CN111853912A - 多源互补耦合低温蓄热广义供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于新能源节能技术领域，提供了一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，包括蓄热水箱，蓄热水箱分别连接太阳能集热器和水源侧管路；高温热源换热器、水源测‑用户侧换热器、水源热泵的蒸发器和土壤源换热盘管连接水源侧管路；用户侧管路通过分水器和集水器连接用户，水源测‑用户侧换热器、水源热泵的冷凝器、空气源热泵的冷凝器连接用户侧管路。借此，本发明通过多源互补、协同供热，实现高比例可再生能源应用、可持续性发展的高效清洁供热，实现资源的最优匹配和利用。

Description

多源互补耦合低温蓄热广义供热系统
技术领域
本发明涉及新能源节能技术领域，尤其涉及一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统。
背景技术
冬季燃煤采暖是北方冬季雾霾、酸雨形成的重要原因，清洁高效的采暖技术是当前环境问题所迫切需求的研究方向。
利用太阳能、生物质、多源(空气源、地源、水源)热泵、工业及城市废水余热等可再生能源供热，具有节能高效、绿色环保的特点，是今后发展的方向。但是单一热源由于供热特性的不同，存在着不稳定、投资大、运行费用高的难题，同时受到当地条件的限制，单独使用难以满足不断增长的供暖需求。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其通过多源互补、协同供热，实现高比例可再生能源应用、可持续性发展的高效清洁供热，实现资源的最优匹配和利用。
为了实现上述目的，本发明提供一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，包括太阳能集热器、蓄热水箱、电辅助加热器、水源测-用户侧换热器、空气源热泵、水源热泵、高温热源换热器、生物质锅炉热源、土壤源换热盘管、分水器、集水器、水源侧管路和用户侧管路。
所述蓄热水箱分别连接所述太阳能集热器和水源侧管路。
所述高温热源换热器、水源测-用户侧换热器、水源热泵的蒸发器和土壤源换热盘管连接所述水源侧管路；所述高温热源换热器连接生物质锅炉热源。
所述用户侧管路通过所述分水器和集水器连接用户，所述水源测-用户侧换热器、水源热泵的冷凝器、空气源热泵的冷凝器连接所述用户侧管路。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述蓄热水箱为低温蓄热水箱。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述蓄热水箱还连接电辅助加热器。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述水源热泵的水源包括污水、地表水和土壤。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述空气源热泵、水源热泵的电力来源均包括风电、光电、波谷电。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述水源侧管路和用户侧管路在预设位置上均安设置有水泵和控制阀。
根据本发明的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，所述供热系统通过控制阀实现多种运行模式，包括空气源热泵、水源热泵的直接供热模式，谷电时段的蓄热模式，峰电时段的蓄热水箱直接供热模式及做为低位热源通过水源热泵的供热模式，还有非供暖季节太阳能热水器通过水箱和土壤源换热盘管向地源的补热模式。
本发明的目的在于提供一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，通过设置蓄热水箱，蓄热水箱分别连接太阳能集热器和水源侧管路；高温热源换热器、水源测-用户侧换热器、水源热泵的蒸发器和土壤源换热盘管连接水源侧管路；用户侧管路通过分水器和集水器连接用户，水源测-用户侧换热器、水源热泵的冷凝器、空气源热泵的冷凝器连接用户侧管路；上述系统将太阳能、多源热泵(空气源、地源、污水源等)、生物质能、传统清洁热源结合低温蓄热系统有机地融为一体，通过合理的连接方式和运行模式优化，发挥各热源设备的优势，弥补单一适用时的缺陷。综上所述，本发明的有益效果是：通过多源互补、协同供热，实现高比例可再生能源应用、可持续性发展的高效清洁供热，实现资源的最优匹配和利用。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
在图中：1-太阳能集热器；2-低温蓄热水箱；3-电辅助加热器；4-水源测-用户侧换热器；5-空气源热泵；6-水源热泵；7-高温热源换热器；8-生物质锅炉热源；9-土壤源换热盘管；10-分水器；11-集水器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提供了一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，包括太阳能集热器1、蓄热水箱2、电辅助加热器3、水源测-用户侧换热器4、空气源热泵5、水源热泵6、高温热源换热器7、生物质锅炉热源8、土壤源换热盘管9、分水器10、集水器11、若干个水泵、若干个控制阀和水源侧管路、用户侧管路。
当水源热泵蒸发器侧低温水来自土壤源换热盘管9时，此时水源热泵6和土壤源换热盘管9通常共同称为地源热泵。当水源热泵蒸发器侧低温水来自污水源时，此时水源热泵6和污水源换热器共同称为污水源热泵；水源热泵蒸发器侧低温水还可以来自地表水。
蓄热水箱2通过进回水管分别连接太阳能集热器1和水源侧管路；蓄热水箱2为低温蓄热水箱；蓄热水箱2还连接电辅助加热器3，当系统太阳能供热不足时，可以通过电辅助加热器3进行辅助加热。
高温热源换热器7、水源测-用户侧换热器4、水源热泵6的蒸发器和土壤源换热盘管9以并联方式连接上述水源侧管路；高温热源换热器7还连接生物质锅炉热源8。水源热泵6的水源包括污水、地表水和土壤等低位热源。生物质锅炉热源8还可以为其他高温热源。
用户侧管路通过分水器10和集水器11连接用户，水源测-用户侧换热器4、水源热泵6的冷凝器、空气源热泵5的冷凝器以并联方式连接在用户侧管路。空气源热泵5和水源热泵6的电力来源包括风电、光电、波谷电。
水源侧管路和用户侧管路在预设位置上均安设置有水泵和控制阀以控制系统中各设备的工作状态。
本发明的工作原理为：
广义供热系统全负荷供暖时，水泵P1、P2、P4、P5开启，控制阀V1、V2、V5、V6、V7、V8、V13、V14、V15、V16开启，V9、V10、V11、V12关闭，此时太阳能集热器1经过蓄热水箱2，通过水源测-用户侧换热器4向用户侧管路供热，联同空气源热泵5、水源热泵6通过用户侧管路向用户供热。热量不足时，开启水泵P3，控制阀V3、V4，开启生物质锅炉热源8补热。
广义供热系统谷电时段蓄热运行时，水泵P1、P2、P4、P5开启，控制阀V1、V2、V5、V6、V7、V8、V12、V13、V14、V15、V16开启，V9、V10、V11关闭，此时由于V12开启，用户侧管路形成闭路，空气源热泵5、水源热泵6通过水源测-用户侧换热器4向水源侧管路供热，通过水源侧管路循环将热量储存在蓄热水箱2中。
广义供热系统峰电时段供暖时，首先利用蓄热水箱2中的蓄热供暖，关停空气源热泵5和水源热泵6，水泵P1、P2、P4开启，控制阀V1、V2、V5、V6开启，其他控制阀关闭，此时蓄热水箱2内的热水通过水源测-用户侧换热器4向用户侧管路供热，当蓄热水箱2中热水的温度低至用户供热温度预设低值时，开启控制阀V9、V10，关闭控制阀V5，启动水源热泵6，此时蓄热水箱2内的低温水做为水源热泵6的低温热源，通过水源热泵6提升温度向用户侧管路供热。上述方式可以将蓄热水箱2内的水温降低到较低的水平，实现低温蓄热。由于蓄热具有较大的显热温差，可用需热量增加，克服了热泵(空气源热泵5和水源热泵6)蓄热温度较低，蓄热量不足的弱点。
广义供热系统在非供暖季节，在除太阳能集热器1之外的水源热泵6、空气源热泵5、生物质锅炉热源8等热源设备停止工作时，利用太阳能向土壤源换热盘管9供热，向地下土壤补热，弥补供暖季节从地下土壤的取热，克服地下温度场失衡的难题。
本发明通过控制阀实现多种运行模式，包括空气源热泵5、水源热泵6的直接供热模式，谷电时段的蓄热模式，峰电时段的蓄热水箱2直接供热模式及做为低位热源通过水源热泵6的供热模式，还有非供暖季节太阳能热水器通过水箱和土壤源换热盘管9向地源的补热模式。
由于太阳能的贡献，地源热泵可以间歇运行，有利于地下温度场的恢复，太阳能还可弥补热负荷大于冷负荷的地区地源热泵制热量的不足，以及地下温度场失衡等难题；而地源热泵的使用可以弥补太阳能受天气、季节、昼夜等条件影响导致的间歇性和不稳定性的缺点；空气源热泵5的使用可以降低地源热泵地下埋管的规模而减少投资和应对埋管面积不足的情况；生物质锅炉热源8作为辅助热源使用，可以使系统设计时不必考虑最恶劣的工况，减少投资并在实际运行中保证供热效果。采用蓄热水箱2，可以在夜间波谷电价时段，通过运行热泵(空气源热泵5和水源热泵6)进行蓄热，在波峰电价时段利用蓄热水箱2中的热量向建筑供暖，进一步降低了运行费用，同时有利于风电、光电等可再生电力的消纳。根据上述广义系统的结构和运行模式，能够因地制宜，根据当地建筑特点、气候状况、资源条件等进行热源选配和优化，实现高比例可再生能源协同清洁供暖。
本发明提出的一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，集合了单一太阳能集热器1和地源热泵、空气源热泵5、生物质炉等各自的优点，同时又一定程度上弥补了各种热源的缺陷，可根据负荷变化情况进行直接供热和作为低温热源的转变，通过热泵进行能级调整，同时加大了蓄热水箱2的温度变化范围，提升了蓄热容量。在同一系统中，利用太阳能在非供暖季节向地下土壤补热，克服了采用地源热泵供热地下温度场失衡的难题。本发明提出的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，具有广泛的适用性，可根据具体应用场景对热源设备进行取舍和优化，保证其良好的经济性和可持续性。
综上所述，本发明通过设置蓄热水箱，蓄热水箱分别连接太阳能集热器和水源侧管路；高温热源换热器、水源测-用户侧换热器、水源热泵的蒸发器和土壤源换热盘管连接水源侧管路；用户侧管路通过分水器和集水器连接用户，水源测-用户侧换热器、水源热泵的冷凝器、空气源热泵的冷凝器连接用户侧管路；上述系统将太阳能、多源热泵(空气源、地源、污水源等)、生物质能、传统清洁热源结合低温蓄热系统有机地融为一体，通过合理的连接方式和运行模式优化，发挥各热源设备的优势，弥补单一适用时的缺陷。综上所述，本发明的有益效果是：通过多源互补、协同供热，实现高比例可再生能源应用、可持续性发展的高效清洁供热，实现资源的最优匹配和利用。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，包括太阳能集热器、蓄热水箱、电辅助加热器、水源测-用户侧换热器、空气源热泵、水源热泵、高温热源换热器、生物质锅炉热源、土壤源换热盘管、分水器、集水器、水源侧管路和用户侧管路；
所述蓄热水箱分别连接所述太阳能集热器和水源侧管路；
所述高温热源换热器、水源测-用户侧换热器、水源热泵的蒸发器和土壤源换热盘管连接所述水源侧管路；所述高温热源换热器连接生物质锅炉热源；
所述用户侧管路通过所述分水器和集水器连接用户，所述水源测-用户侧换热器、水源热泵的冷凝器、空气源热泵的冷凝器连接所述用户侧管路。
2.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述蓄热水箱为低温蓄热水箱。
3.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述蓄热水箱还连接电辅助加热器。
4.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述水源热泵的水源包括污水、地表水和土壤。
5.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述空气源热泵、水源热泵的电力来源均包括风电、光电、波谷电。
6.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述水源侧管路和用户侧管路在预设位置上均安设置有水泵和控制阀。
7.根据权利要求1所述的多源互补耦合低温蓄热广义供热系统，其特征在于，所述供热系统通过控制阀实现多种运行模式，包括空气源热泵、水源热泵的直接供热模式，谷电时段的蓄热模式，峰电时段的蓄热水箱直接供热模式及做为低位热源通过水源热泵的供热模式，还有非供暖季节太阳能热水器通过水箱和土壤源换热盘管向地源的补热模式。
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