CN109340957A - 多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统，冷源由河水、冷却塔组成，热源由余热、河水组成，制冷主机由冷水机组、热泵机组、热泵热水机组组成，制热主机由锅炉、热泵机组、热泵热水机组组成，制卫生热水主机包括锅炉、热泵热水机组组成，用户需求包括供冷、供热、供卫生热水三种需求。其中有多种设备属于共用设备。本发明通过灵活安排设备的运行模式，可以充分发挥各类设备的优点，克服各类设备的缺点，其节能性、经济性和可靠性均显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统。
背景技术
在多能互补系统中，冷热源的种类有很多种，常用的冷源种类有各种冷水机组、各种热泵机组、各种溴化锂类冷源、多联机类冷源等等，常用的热源种类有各种锅炉、各种热泵机组、各种溴化锂类热源、多联机类热源、余热热源等等，另外还辅助以蓄冷蓄热技术，热回收技术等等，不同的冷热源进行组合，可以演变成很多种冷热源组合方式。有的冷热源组合在一起，不利于发挥各设备的优点，是一种不合理的组合方式；有的冷热源组合在一起，则可以实现优势互补，在节能性、经济性、可靠性等方面显著提升性能，真正实现了多能互补系统的建设目的。本发明涉及一种余热利用、水冷热泵机组、冷水机组、锅炉联合供冷、供热的多能互补应用系统，充分发挥了各类设备的优点，是一种理想的组合应用方式。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统，该系统通过灵活安排设备的运行模式，可以充分发挥各类设备的优点，克服各类设备的缺点，其节能性、经济性和可靠性均显著提升，是一种理想的组合方式。
本发明提供的技术方案是：一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统，包括：河水源、冷却塔、余热源、冷水机组、热泵机组、热泵热水机组、锅炉、空调用户和卫生热水热水箱，以河水源和冷却塔作为冷源分三路支管与冷水机组、热泵机组和热泵热水机组连接：冷却塔通过第一路支管和冷水机组的冷凝器连接，冷却塔经第二路支管和板式换热器一通过阀门一和阀门二分别和热泵机组的冷凝器和蒸发器连接，河水源经第三路支管和板式换热器二通过阀门十和第二路支管上的阀门一分别与热泵热水机组的冷凝器和热泵机组的冷凝器连接；余热源经板式换热器三后分两支路与热泵热水机组和热泵机组连接：余热源与板式换热器三连接，板式换热器三通过支管一和设在支管一上的阀门七与热泵机组的蒸发器连接，板式换热器三通过支管二和设在支管二上的阀门五与热泵热水机组的蒸发器连接；空调用户分四路支管与冷水机组、热泵机组、锅炉和热泵热水机组连接：空调用户通过支管三和冷水机组的蒸发器连接，空调用户经支管四通过阀门三和阀门四分别和热泵机组的冷凝器和蒸发器连接，空调用户通过支管五和锅炉连接，空调用户经支管六通过阀门八和阀门六分别和热泵热水机组的冷凝器和蒸发器连接；卫生热水热水箱经板式换热器四后分两路支管分别与热泵热水机组的冷凝器和锅炉连接。
本发明第一路支管上设有水泵一，第二路支管上设有水泵二，热泵热水机组蒸发器的进水口设有水泵三，板式换热器一一次侧设有水泵四，板式换热器二一次侧设有水泵五，支管三、支管四和支管五上分别设有水泵六、水泵七和水泵八，卫生热水热水箱的两路支管上分别设有水泵九和水泵十。
所述余热源包括各种可供利用且有利用价值的热源；河水源包括河水、湖水、海水、污水、井水、地埋管等各种可供利用的水资源；冷却塔包括冷却塔、能源塔等各种散热设备，锅炉包括单工况锅炉（供热和供卫生热水分别设锅炉）和双工况锅炉（锅炉内置二组换热器，一组供热，一组供卫生热水），热泵机组和热泵热水机组均为水冷热泵机组。
本发明还包括卫生热水系统，卫生热水系统分两路支管与锅炉和热泵热水机组的冷凝器连接。
本发明通过灵活安排设备的运行模式，可以充分发挥各类设备的优点，克服各类设备的缺点，其节能性、经济性和可靠性均显著提升，是一种理想的组合方式。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明夏季供冷、供卫生热水工况示意图；
图3为本发明过渡季节供卫生热水工况示意图；
图4为本发明冬季供热、供卫生热水工况示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明包括：河水源2、冷却塔1、余热源3、冷水机组4、热泵机组5、热泵热水机组7、锅炉6、空调用户8和卫生热水热水箱9，冷源由河水源2、冷却塔1组成，热源由余热源3、河水源2组成，制冷主机由冷水机组4、热泵机组5、热泵热水机组7组成。以河水源2和冷却塔1作为冷源分三路支管与制冷主机连接：冷却塔1通过第一路支管D1、设在第一路支管D1上的水泵一B1和冷水机组4的冷凝器4-1连接；冷却塔1经第二路支管D2和设在第二路支管D2上的水泵四B4、板式换热器一A1和水泵二B2，然后通过阀门一F1和阀门二F2分别和热泵机组5的冷凝器5-1和蒸发器5-2连接；河水源2经第三路支管D3和设在第三路支管D3上的水泵五B5、板式换热器二A2通过阀门十F10、水泵十B10与热泵热水机组7的冷凝器7-1，同时河水源2经水泵五B5、板式换热器二A2、水泵二B2、阀门一F1与热泵机组5的冷凝器5-1连接。余热源3经板式换热器三A3后分两支路与热泵热水机组7和热泵机组5连接：余热源3与板式换热器三A3连接，板式换热器三A3通过支管一Z1和设在支管一Z1上的阀门七F7 、水泵二B2、阀门二F2与热泵机组5的蒸发器5-2连接；板式换热器三A3通过支管二Z2和设在支管二Z2上的阀门五F5、水泵三B3与热泵热水机组7的蒸发器7-2连接。空调用户8分四路支管与冷水机组4、热泵机组5、锅炉6和热泵热水机组7连接：空调用户8通过支管三Z3、设在支管三Z3上的水泵六B6和冷水机组4的蒸发器4-2连接；空调用户经支管四Z4、设在支管四Z4上的水泵七B7通过阀门三F3和阀门四F4分别和热泵机组5的冷凝器5-1和蒸发器5-2连接；空调用户通过支管五Z5、设在支管五Z5上的水泵八B8和锅炉连接；空调用户经支管六Z6通过阀门八F8、水泵十B10和热泵热水机组7的冷凝器7-1连接，空调用户经支管六Z6通过阀门六F6、水泵三B3和热泵热水机组7的蒸发器7-2连接。卫生热水热水箱9经板式换热器四A4后分两路支管分别与热泵热水机组7的冷凝器7-1和锅炉6连接：卫生热水热水箱9经板式换热器四A4、水泵九B9与锅炉6连接；卫生热水热水箱9经板式换热器四A4、阀门九F9、水泵十B10和热泵热水机组7的冷凝器7-1连接。
冷源由河水、冷却塔组成，热源由余热、河水组成，制冷主机由冷水机组、热泵机组、热泵热水机组组成，制热主机由锅炉、热泵机组、热泵热水机组组成，制卫生热水主机包括锅炉、热泵热水机组组成，用户需求包括供冷、供热、供卫生热水三种需求。其中有多种设备属于共用设备。所有设备及用户通过供、回水管道连接起来，在本发明的附图中，供、回水管均合用单线条表示，管路上连接水泵和板式换热器。图中的各个水温采用的是相关设备典型工作状态下的供、回水温度，用于帮助分析水系统流程，不代表实际温度。
本发明的冷源分三路支管与冷水机组和热泵机组连接，一路连接冷却塔和冷水机组的冷凝器，一路连接冷却塔和热泵机组的冷凝器和蒸发器，一路连接河水与热泵热水机组的冷凝器和蒸发器，冷凝器与蒸发器支管上分别设阀门控制管路的开关。余热利用管路分两路支管与热泵机组和热泵热水机组连接。空调用户分四路支管与冷水机组、热泵机组和锅炉连接，一路连接空调用户和冷水机组的蒸发器，一路连接空调用户和热泵机组的冷凝器和蒸发器，冷凝器与蒸发器支管上分别设阀门控制管路的开关，一路连接空调用户和锅炉，一路连接热泵热水机组的冷凝器和蒸发器，冷凝器与蒸发器支管上分别设阀门控制管路的开关。卫生热水系统分两路支管与锅炉和热泵热水机组的冷凝器连接。
参见图2、3、4，本发明是一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统，为了方便分析水路流程，图中将对应工况下流动的水管用黑线表示，不流动的水管和水泵删除，其实施步骤如下：
夏季供冷、供卫生热水工况，参见图2。阀门的的运行工况详见下表，其中调节表示阀门根据用户需求，选择开或关。例如阀门5、阀门6根据用户需求选择开或关。供冷时，阀门5关，阀门6开；不供冷时，阀门5开，阀门6关。其运行策略：
当河水的水温低于冷却塔水温时，优先利用河水作为冷源使用；当河水的水温高于冷却塔水温时，优先利用冷却塔作为冷源使用。工程应用中，河水的流量和温度往往不够稳定，夏季流量大，冬季流量小，夏季利用河水冷却能力充足的特性，选择合适的冷源，可以最大限度的降低冷却水系统运行费用。
同时有冷负荷需求和卫生热水需求时，运行热泵热水机组，该机组制冷的同时免费提供卫生热水。部分冷负荷时，优先运行冷水机组；高峰冷负荷时，热泵机组同时投入运行。工程应用中，部分负荷时，冷水机组的运行效率高于热泵机组，因此根据机组效率大小选择合适的机组运行，可以最大限度的降低制冷系统运行费用。
无卫生热水需求时，热泵热水机组可切换到制冷工况运行，阀门5关，阀门6开，阀门9关，阀门10开。该机组兼作冷水机组使用，有利于降低冷水机组的装机容量，降低设备成本。
| 阀门 | 阀门1 | 阀门2 | 阀门3 | 阀门4 | 阀门5 | 阀门6 | 阀门7 | 阀门8 | 阀门9 | 阀门10 |
| 工况 | 开 | 关 | 关 | 开 | 调节 | 调节 | 关 | 关 | 调节 | 调节 |
过渡季节供卫生热水工况，参见图3。阀门的的运行工况详见下表，其运行策略：因为余热的水温高于河水，选择利用余热作为热源，为卫生热水系统供热水，其运行费用最少。
| 阀门 | 阀门1 | 阀门2 | 阀门3 | 阀门4 | 阀门5 | 阀门6 | 阀门7 | 阀门8 | 阀门9 | 阀门10 |
| 工况 | 关 | 关 | 关 | 关 | 开 | 关 | 关 | 关 | 开 | 关 |
冬季供热、供卫生热水工况，参见图4。阀门的的运行工况详见下表，其运行策略：因为余热的水温高于河水，选择利用余热作为热源，为供热系统和卫生热水系统供热水，其运行费用最少。其中调节表示阀门根据用户需求，选择开或关。供热时，阀门8开，阀门9关；供卫生热水时，阀门8关，阀门9开。
| 阀门 | 阀门1 | 阀门2 | 阀门3 | 阀门4 | 阀门5 | 阀门6 | 阀门7 | 阀门8 | 阀门9 | 阀门10 |
| 工况 | 关 | 开 | 开 | 关 | 开 | 关 | 开 | 调节 | 调节 | 关 |
本发明的节能性分析：
制冷时的废热可以用于制备卫生热水，余热用于供热和供卫生热水，水源热泵等可再生能源充分利用，本发明的节能性显著。
河水用作冷却水的同时可以作为道路、绿化的灌溉用水和冷却塔补水，一水多用，提高水资源利用效率。
本发明的经济性分析：
冷源由河水、冷却塔组成，可以根据实际情况择其运行费用最少的冷源优先运行；热源由余热、河水、锅炉组成，可以根据实际情况择其运行费用最少的热源优先运行；制冷时的废热可以用于制备卫生热水，降低供卫生热水的运行费用；冷水机组制冷工况的运行效率往往高于热泵机组，而热泵机组冬季供热的经济性优于锅炉，两者组合运行，制冷工况主要运行冷水机组、制热工况主要运行热泵机组，使空调的整体运行费用最省；通过以上措施，可以显著降低运行费用。
一水多用，可以降低水资源利用的总成本。热泵热水机组既可以供应卫生热水，又可以供热，从而可以减小供热系统的装机容量。锅炉采用双工况锅炉，供热时提供较低温度的空调热水，供卫生热水时可以提供较高温度的热水，从而可以减小供热系统的装机容量。通过以上措施可以显著降低冷热源系统的总成本。
本发明的可靠性分析：
夏季供冷耗能以电能为主，同时辅以地热能。冬季供热耗能以电能为主，同时辅以天然气。卫生热水系统耗能以电能为主，同时辅以天然气。
同时，制冷时的废热可以用于制备卫生热水，余热可以同时满足供热和供卫生热水需求这两种余热利用可以作为供冷、供热和供卫生热水系统的有益补充。水源热泵系统往往夏季流量充沛，冬季流量匮乏，其可靠性不是很高，本发明提供的水源热泵系统主要在夏季用于制冷，冬季只作为有益补充，其可靠性更高。综上所述，本发明的供能可靠性显著提升。
实施过程中应注意以下事项：
1、当余热为冷却水或高温冷冻水时，充分利用余热供热、供卫生热水的同时，应兼顾余热侧冷却效率或高温冷冻水制冷效率的影响，通盘考虑，采取最经济的运行措施。例如利用数据中心18/12℃的高温冷冻水作为热源进行供热或供卫生热水时，该系统可以免费为数据中心供应高温冷冻水，当两者通盘考虑时，可取消阀门6及其支管，并取消阀门5，热泵热水机组供卫生热水的同时，为数据中心供应高温冷冻水，整体运行费用最少。
2、多能互补系统可以根据实际情况择其运行费用最少的设备优先运行。河水与冷却塔，夏季择其水温较低的设备运行；冷水机组与热泵机组，夏季择其机组运行效率高的设备运行；余热与河水，冬季择其水温较高的设备运行；锅炉和热泵机组，冬季择其运行费用最省的设备运行；锅炉与热泵热水机组，择其运行费用最省的设备供卫生热水。当实际工程缺乏其中一些条件时，满足条件的设备及其运行依然按本发明所描述的方式和注意事项运行。
Claims (3)
1.一种多冷源、多热源联合供冷、供热的多能互补系统，其特征在于：包括：河水源、冷却塔、余热源、冷水机组、热泵机组、热泵热水机组、锅炉、空调用户和卫生热水热水箱，以河水源和冷却塔作为冷源分三路支管与冷水机组和热泵机组连接：冷却塔通过第一路支管和冷水机组的冷凝器连接，冷却塔经第二路支管和板式换热器一通过阀门一和阀门二分别和热泵机组的冷凝器和蒸发器连接，河水源经第三路支管和板式换热器二通过阀门十和第二路支管上的阀门一分别与热泵热水机组的冷凝器和热泵机组的冷凝器连接；余热源经板式换热器三后分两支路与热泵热水机组和热泵机组连接：余热源与板式换热器三连接，板式换热器三通过支管一和设在支管一上的阀门七与热泵机组的蒸发器连接，板式换热器三通过支管二和设在支管二上的阀门五与热泵热水机组的蒸发器连接；空调用户分四路支管与冷水机组、热泵机组、锅炉和热泵热水机组连接：空调用户通过支管三和冷水机组的蒸发器连接，空调用户经支管四通过阀门三和阀门四分别和热泵机组的冷凝器和蒸发器连接，空调用户通过支管五和锅炉连接，空调用户经支管六通过阀门八和阀门六分别和热泵热水机组的冷凝器和蒸发器连接；卫生热水热水箱经板式换热器四后分两路支管分别与热泵热水机组的冷凝器和锅炉连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：第一路支管上设有水泵一，第二路支管上设有水泵二，热泵热水机组蒸发器的进水口设有水泵三，板式换热器一一次侧设有水泵四，板式换热器二一次侧设有水泵五，支管三、支管四和支管五上分别设有水泵六、水泵七和水泵八，卫生热水热水箱的两路支管上分别设有水泵九和水泵十。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：余热源包括各种可供利用且有利用价值的热源；河水源包括河水、湖水、海水、污水、井水、地埋管；锅炉包括单工况锅炉和双工况锅炉，热泵机组和热泵热水机组均为水冷热泵机组。
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2018
- 2018-09-19 CN CN201811096729.8A patent/CN109340957A/zh active Pending
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