统100的热源，以生产热水的过程，可参考上面对本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理描述。
如图7所示，太阳能系统300和集中供暖系统400共同为用户提供采暖。集中供暖系统400中的传热介质按照采暖用户端430的入口431、采暖用户端430、采暖用户端430的出口432、辅助循环泵460、四通阀442、三通阀443、集中供暖换热盘管140的入口141、集中供暖换热盘管140、集中供暖换热盘管140的出口142、三通阀444、四通阀442、四通阀441、回水管420和采暖用户端430的入口431的顺序循环流动，其中，供水管410也通过四通阀441向采暖用户端430的入口431流入一定量的传热介质，且通过供水管410流入的传热介质的量与通过回水管420流出的传热介质的量相等。由此，集中供暖系统400中的传热介质的热量分别由供暖热网和太阳能系统300(通过太阳能换热盘管130、集中供暖换热盘管140)提供，并在采暖用户端430处实现放热，以为用户提供采暖。
进一步，如图8所示，其描述了本发明的多热源集成供热系统在采暖季节时的第三实施例的工作原理图。本实施例中，太阳能系统300单独作为热水生产系统100的热源，以生产热水；太阳能系统300为集中供暖系统400提供热能，以为用户提供采暖，同时还将富余的热能通过集中供暖系统400储存在供暖热网中。
如图8所示，太阳能系统300作为热水生产系统100的热源，以生产热水的过程，可参考上面对本发明的多热源集成供热系统在夏季时的工作原理描述。
如图8所示，太阳能系统300为集中供暖系统400提供热能，供用户采暖。集中供暖系统400中的传热介质按照采暖用户端430的入口431、采暖用户端430、采暖用户端430的出口432、辅助循环泵460、四通阀442、三通阀443、集中供暖换热盘管140的入口141、集中供暖换热盘管140、集中供暖换热盘管140的出口142、三通阀444、四通阀442、四通阀441、采暖用户端430的入口431的顺序循环流动。由此，集中供暖系统400中的传热介质的热量由太阳能系统300(通过太阳能换热盘管130、集中供暖换热盘管140)提供，并在采暖用户端430处实现放热，以为用户提供采暖。
如图8所示，太阳能系统300中富余的热能通过集中供暖系统400储存在供暖热网中。集中供暖系统400中的传热介质按照供水管410、三通阀443、集中供暖换热盘管140的入口141、集中供暖换热盘管140、集中供暖换热盘管140的出口142、三通阀444、回水管420的顺序循环流动。由此，太阳能系统300将富余的热能传递给集中供暖系统400中的传热介质(通过太阳能换热盘管130、集中供暖换热盘管140)，并通过集中供暖系统400输送到供暖热网中储存。
本发明的多热源集成供热系统通过各种热源之间相互拟补，择优选择，灵活切换，实现楼宇全天候采暖和生活热水供应，同时还可将楼宇富余的太阳能热输送到城市集中(或楼宇自建)供热系统，实现太阳能余热上网，产生额外的经济效益。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (6)
1.一种多热源集成供热系统，用于用户的采暖和热水供应，其特征在于，包括热水生产系统(100)，以及与热水生产系统(100)相连的空调系统(200)、太阳能系统(300)和集中供暖系统(400)；空调系统(200)、太阳能系统(300)和集中供暖系统(400)可作为热水生产系统(100)的热源，以生产热水；空调系统(200)和/或太阳能系统(300)可为集中供暖系统(400)提供热能，以为用户提供采暖或通过集中供暖系统(400)将热能存储在供暖热网中；
热水生产系统(100)包括容积式换热器(110)，容积式换热器(110)的内部设置有空调换热盘管(120)、太阳能换热盘管(130)和集中供暖换热盘管(140)，空调换热盘管(120)与空调系统(200)相连通，太阳能换热盘管(130)与太阳能系统(300)相连通，集中供暖换热盘管(140)与集中供暖系统(400)相连通；
集中供暖系统(400)包括供水管(410)、回水管(420)和采暖用户端(430)，集中供暖系统(400)与集中供暖换热盘管(140)通过换向阀组(440)相连
换向阀组(440)包括四通阀(441、442)和三通阀(443、444)；四通阀(441)的四个接口分别与供水管(410)、回水管(420)、四通阀(442)、采暖用户端(430)的入口(431)相连通；四通阀(442)的四个接口分别与四通阀(441)、三通阀(444)、三通阀(443)、采暖用户端(430)的出口(432)相连通；三通阀(443)的三个接口分别与供水管(410)、集中供暖换热盘管(140)的入口(141)、四通阀(442)相连通；三通阀(444)的三个接口分别与回水管(420)、集中供暖换热盘管(140)的出口(142)、四通阀(442)相连通；
四通阀(442)与采暖用户端(430)的出口(432)之间设置有单向阀(450)和辅助循环泵(460)，单向阀(450)和辅助循环泵(460)为并联设置。
2.根据权利要求1所述的多热源集成供热系统，其特征在于，容积式换热器(110)上设有进水口(111)和出水口(112)，进水口(111)与水源相连，出水口(112)与热水供应管路相连；太阳能换热盘管(130)设置在靠近进水口(111)的位置，集中供暖换热盘管(140)设置在靠近出水口(112)的位置，空调换热盘管(120)设置在太阳能换热盘管(130)与集中供暖换热盘管(140)之间。
3.根据权利要求1所述的多热源集成供热系统，其特征在于，太阳能系统(300)包括太阳能集热器(310)，太阳能集热器(310)的出口(312)与太阳能换热盘管(130)的入口(131)相连通，太阳能集热器(310)的入口(311)与太阳能换热盘管(130)的出口(132)相连通；太阳能集热器(310)的出口(312)与太阳能换热盘管(130)的入口(131)之间设置有单向阀(320)和辅助循环泵(330)，单向阀(320)和辅助循环泵(330)为并联设置。
4.根据权利要求1所述的多热源集成供热系统，其特征在于，空调系统(200)包括压缩机(210)、室外机(220)、膨胀阀(230)和室内机(240)，与空调系统(200)相连通的空调换热盘管(120)的入口(121)与压缩机(210)的制冷剂出口相连通，空调换热盘管(120)的出口(122)与膨胀阀(230)的制冷剂入口相连通。
5.根据权利要求4所述的多热源集成供热系统，其特征在于，压缩机(210)的入口(211)、制冷剂流向控制阀(260)、压缩机(210)的出口(212)、室内机(240)的第一端(241)通过四通换向阀(250)相连，制冷剂流向控制阀(260)分别与室外机(220)的第一端(221)、空调换热盘管(120)的入口(121)相连；膨胀阀230的入口(231)、室外机(220)的第二端(222)、空调换热盘管(120)的出口(122)、膨胀阀(230)的出口(232)、室内机(240)的第二端(242)通过多路控制阀(270)相连；空调系统(200)中的制冷剂按照压缩机(210)、室外机(220)和空调换热盘管(120)、膨胀阀(230)、室内机(240)、压缩机(210)的顺序循环流动，并在空调换热盘管(120)处放热。
6.根据权利要求4或5所述的多热源集成供热系统，其特征在于，压缩机(210)的入口(211)、室外机(220)的第一端(221)、压缩机(210)的出口(212)、空调换热盘管(120)的入口(121)通过四通换向阀(250)相连；膨胀阀(230)的入口(231)、室外机(220)的第二端(222)、膨胀阀(230)的出口(232)、空调换热盘管(120)的出口(122)通过多路控制阀(270)相连；空调系统(200)中的制冷剂按照压缩机(210)、空调换热盘管(120)、膨胀阀(230)、室外机(220)、压缩机(210)的顺序循环流动，并在空调换热盘管(120)处放热。
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