CN108361803A - 一种节能高效的供暖系统及其运行方法 - Google Patents

一种节能高效的供暖系统及其运行方法 Download PDF

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刘鹏
章明友
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Abstract

本发明公开了一种节能高效的供暖系统及其运行方法，属于建筑工程技术领域，包括吸收式热泵、太阳能集热器、蓄热水箱、辅助换热器和燃气采暖炉，吸收式热泵和燃气采暖炉分别连接热用户以供热。吸收式热泵包括吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器；太阳能集热器连接有供热回路和蓄热回路；燃气采暖炉并联连接辅助换热器；热用户循环分为热泵回路和补热回路；所述回路均设置有控制阀。本发明将太阳能集热、燃气采暖炉集热以及驱动吸收式热泵相结合，可以充分利用绿色能源，在提高太阳能的利用效率的同时满足复杂多变环境状况下用户的供暖需求。

Description

一种节能高效的供暖系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及建筑施工能源技术领域，具体地说是一种节能高效的供暖系统及其运行方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对居住环境舒适度和洁净度的要求也日益提高，供暖能耗占建筑总能耗的比例也越来越高。而电力驱动的压缩式热泵空调设备的大量使用容易造成用电高峰期的电力紧张，在当前形势下，提倡能源的高效利用，所以大力发展清洁能源、提高能源利用效率迫在眉睫。
在诸多清洁能源应用中，太阳能因其总量大、可再生等优点已成为当前发展最快的清洁能源技术。吸收式热泵可由太阳能直接驱动，采用的工质对天然友好，具有节约能源、保护环境的双重作用，目前已广泛应用在制冷、供暖工程中。但是，在用户供暖中，传统的吸收式热泵采用溴化锂水溶液或氨水溶液作为工质对，存在着不能用于低温供暖或结构繁杂等诸多问题，因此不能广泛应用；同时，传统的太阳能集热器也存在效率低、温度低等缺点。由于供暖效率低，用户的供暖需求复杂多变，太阳能及热泵的应用在现有的用户供暖中并没有发挥其优势，不能得到较好的应用，没有充分利用可利用的资源。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种节能高效的供暖系统运行方法，使用太阳能集热器与热泵、燃气采暖炉相结合，在提高太阳能的利用效率的同时满足复杂多变环境状况下用户的供暖需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种节能高效的供暖系统，包括吸收式热泵、太阳能集热器、蓄热水箱、辅助换热器和燃气采暖炉，吸收式热泵和燃气采暖炉分别连接热用户以供热；
吸收式热泵包括吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，其中冷凝器通过控制阀连接热用户；
太阳能集热器连接有供热回路和蓄热回路，供热回路中太阳能集热器连接导热油泵，然后连接吸收式热泵的发生器，并经过辅助换热器回到太阳能集热器；蓄热回路中太阳能集热器连接导热油泵，然后连接蓄热水箱，再回到太阳能集热器；有利于充分利用太阳能资源，可根据资源情况选择蓄热；
燃气采暖炉通过控制阀并联连接辅助换热器，通过控制阀连接热用户，在太阳能资源不足时，可开启燃气采暖炉进行辅助供热；
热用户循环分为热泵回路和补热回路，热泵回路中热用户出口连接采暖水泵，然后连接吸收式热泵的吸收器，再由吸收器连接冷凝器，最后由冷凝器回到热用户；补热回路包括燃气采暖炉补热和辅助换热器补热，热用户出口连接采暖水泵，然后连接蓄热水箱，再由蓄水箱连接燃气采暖炉或辅助换热器回到热用户；其中，燃气采暖炉补热回路中蓄热水箱连接燃气采暖炉、再由燃气采暖炉回到热用户；辅助换热器补热回路中蓄热水箱连接辅助换热器、再由辅助换热器回到热用户；
所述回路均设置有控制阀，通过控制阀调节各回路的开闭，选择合适的采暖方式。
其中，吸收式热泵还包括溶液泵和溶液热交换器，发生器连接冷凝器，然后通过制冷剂节流阀连接蒸发器，蒸发器连接吸收器制冷剂入口，吸收器出口依次连接有溶液泵、溶液热交换器和发生器溶液入口，发生器溶液出口连接溶液热交换器，然后通过容液节流阀连接吸收器的溶液入口。
优选的，所述太阳能集热器为槽式太阳能集热器。槽式太阳能集热器具有追光和聚光的功能，其制得的导热油温度可达140℃，从而可以在太阳能集热器驱动吸收式热泵运行时，实现吸收式热泵的迅猛高效运行。
优选的，所述吸收式热泵工质对采用氨盐工质对。新型的氨盐工质对能在较低空气温度下工作，具有良好的低温适应性，提高吸收式热泵的制热效率，更加高效的利用。
优选的，所述氨盐工质对为氨-硝酸锂溶液。
优选的，所述氨盐工质对为氨-硫氰酸钠溶液。
一种节能高效的供暖系统运行方法，对于上述的节能高效的供暖系统具有四种运行模式：太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式、太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式、太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式和蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式。根据环境变化、太阳能采集情况及采暖用户需求选择合适的供暖模式，以充分利用太阳能资源，达到高效供暖、低能源消耗的效果。
进一步的，太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。此模式下，通过调节控制阀的开闭，实现太阳能集热器仅驱动吸收式热泵运行，且燃气采暖炉此模式下不工作，辅助换热器仅作为太阳能集热器的回液通道；采暖用户仅通过吸收式热泵的冷凝器进行供热。
进一步的，太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式，太阳能集热器导热油经导热油泵后分为两路，一路进入蓄热水箱进行蓄热，然后回到太阳能集热器；另一路进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。此模式下，通过调节控制阀的开闭，实现太阳能集热器热量一部分驱动吸收式热泵运行，另一部分进入蓄热水箱进行蓄热，将多余资源进行存储，此模式下燃气采暖炉不工作，辅助换热器仅作为太阳能集热器的回液通道；采暖用户仅通过吸收式热泵的冷凝器进行供热，有效利用绿色能源。
进一步的，太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后经过辅助换热器后回到太阳能集热器；燃气采暖炉连通辅助换热器，燃气采暖炉的热水经辅助换热器加热导热油后回到燃气采暖炉；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。此模式下，通过调节控制阀的开闭，实现太阳能集热器仅驱动吸收式热泵运行，且燃气采暖炉开启，通过辅助换热器对太阳能导热油进行辅助加热；燃气采暖炉仅作为太阳能集热器驱动吸收式热泵的辅助加热设备，消耗少量燃气能耗，采暖用户仅通过吸收式热泵的冷凝器即可进行供热，充分利用绿色能源。
进一步的，蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入蓄热水箱进行蓄热，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入蓄热水箱吸热升温，然后进入燃气采暖炉，在燃气采暖炉内被加热升温后回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。此模式下，通过调节控制阀的开闭，实现太阳能集热器仅进行蓄热，同时，燃气采暖炉开启，将太阳能集热器蓄热与燃气采暖炉相结合，采暖用户采暖热水经蓄热水箱升温后进入燃气采暖炉加热，加热后进行采暖用户的供热。利用一部分太阳能资源可降低燃气采暖炉的能耗。
本发明的一种节能高效的供暖系统及其运行方法和现有技术相比，具有以下有益效果：
将太阳能集热、燃气采暖炉集热以及驱动吸收式热泵相结合，充分利用绿色资源，降低能源消耗。具有太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式、太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式、太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式和蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式，保证提高太阳能的利用效率的同时能够满足复杂多变环境状况下用户的供暖需求，以将资源利用率发挥到最好。
采用槽式太阳能集热器，其制得的导热油温度可达140℃，保证在太阳能集热器驱动吸收式热泵运行时，实现吸收式热泵的迅猛高效运行；吸收式热泵工质对采用氨盐工质对，新型的氨盐工质对能在较低空气温度下工作，具有良好的低温适应性，提高吸收式热泵的制热效率，更加高效的利用；设置有蓄热水箱和燃气采暖炉，具有多种供暖模式，能够适应复杂多变的环境状况和用户的供暖需求。
附图说明
图1是本发明的节能高效的供暖系统的结构原理图；
图2是实施例一的实施示意图；
图3是实施例二的实施示意图；
图4是实施例三的实施示意图；
图5是实施例四的实施示意图。
图中，1、吸收式热泵，2、发生器，3、冷凝器，4、制冷剂节流阀，5、蒸发器，6、吸收器，7、溶液泵，8、溶液节流阀，9、溶液热交换器，10、太阳能集热器，11、导热油泵，12、燃气采暖炉，13、辅助换热器，14、蓄热水箱，15、热用户，16、采暖水泵，17、第一阀门，18、第二阀门，19、第三阀门，20、第四阀门，21、第五阀门，22、第六阀门，23、第七阀门，24、第八阀门，25、第九阀门，26、第十阀门，27、第十一阀门，28、第十二阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种节能高效的供暖系统，包括吸收式热泵1、太阳能集热器10、蓄热水箱14、辅助换热器13和燃气采暖炉12，吸收式热泵1和燃气采暖炉12分别连接热用户15以供热。
吸收式热泵1包括发生器2、冷凝器3、制冷剂节流阀4、蒸发器5、吸收器6、溶液泵7、溶液节流阀8和溶液热交换器9。发生器2制冷剂出口连接冷凝器3，然后通过制冷剂节流阀4连接蒸发器5，蒸发器5连接吸收器6的制冷剂入口，吸收器6的溶液出口依次连接有溶液泵7、溶液热交换器9和发生器2的溶液入口，发生器2的溶液出口连接溶液热交换器9，然后通过容液节流阀8连接吸收器6的溶液入口。供暖热水经过冷凝器3后通过第十二阀门28连接热用户。
太阳能集热器10连接有供热回路和蓄热回路，供热回路中太阳能集热器10连接导热油泵11，然后经过第六阀门22连接吸收式热泵1的发生器2，并经过辅助换热器13回到太阳能集热器10；蓄热回路中太阳能集热器10连接导热油泵11，然后经过第三阀门19连接蓄热水箱14，再经过第四阀门20回到太阳能集热器10。
燃气采暖炉12并联连接辅助换热器13，在太阳能资源不足时，可开启燃气采暖炉进行辅助供热。
热用户15循环分为热泵回路和补热回路。热泵回路中热用户15出口连接采暖水泵16，然后经过第二阀门18连接吸收式热泵1的吸收器6，再由吸收器6连接冷凝器3，最后由冷凝器3经过第十二阀门28回到热用户15。补热回路包括燃气采暖炉补热和辅助换热器补热，燃气采暖炉补热回路中热用户15出口连接采暖水泵16，然后经过第一阀门17连接蓄热水箱14，再由蓄水箱14经过第五阀门21和第十阀门26连接燃气采暖炉12，最后由燃气采暖炉12经过第九阀门25和第十一阀门27回到热用户15；辅助换热器补热回路中热用户15出口连接采暖水泵16，然后经过第一阀门17连接蓄热水箱14，再由蓄水箱14经过第五阀门21和第八阀门24连接辅助换热器13、最后由辅助换热器13经过第七阀门23和第十一阀门27回到热用户15。
通过控制各阀门的开闭调节各回路的开闭，选择合适的采暖方式。
其中，太阳能集热器为槽式太阳能集热器。吸收式热泵工质对采用氨盐工质对：氨-硝酸锂溶液或氨-硫氰酸钠溶液。
实施例一
采暖水泵16与蓄热水箱14之间设置第一阀门17，采暖水泵16与吸收器6之间设置第二阀门18；蓄热水箱14另一端设置第五阀门21、并通过第八阀门24和第十阀门26分别连接辅助换热器13和燃气采暖炉12，燃气采暖炉12另一端设置第九阀门25、并通过第七阀门23和第十一阀门27分别连接辅助换热器13和热用户15；冷凝器3通过第十二阀门28连接热用户15；导热油泵11通过第三阀门19连接蓄热水箱14、通过第六阀门22连接发生器2，蓄热水箱14通过第四阀门20连接太阳能集热器10。
如图2所示，为太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式。第一阀门17、第五阀门21、第七阀门23、第八阀门24、第九阀门25、第十阀门26和第十一阀门27处于关闭状态，太阳能集热器10导热油经导热油泵11后分为两路，一路经过第三阀门19进入蓄热水箱14进行蓄热，然后经过第四阀门20回到太阳能集热器10；另一路经过第六阀门22进入发生器2驱动吸收式热泵1运行，然后经过辅助换热器13（此模式下不工作）回到太阳能集热器10。热用户15采暖热水经采暖水泵16、然后经过第二阀门18进入吸收式热泵1的吸收器6，然后流经冷凝器3和第十二阀门28回到热用户15。
此模式下，通过关闭部分控制阀，实现太阳能集热器10热量一部分驱动吸收式热泵1运行，另一部分进入蓄热水箱14进行蓄热，将多余资源进行存储，此模式下燃气采暖炉12不工作，辅助换热器13仅作为太阳能集热器10的回液通道；热用户15仅通过吸收式热泵1的冷凝器3进行供热。
当太阳辐射充足、槽式太阳能集热器产热足够驱动吸收式热泵1供暖时运行此模式，剩余的热量通过蓄热水箱14存储起来留待后用，可以充分利用绿色能源。
实施例二
采暖水泵16与蓄热水箱14之间设置第一阀门17，采暖水泵16与吸收器6之间设置第二阀门18；蓄热水箱14另一端设置第五阀门21、并通过第八阀门24和第十阀门26分别连接辅助换热器13和燃气采暖炉12，燃气采暖炉12另一端设置第九阀门25、并通过第七阀门23和第十一阀门27分别连接辅助换热器13和热用户15；冷凝器3通过第十二阀门28连接热用户15；导热油泵11通过第三阀门19连接蓄热水箱14、通过第六阀门22连接发生器2，蓄热水箱14通过第四阀门20连接太阳能集热器10。
如图3所示，为太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式。第一阀门17、第三阀门19、第四阀门20、第五阀门21、第七阀门23、第八阀门24、第九阀门25、第十阀门26和第十一阀门27处于关闭状态，太阳能集热器10导热油经导热油泵11、然后经过第六阀门22进入发生器2驱动吸收式热泵1运行，再经过辅助换热器13（此模式下不工作）回到太阳能集热器10。热用户15采暖热水经采暖水泵16、然后经过第二阀门18进入吸收式热泵1的吸收器6，然后流经冷凝器3和第十二阀门28回到热用户15。
此模式下，通过关闭部分控制阀，实现太阳能集热器10仅驱动吸收式热泵1运行，且燃气采暖炉12此模式下不工作，辅助换热器13仅作为太阳能集热器10的回液通道；热用户15仅通过吸收式热泵1的冷凝器3进行供热。
当太阳辐射减少、槽式太阳能集热器产热仅能够驱动吸收式热泵供暖时运行此模式。
实施例三
采暖水泵16与蓄热水箱14之间设置第一阀门17，采暖水泵16与吸收器6之间设置第二阀门18；蓄热水箱14另一端设置第五阀门21、并通过第八阀门24和第十阀门26分别连接辅助换热器13和燃气采暖炉12，燃气采暖炉12另一端设置第九阀门25、并通过第七阀门23和第十一阀门27分别连接辅助换热器13和热用户15；冷凝器3通过第十二阀门28连接热用户15；导热油泵11通过第三阀门19连接蓄热水箱14、通过第六阀门22连接发生器2，蓄热水箱14通过第四阀门20连接太阳能集热器10。
如图4所示，为太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式。第一阀门17、第三阀门19、第四阀门20、第五阀门21和第十一阀门27处于关闭状态，太阳能集热器10导热油经导热油泵11、然后经过第六阀门22进入发生器2驱动吸收式热泵1运行，然后经过辅助换热器13预热后回到太阳能集热器10；燃气采暖炉12热水经第十阀门26和第八阀门24进入辅助换热器13，加热导热油后经第七阀门23和第九阀门25回到燃气采暖炉12。热用户15采暖热水经采暖水泵15、然后经过第二阀门18进入吸收式热泵1的吸收器6，然后流经冷凝器3和第十二阀门28回到热用户15。
此模式下，通过关闭部分控制阀，实现太阳能集热器10仅驱动吸收式热泵1运行，且燃气采暖炉12开启，通过辅助换热器13对太阳能导热油进行辅助加热；而燃气采暖炉12仅作为太阳能集热器10驱动吸收式热泵1的辅助加热设备，消耗少量燃气能耗，热用户15仅通过吸收式热泵1的冷凝器3即可进行供热。
当太阳辐射不足、导热油温度不足以驱动吸收式热泵运行时运行此模式，可以有效利用绿色能源。
实施例四
采暖水泵16与蓄热水箱14之间设置第一阀门17，采暖水泵16与吸收器6之间设置第二阀门18；蓄热水箱14另一端设置第五阀门21、并通过第八阀门24和第十阀门26分别连接辅助换热器13和燃气采暖炉12，燃气采暖炉12另一端设置第九阀门25、并通过第七阀门23和第十一阀门27分别连接辅助换热器13和热用户15；冷凝器3通过第十二阀门28连接热用户15；导热油泵11通过第三阀门19连接蓄热水箱14、通过第六阀门22连接发生器2，蓄热水箱14通过第四阀门20连接太阳能集热器10。
如图5所示，为蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式。第二阀门18、第六阀门22、第七阀门23、第八阀门24和第十二阀门28处于关闭状态，太阳能集热器10导热油经导热油泵11、然后经过第三阀门19进入蓄热水箱14进行蓄热，然后经第四阀门20回到太阳能集热器10。热用户15采暖热水经采暖水泵16、然后经过第一阀门17进入蓄热水箱14吸热升温，再经过第五阀门21和第十阀门26进入燃气采暖炉12，采暖热水在燃气采暖炉12内被加热升温后经过第九阀门和第十一阀门27回到热用户15。
此模式下，通过关闭部分控制阀，实现太阳能集热器10仅进行蓄热，同时，燃气采暖炉12开启，将太阳能集热器10蓄热与燃气采暖炉12相结合；热用户15采暖热水经蓄热水箱14预热升温后再进入燃气采暖炉12加热，加热后进行热用户15的供热。
当太阳辐射严重不足时运行此模式，关闭吸收式热泵，开启燃气采暖炉，使槽式太阳能集热器产生的导热油直接进入蓄热水箱14，热用户15回水在蓄热水箱14内换热后再进入燃气采暖炉12，被加热升温后供给热用户15，充分利用太阳能资源可降低燃气采暖炉的能耗。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种节能高效的供暖系统，其特征在于包括吸收式热泵、太阳能集热器、蓄热水箱、辅助换热器和燃气采暖炉，吸收式热泵和燃气采暖炉分别连接热用户以供热；
吸收式热泵包括吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，其中冷凝器通过控制阀连接热用户；
太阳能集热器连接有供热回路和蓄热回路，供热回路中太阳能集热器连接导热油泵，然后连接吸收式热泵的发生器，并经过辅助换热器回到太阳能集热器；蓄热回路中太阳能集热器连接导热油泵，然后连接蓄热水箱，再回到太阳能集热器；
燃气采暖炉并联连接辅助换热器；
热用户循环分为热泵回路和补热回路，热泵回路中热用户出口连接采暖水泵，然后连接吸收式热泵的吸收器，再由吸收器连接冷凝器，最后由冷凝器回到热用户；补热回路包括燃气采暖炉补热和辅助换热器补热，热用户出口连接采暖水泵，然后连接蓄热水箱，再由蓄水箱连接燃气采暖炉或辅助换热器回到热用户；
所述回路均设置有控制阀。
2.根据权利要求1所述的一种节能高效的供暖系统，其特征在于所述太阳能集热器为槽式太阳能集热器。
3.根据权利要求1所述的一种节能高效的供暖系统，其特征在于所述吸收式热泵工质对采用氨盐工质对。
4.根据权利要求3所述的一种节能高效的供暖系统，其特征在于所述氨盐工质对为氨-硝酸锂溶液。
5.根据权利要求3所述的一种节能高效的供暖系统，其特征在于所述氨盐工质对为氨-硫氰酸钠溶液。
6.一种节能高效的供暖系统运行方法，其特征在于权利要求1-5任一项所述的节能高效的供暖系统具有四种运行模式：太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式、太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式、太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式和蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式。
7.根据权利要求6所述的一种节能高效的供暖系统运行方法，其特征在于太阳能单独驱动吸收式热泵供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。
8.根据权利要求6所述的一种节能高效的供暖系统运行方法，其特征在于太阳能驱动吸收式热泵供暖并蓄热模式，太阳能集热器导热油经导热油泵后分为两路，一路进入蓄热水箱进行蓄热，然后回到太阳能集热器；另一路进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。
9.根据权利要求6所述的一种节能高效的供暖系统运行方法，其特征在于太阳能与燃气采暖炉联合驱动吸收式热泵供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入发生器驱动吸收式热泵运行，然后经过辅助换热器后回到太阳能集热器；燃气采暖炉连通辅助换热器，燃气采暖炉的热水经辅助换热器加热导热油后回到燃气采暖炉；热用户采暖热水经采暖水泵进入吸收式热泵的吸收器，然后经冷凝器回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。
10.根据权利要求6所述的一种节能高效的供暖系统运行方法，其特征在于蓄热水箱与燃气采暖炉联合供暖模式，太阳能集热器导热油经导热油泵进入蓄热水箱进行蓄热，然后回到太阳能集热器；热用户采暖热水经采暖水泵进入蓄热水箱吸热升温，然后进入燃气采暖炉，在燃气采暖炉内被加热升温后回到热用户，通过开闭所需回路的控制阀进行调节。
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