CN109974060A - 集中供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集中供热系统，属于供热系统技术领域。该集中供热系统包括供热热源、一次管网、多个楼宇换热装置、多个用户管网和多个热用户单元，供热热源与一次管网连通，一次管网分别与多个楼宇换热装置连通。任意一个楼宇换热装置设置在一个热用户单元的热力入口处，楼宇换热装置与热用户单元之间通过一个用户管网连通。本发明改善了现有技术中集中供热系统的二次网的水力和热力不平衡现象较严重的技术问题。

Description

集中供热系统
技术领域
本发明涉及供热系统技术领域，尤其是涉及一种集中供热系统。
背景技术
集中供热是指由集中热源所产生的蒸汽、热水，通过管网供给一个城市(镇)或部分区域生产、采暖和生活所需的热量的方式。用于集中供热的集中供热系统是保障民生的重要基础设施，随着社会城镇化的发展与人民生活水平的提高，集中供热系统的网络规模呈扩大之势，目前我国北方城市普遍建设有集中供热系统。
如图1所示，现有的集中供热系统由热源1’、一次网2’、热力站3’、二次网4’、楼宇5’组成，热源1’、一次网2’、热力站3’、二次网4’、楼宇5’依次连接。热源1’处的热媒即高温热水流经一次网2’后到达热力站3’，热力站3’处的楼宇换热装置可以将热媒降温，降温后的热媒会流经二次网4’到达楼宇5’处，再通过楼宇5’内部的用户网6’到达采暖末端7’，此时热媒可以为楼宇5’内的用户供热。
但是通过二次网4’与热力站3’连接的楼宇5’为多个，多个楼宇5’所处环境不同，以及二次网4’覆盖范围较广，导致热媒流动路径、流动用时不同，因此现有的集中供热系统中二次网4’存在较严重的热力不平衡的问题。由于二次网4’中热力不平衡，因此当热媒到达各个楼宇5’处时，各个楼宇5’得到的热量并不相同。为满足所有楼宇5’的用热需求，现有的做法是增加二次网4’中的热媒的循环流量，然而热媒的循环流量被增加后，会导致二次网4’的供回水温差较小，造成二次网4’管网管径大投资大，用于循环热媒的循环泵也会大幅消耗电能。。
此外，增加热媒的循环流量后，部分楼宇5’的用热需求得到满足，然而另外一部分楼宇5’得到的热量远超其用热需求，过量供热造成了热量的大量浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集中供热系统，以解决现有技术中集中供热系统的二次网的水力和热力不平衡现象较严重的技术问题。
本发明提供的集中供热系统包括供热热源、一次管网、多个楼宇换热装置、多个用户管网、多个热用户单元和变频水泵；
供热热源与一次管网连通，一次管网分别与多个楼宇换热装置连通；
任意一个楼宇换热装置设置在一个热用户单元的热力入口处，楼宇换热装置与热用户单元之间通过一个用户管网连通。
进一步的，楼宇换热装置包括换热件、热泵机组和变频水泵；
换热件和热泵机组分别与一次管网和用户管网连通，且换热件和热泵机组之间连通；
变频水泵连通在一次管网上，变频水泵用于将从楼宇换热装置中流出的热媒泵送至供热热源中。
热用户单元热用户单元进一步的，热泵机组包括多个电动热泵，多个电动热泵之间串联连通。
进一步的，热泵机组包括多个电动热泵，多个电动热泵之间并联连通。
进一步的，热泵机组包括多个电动热泵，多个电动热泵之间混联连通。
进一步的，一次管网包括多个出水管道、多个第一管道和多个回水管道；
换热件和热泵机组均包括热媒侧入口和热媒侧出口；任意一个换热件的热媒侧入口与供热热源之间通过一个出水管道连通；
换热件的热媒侧出口和热泵机组的热媒侧入口通过一个第一管道连通；任意一个热泵机组的热媒侧出口和供热热源之间通过一个回水管道连通。
进一步的，用户管网包括多个换热管道、多个进水管道、多个出口管道、多个第二管道、多个第三管道和多个热泵管道；
换热件和热泵机组均包括用户侧入口和用户侧出口；任意一个换热件的热媒侧入口和换热件的用户侧出口之间通过一个换热管道连通；
任意一个换热件的用户侧出口与一个热用户单元之间通过一个进水管道连通；
热用户单元与热泵机组的用户侧入口之间通过一个出口管道连通；热泵机组的用户侧入口与热泵机组的用户侧出口之间连通，且热泵机组的用户侧出口与进水管道的中部之间通过一个第二管道连通；
出口管道的中部与换热件的用户侧入口之间通过一个第三管道连通；
热泵机组的用户侧入口与热泵机组的热媒侧入口通过一个热泵管道连通。热用户单元热用户单元进一步的，换热件为混水器。
进一步的，换热件为间壁式换热器。
本发明提供的集中供热系统能产生如下有益效果：
本发明提供的集中供热系统包括供热热源、一次管网、多个楼宇换热装置、多个用户管网和多个热用户单元，供热热源与一次管网连通，一次管网分别与多个楼宇换热装置连通。供热热源能够将水或者水蒸气等媒介加热成为热媒，再将热媒通过一次管网送入多个楼宇换热装置处，楼宇换热装置用于将热媒降温至用户所需温度，并将降温后的热媒通过用户管网送入热用户单元处。由于楼宇换热装置设置在热用户单元的热力入口处，楼宇换热装置直接面对热用户单元，因而本发明中一次管网的覆盖范围扩大并取消了现有的集中供热系统中的二次网。又由于现有的一次管网的保温技术和输送技术已经成熟，一次管网的输配能力平衡且可靠，因而一次管网中不会存在严重的水力和热力平衡问题。此外，由于每个热用户单元的热力入口处设置有一个楼宇换热装置，因而楼宇换热装置与热用户单元之间距离较近，楼宇换热装置至热用户单元之间的用户管网也不会存在严重的水力和热力不平衡问题，不会造成大量的热量损失。
因此本发明提供的集中供热系统改善了现有技术中集中供热系统的二次网的水力和热力不平衡现象较严重的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的集中供热系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的集中供热系统的结构示意图；
图3为图2中的集中供热系统的原理图；
图4为本发明实施例提供的另一集中供热系统的结构示意图；
图5为图4中的集中供热系统的原理图；
图6为本发明实施例提供的又一集中供热系统的结构示意图；
图7为图4中的热泵机组的结构示意图；
图8为图7中的热泵机组的原理图；
图9为图4中的集中供热系统各处供水压力值和回水压力值的坐标图。
图标：1’-热源；2’-一次网；3’-热力站；4’-二次网；5’-楼宇；6’-用户网；7’-采暖末端；1-供热热源；2-一次管网；20-出水管道；21-第一管道；22-回水管道；23-变频水泵；3-楼宇换热装置；30-换热件；31-热泵机组；310-电动热泵；4-用户管网；40-换热管道；41-进水管道；42-出口管道；43-第二管道；44-第三管道；45-热泵管道；5-热用户单元；6-热媒侧入口；7-热媒侧出口；8-用户侧入口；9-用户侧出口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图2所示，本实施例提供的集中供热系统包括供热热源1、一次管网2、多个楼宇换热装置3、多个用户管网4、多个热用户单元5和变频水泵23，供热热源1与一次管网2连通，一次管网2分别与多个楼宇换热装置3连通。任意一个热用户单元5楼宇换热装置3设置在一个热用户单元5的热力入口处，楼宇换热装置3与热用户单元5之间通过一个用户管网4连通。
其中，热用户单元5处与用户管网4连通的采暖末端设备可以为散热器或地暖。
在实际应用中，供热热源1能够将水加热成为热媒，供热热源1中可以包括水泵，如图2和图3所示，供热热源1中的水泵将热媒通过一次管网2送入多个楼宇换热装置3处。楼宇换热装置3用于将热媒降温至用户所需温度，此时的热媒为水，楼宇换热装置3中也可以包括水泵，水泵能够将降温后的热媒通过用户管网4送入热用户单元5处。热媒为热用户单元5供热后，再经过用户管网4流回楼宇换热装置3中，一次管网2上可以设置有水泵，该水泵可以将流回楼宇换热装置3中的热媒泵送回供热热源1。至此，该集中供热系统完成一次热媒循环。
由于楼宇换热装置3设置在热用户单元5的热力入口处，因而本实施例中一次管网2的覆盖范围扩大并取消了现有的集中供热系统中的二次网，又由于现有的一次管网2的保温技术和输送技术已经成熟，一次管网2的输配能力平衡且可靠，因而一次管网2中不会存在严重的水力和热力平衡问题。此外，由于每个热用户单元5的热力入口处设置有一个楼宇换热装置3，楼宇换热装置3直接面对热用户单元5，因而楼宇换热装置3与热用户单元5之间距离较近，楼宇换热装置3至热用户单元5之间的用户管网4也不会存在严重的水力和热力不平衡问题，不会造成大量的热量损失。
此外，由于楼宇换热装置3直接面对热用户单元5，且楼宇换热装置能效高，因此一次管网2中可以实现小流量、大温差运行，可以大幅降低一次管网2和二次网的投资成本以及输送能耗，而用户管网4中能够实现大流量、小温差运行，改善了现有的集中供热系统中二次网水力和热力的不平衡较严重的技术问题。
此外，现有的集中供热系统需要利用覆盖范围较广的二次网为多个楼宇供热，因而现有的集中供热系统中的热力站中设置有多个大型设备以用于对热媒换热和泵送热媒，对于二次网的投资成本也较高。相较于现有的集中供热系统中的热力站投资、二次网的管网投资和二次网的耗能成本，在每个热用户单元5一侧设置一个楼宇换热装置3的投资和延长一次网的覆盖范围的投资仍旧会大为减少。
可以看出，本实施例提供的集中供热系统改善了现有技术中集中供热系统的二次网的水力和热力不平衡现象较严重的技术问题。
如图4-6所示，楼宇换热装置3包括换热件30、热泵机组31和变频水泵23，换热件30和热泵机组31分别与一次管网2和用户管网4连通，且换热件30和热泵机组31之间连通。如图4和图6所示，变频水泵23连通在一次管网2上，变频水泵23用于将从楼宇换热装置3中流出的热媒泵送至供热热源1中。
其中，经过供热热源1升温后的热媒可以在供热热源1中的水泵的作用下流经一次管网2后进入换热件30中。换热件30将热媒降温后可以将热媒泵送至用户管网4中，继而可以将热媒供给热用户单元5。
为热用户单元5供热后的热媒会降温，继而经过用户管网4流进热泵机组31中，流进热泵机组31中的降温后的热媒可以分为三部分流向不同的位置。其中一部分热媒可以在热泵机组31的作用下小幅升温并经过用户管网4供回换热件30中，另一部分热媒可以直接从热泵机组31中流出并通过用户管网4供给换热件30，其余部分热媒可以经过热泵机组31降温并流进一次管网2中，再由一次管网2上的变频水泵23泵送回供热热源1中。
其中，经过热泵机组31小幅升温的其中一部分热媒的温度值仍旧会小于一次管网2供给换热件30的热媒的温度值。热泵机组31直接供给换热件30的另一部分热媒可以与一次管网2供给换热件30的热媒换热，以使一次管网2供给换热件30的热媒降低温度，降温后的热媒会与经热泵机组31小幅升温后的其中一部分热媒汇合并再次降温，而此时的热媒温度值可以满足热用户单元5的供热需求。因此通过调节热泵机组31可以调节热媒的温度值，以使从换热件30中流出的热媒的温度值满足热用户单元5的供热需求。
热泵机组31直接供给换热件30的另一部分热媒与一次管网2供给换热件30的热媒换热后，会从换热件30的一侧流出并经过一次管网2流进热泵机组31中。上述换热后的另一部分热媒会与流进热泵机组31中的其余部分热媒混合并在热泵机组31的作用下共同降温流回一次管网2中。继而可以在一次管网2上连通的变频水泵23的作用下流回供热热源1中。
其中，变频水泵23能够用于调节一次管网2中的热水在回水时的压力，继而使一次管网2中的水力和热力保持平衡。
进一步的，热泵机组31可以包括一个电动热泵310或者多个电动热泵310，本实施例优选热泵机组31包括多个电动热泵310。
如图7所示，多个电动热泵310之间可以串联连通，串联连通的电动热泵310可以提升热泵机组31的能效，此时热媒在多个电动热泵310之间的流向如图8所示。
在实际应用中，多个电动热泵310之间还可以并联连通或者混联连通。包括多个电动热泵310的热泵机组31可以梯级改变热媒温度值，继而可以梯级降低回到一次管网2中的热媒温度值，使其低于热用户单元5的出口处热媒温度值，进而使一次管网2中的供回水温差加大，节省一次管网2的后期投资成本。
其中，当热泵机组31包括多个串联的电动热泵310时，每个电动热泵310包括一个热媒入口、热媒出口、用户入口和用户出口。如图7和图8所示，串联中位于首端的电动热泵310的热媒入口作为热泵机组31的热媒侧入口6，该电动热泵310的热媒出口以及其余电动热泵310的热媒入口和热媒出口依次连通，串联中位于尾端的电动热泵310的热媒出口作为热泵机组31的热媒侧出口7。如图7和图8所示，串联中位于首端的电动热泵310的用户出口作为热泵机组31的用户侧出口9，其余电动热泵310的用户入口均作为热泵机组31的用户侧入口8，其余电动热泵310的用户出口分别与位于首端的电动热泵310的用户入口连通。
如图4和图6所示，本实施例中的一次管网2可以包括多个出水管道20、多个第一管道21和多个回水管道22，换热件30和热泵机组31均包括热媒侧入口6和热媒侧出口7。任意一个换热件30的热媒侧入口6与供热热源1之间通过一个出水管道20连通。换热件30的热媒侧出口7和热泵机组31的热媒侧入口6通过一个第一管道21连通，任意一个热泵机组31的热媒侧出口7和供热热源1之间通过一个回水管道22连通。
进一步的，如图4和图6所示，用户管网4包括多个换热管道40、多个进水管道41、多个出口管道42、多个第二管道43、多个第三管道44和多个热泵管道45，换热件30和热泵机组31均包括用户侧入口8和用户侧出口9。任意一个换热件30的热媒侧入口6和换热件30的用户侧出口9之间通过一个换热管道40连通。任意一个换热件30的用户侧出口9与一个热用户单元5之间通过一个进水管道41连通。
热用户单元5与热泵机组31的用户侧入口8之间通过一个出口管道42连通，热泵机组31的用户侧入口8与热泵机组31的用户侧出口9之间连通，且热泵机组31的用户侧出口9与进水管道41的中部之间通过一个第二管道43连通。出口管道42的中部与换热件30的用户侧入口8之间通过一个第三管道44连通。热泵机组31的用户侧入口8与热泵机组31的热媒侧入口6之间通过一个热泵管道45连通。
楼宇换热装置3通过两种方式将一次管网2中的热水传递给用户管网4和热用户单元5，第一种是一次管网2和用户管网4之间间壁式换热，换热件30两侧工况隔开间供，热水通过出水管道20流经换热件30热媒侧入口6，再经由第一管道21流入热泵机组31热媒侧出口7，并经由变频水泵23升压输送至回水管道22。
第二种方式是一次管网2和用户管网4通过换热管道40和热泵管道45连通，两侧工况直连供应，热水通过出水管道20流经换热件30热媒侧入口6，经由换热管道40流入用户侧出口9至进水管道41，供应至热用户单元5后进入出口管道42再分为三路，第一路热水经由热泵管道45至热泵机组31的热媒侧入口6，被热泵机组31降温后从热媒侧出口流出，再经由变频水泵23升压输送至回水管道22。第二路热水从出口管道42进入热泵机组31的用户侧入口8，被热泵机组31升温后再从热泵机组31的用户侧出口流出，并经由第二管道43进入进水管道41中再流至热用户单元5。出口管道42中的第三路热水经由第三管道44进入换热件30的用户侧入口8，被换热件30升温至用户侧出口9和第二路热水汇流进入进水管道41，再流至热用户单元5处。
如图4-6所示，经过供热热源1升温后的热媒会在热媒装置中的水泵的作用下经过出水管道20流进换热件30的热媒侧入口6中，并经过换热件30中的换热管道40从换热件30的用户侧出口9流出。
设定一次管网2中的出水管道20的供水温度值为100℃，回水管道22的回水温度值为15℃，与热用户单元5连通的进水管道41的供水温度为60℃，出口管道42中的回水温度为45℃。
如图4和图5所示，100℃的热媒从换热件30的热媒侧入口6流入后，其在换热件30与换热件30的用户侧入口8处的热媒的换热作用下可以降温至50℃，继而从换热件30的热媒侧出口7流入第一管道21至热泵机组31的热媒侧入口6，热泵机组31进一步将50℃的热媒梯级降温至15℃并送至热泵机组31的热媒侧出口7，再在变频水泵23的作用下经过回水管道22回到供热热源1处，至此完成一次管网2侧的热媒循环。
如图4和图5所示，用户管网4中存有60℃热媒，该60℃的热媒可以经过进水管道41流至热用户单元5处，并为热用户单元5供热。供热后的热媒的温度能够降低至45℃，45℃的热媒会流进出口管道42中，并分为三路，其中一路45℃的热媒从出口管道42流向热泵机组31的用户侧入口8继而流进热泵机组31中，并被热泵机组31小幅升温至55℃，55℃的热媒继而会进入第二管道43中。
同时，如图4和图5所示，另一路45℃的热媒会从出口管道42流进第三管道44中，并流向换热件30的用户侧入口8继而流进换热件30中与100℃的热媒换热后升温至64℃，64℃的热媒可以从换热件30的用户侧出口9流进进水管道41中，并与第二管道43中的55℃的热媒混合升温至60℃，60℃的热媒再通过进水管道41流进热用户单元5处，以满足热用户单元5的用热需求。
此外，如图4和图5所示，最后一路45℃的热媒会从出口管道42流向热泵机组31的用户侧入口8，再流进热泵管道45中与50℃的热媒汇合。热泵机组31会将热泵管道45中的50℃的热媒一起降温至15℃。降温至15℃的热媒会在回水管道22上设置的水泵的作用下通过回水管道22流回供热热源1中。
可以看出，流向换热件30中的100℃的热媒经过楼宇换热装置3后可以达到15℃，二者之间的温差远大于现有的集中供热系统中的二次网中的5℃-20℃之间的供回水温差。本实施例提供的集中供热系统利用一次网代替二次网，可以使靠近热用户单元5处的供回水温差加大，继而可以节约集中供热系统的投资和运行能耗。
其中，如图6所示，用于与多个楼宇换热装置3连通的多个出水管道20可以在供热热源1的一侧汇合成一个总管道再与供热热源1连通。用于与多个热泵机组31连通的多个回水管道22可以在供热热源1的另一侧汇合成一个总管道再与供热热源1连通。
在实际应用中，换热件30可以为混水器或者间壁式换热器。当换热件30为间壁式换热器时，换热件30还可以为叉流换热器或逆流换热器。
其中，变频水泵23用于将从热用户单元5处流进楼宇换热装置3中，并从楼宇换热装置3中流出的热媒泵送回一次管网2的回水管道22中。热媒即为热水，如图9所示，横坐标P代表集中供热系统的各处位置，纵坐标F代表水压力值，Lg代表供水压力值，Lh代表回水压力值，P1代表现有的热力站所在位置，P2代表本实施例中楼宇换热装置3所在位置，P3代表热用户单元5所在位置。如图9所示，供水压力值逐渐减小，回水压力值逐渐增加，并在一次管网2的某一位置处出现交叉，交叉后的供水压力值小于回水压力值，为使回水压力值较大的热媒能够回到供热热源1中，可以在一次管网2上连通有变频水泵23。进一步的，本实施例优选在回水管道22上设置有变频水泵23。
其中，供热热源1和热用户单元5处均可以设置有水压传感器和流量传感器，水压传感器可以将其检测到的压力值信号输送给变频水泵23，和流量传感器可以将其检测到的流量信号输送给变频水泵23，变频水泵23可以接收上述压力值信号和流量值信号，并根据检测到压力值信号和流量值信号自动调节其自身的频率，以提高一次管网2的以及用户管网4的水力均匀度和热力平衡度。
本实施例中的集中供热系统的各关键节点处还可以设置温度、压力、流量、变频水泵23的功率、频率等多个监测点，其中关键节点如供热热源1、楼宇换热装置3的两侧和热用户单元5处。再根据上述监测点监测到的各种数值利用人工或者计算机控制楼宇换热装置3的供水温度值等参数，以满足热用户单元5的用热需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种集中供热系统，其特征在于，所述集中供热系统包括供热热源、一次管网、多个楼宇换热装置、多个用户管网和多个热用户单元；
所述供热热源与所述一次管网连通，所述一次管网分别与多个所述楼宇换热装置连通；
任意一个所述楼宇换热装置设置在一个所述热用户单元的热力入口处，所述楼宇换热装置与所述热用户单元之间通过一个所述用户管网连通。
2.根据权利要求1所述的集中供热系统，其特征在于，所述楼宇换热装置包括换热件、热泵机组和变频水泵；
所述换热件和所述热泵机组分别与所述一次管网和所述用户管网连通，且所述换热件和所述热泵机组之间连通；
所述变频水泵连通在所述一次管网上，所述变频水泵用于将从所述楼宇换热装置中流出的热媒泵送至所述供热热源中。
3.根据权利要求2所述的集中供热系统，其特征在于，所述热泵机组包括多个电动热泵，多个所述电动热泵之间串联连通。
4.根据权利要求2所述的集中供热系统，其特征在于，所述热泵机组包括多个电动热泵，多个所述电动热泵之间并联连通。
5.根据权利要求2所述的集中供热系统，其特征在于，所述热泵机组包括多个电动热泵，多个所述电动热泵之间混联连通。
6.根据权利要求2-5任一项所述的集中供热系统，其特征在于，所述一次管网包括多个出水管道、多个第一管道和多个回水管道；
所述换热件和所述热泵机组均包括热媒侧入口和热媒侧出口；任意一个所述换热件的热媒侧入口与所述供热热源之间通过一个所述出水管道连通；
所述换热件的热媒侧出口和所述热泵机组的热媒侧入口通过一个所述第一管道连通；任意一个所述热泵机组的热媒侧出口和所述供热热源之间通过一个所述回水管道连通。
7.根据权利要求6所述的集中供热系统，其特征在于，所述用户管网包括多个换热管道、多个进水管道、多个出口管道、多个第二管道、多个第三管道和多个热泵管道；
所述换热件和所述热泵机组均包括用户侧入口和用户侧出口；任意一个所述换热件的热媒侧入口和所述换热件的用户侧出口之间通过一个所述换热管道连通；
任意一个所述换热件的用户侧出口与一个热用户单元之间通过一个所述进水管道连通；
所述热用户单元与所述热泵机组的用户侧入口之间通过一个所述出口管道连通；所述热泵机组的用户侧入口与所述热泵机组的用户侧出口之间连通，且所述热泵机组的用户侧出口与所述进水管道的中部之间通过一个所述第二管道连通；
所述出口管道的中部与所述换热件的用户侧入口之间通过一个所述第三管道连通；
所述热泵机组的用户侧入口与所述热泵机组的热媒侧入口通过一个所述热泵管道连通。
8.根据权利要求2所述的集中供热系统，其特征在于，所述换热件为混水器。
9.根据权利要求2所述的集中供热系统，其特征在于，所述换热件为间壁式换热器。
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