CN112923424B - 节能综合供热系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及供暖设备技术领域，具体公开了节能综合供热系统，包括热用户单元、锅炉加热单元、水源热泵加热单元、空气能热泵加热单元、热回收循环单元、回水箱、供水箱，热回收循环单元通过引烟管与锅炉的排烟管连接，供水箱通过锅炉供水管、水源热泵供水管、空气能热泵供水管分别与锅炉加热单元、水源热泵加热单元、空气能热泵加热单元连接，热回收循环单元通过热回收供水管与空气能热泵供水管连接，热回收循环单元通过热回收回水管与空气能热泵回水管连接。本专利的目的在于解决现有技术集中供暖设备单一、采暖热能利用较低、热能浪费较多的问题。

Description

节能综合供热系统

技术领域

本发明涉及供暖设备技术领域，特别涉及节能综合供热系统。

背景技术

随着社会快速发展，越来越的城镇家庭安装了供暖设备，大部分北方城市和小区采用集中供暖，现有的供暖设备包括空调、空气能热泵、水源热泵和锅炉等，空调适用于单个家庭采暖，空气能热泵、水源热泵和锅炉主要适用于大面积集中采暖；而在集中供暖时往往只采用空气能热泵、水源热泵和锅炉中的一种，当采用多种采暖设备供暖时各个采暖设备之间的热能利用不充分、热回收效果不好，造成了能源的浪费。

发明内容

针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供节能综合供热系统，解决现有技术集中供暖设备单一、采暖热能利用较低、热能浪费较多的问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种节能综合供热系统，包括热用户单元、锅炉加热单元、水源热泵加热单元、空气能热泵加热单元、热回收循环单元、水箱，水箱包括供水箱和回水箱，热回收循环单元通过引烟管与锅炉的排烟管连接，热用户单元通过供水管、回水管与锅炉加热单元连接形成第一供热回路，供水管通过供水箱支管与供水箱连接，回水管通过回水箱支管与回水箱连接，供水箱支管通过设有第六阀门的第一升温管与回水管连接；水源热泵加热单元通过第一进水管、第一出水管分别与回水箱、供水箱连接形成第二供热回路；空气能热泵加热单元通过第二进水管、第二出水管分别与回水箱、供水箱连接，热回收循环单元通过热回收入水支管、热回收出水支管分别与第二进水管、第二出水管连接；第二出水管通过设有第五阀门的第二升温管与热回收入水支管连接；

热回收入水支管设有第一阀门，热回收出水支管设有第二阀门，第二出水管设有第三阀门，第二进水管上设有第四阀门；供水箱支管设有第七阀门，供水管设有第八阀门，回水管设有第九阀门；第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门打开，第五阀门关闭形成第三供热回路；第一阀门、第三阀门关闭，第二阀门、第四阀门和第五阀门打开形成第四供热回路；第七阀门、第九阀门关闭，第六阀门、第八阀门打开形成第五供热回路。

本方案产生的有益效果是：1.热回收循环单元回收锅炉排出高温烟气的热量为热用户进行供热，避免高温烟气直接排放而造成能源浪费，提高能源利用效率，节省能源。2.当供暖温度要求不高时，主要通过第一供热回路、第二供热回路、第三供热回路进行综合供热，空气能热泵和水源热泵加热能效高于锅炉，通过综合供热提升供热系统整体效率，降低供热能耗；3.当空气能热泵加热单元产热水温度不满足要求时，可通过第四供热回路、第五供热回路进行供热，使得空气能热泵和水源热泵无需输出较高水温处于最佳热效率工作状态，提高整体供热效率，有效节省电能。

进一步，还包括冷用户单元，所述水源热泵加热单元包括蒸发器、冷凝器，冷凝器的非介质入口和第一进水管连通，冷凝器的非介质出口和第一出水连通，蒸发器的非介质出口通过冷用户的进水管与冷用户单元进水口连接、蒸发器的非介质入口通过设有第二循环水泵的冷用户出水管与冷用户单元的出水口连接。通过蒸发器、冷用户进水管和冷用户出水管对冷用户进行制冷，如保鲜冷库、机房等，实现能源综合利用，提升能源利用效率。

进一步，还包括控制器，所述热用户供水管上设有供水电动阀，供水电动阀与控制器电连接，所述热用户供水管上设有供水热量表。通过供水热量表检测热用户用热量，通过控制器控制供水电动阀开关，热用户可通过控制器设定供热时间段，可为热用户降低供暖成本。

进一步，水箱设有除水垢装置，除水垢装置包括空心旋转筒、驱动电机、第一刮板和清除剂箱，驱动电机固定在箱体底部，旋转筒底部与驱动电机输出轴连接，旋转筒上端开口且开口处上表面与水箱体顶板内壁转动连接,旋转筒上端筒壁设有第一电动阀,清除剂箱设置在水箱上方并且与水箱顶板外壁通过螺栓固定连接，清除剂箱通过螺纹连接有清除剂管，清除剂管远离清除剂箱的一端延伸至水箱旋转筒的空腔内,清除剂管内设有第二电动阀，水箱顶板内壁通过螺栓固定连接有滑杆且滑杆位于旋转筒的空腔内；滑杆下端花键连接有环形活塞，活塞侧壁固定连接有滑块，旋转筒内壁设有内凸轮曲线凹槽，活塞的滑块嵌入曲线凹槽中，使得活塞在滑块与曲线凹槽的配合下可沿着滑杆上下往复运动，旋转筒底部设有带有出水电动阀的第一出水口，活塞内设有仅供水流从活塞上方流入活塞下方的单向阀；第一刮板上表面滑动连接有第二刮板，第二刮板通过第一弹簧与旋转筒外侧壁连接，水箱底部设有第二出水口和排水口，第二出水口与供热系统通过管道连接。

通过旋转筒和刮板的配合，刮板在旋转时可以起到刮除水箱内壁水垢以及使得清除剂与箱体内水混合均匀的作用；在水箱内设置除水垢装置可方便快速高效去除水箱内水垢，解决了现有技术储水箱去除水垢操作不便、使用麻烦的问题，避免长期使用箱内水垢堆积而造成排水不畅，从而影响使用。

进一步，旋转筒内还设有排水结构，排水结构包括设置在旋转筒侧壁的排水孔，排水孔内设有梯形堵块且堵块内有水腔，堵块采用弹性橡胶制成，水腔开口朝向旋转筒轴心，滑杆上还转动连接有圆环，圆环上下两端通过螺栓固定连接有限位环，使得圆环位于滑杆固定位置，堵块通过第二弹簧与圆环外壁连接。

进一步，第一刮板上表面滑动连接有第二刮板，第二刮板通过第一弹簧与旋转筒外侧壁连接，第二刮板为U形，将第二设置为U形，可以方便地对第一刮板两面进行刮除。

进一步，热回收循环单元包括高温排烟回收利用模块、中温热回收利用模块、低温回收利用模块；空气能热泵进风口设有混风室，高温排烟回收利用模块对锅炉产生的高温烟气进行热能回收对热用户供热，所述中温热回收利用模块用于对经过高温排烟回收利用系统后的高温烟气进行二次热能回收，中温热回收利用模块对低温热回收利用模块的循环水进行升温，经过中温热回收模块降温后的烟气进入热泵混风室内，低温热回收利用模块对进入锅炉的自然风进行升温。

通过高温排烟回收利用单元将回收的热能用于对热用户供热，实现无动力、零耗能达到热能回收直接利用的效果，提高锅炉供热效率，降低热能损耗；烟气经过中温热回收利用单元二次热能回收后进入热泵混风室内与自然风混合提高空气能热泵的进风温度，降低空气能热泵的结霜机率，提升空气能热泵的制热效率。通过中温热回收利用单元回收和低温热回收单元配合为锅炉提高进风温度，有效提高锅炉制热效率，降低燃气用量、提升锅炉制热效率。

附图说明

图1为本发明综合供热系统实施例示意图。

图2为本发明水箱示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6、第七阀门7、第八阀门8、第九阀门9、第十阀门10、回水箱11、供水箱12、热用户13、水源热泵14、空气能热泵15、锅炉16、锅炉换热器17、排烟管18、引烟管19、混风室20、高温排烟回收利用模块21、中温热回收利用模块22、低温热回收利用模块23、冷用户单元24、供水电动阀25、供水热量表26、温度传感器27、箱体28、旋转筒29、驱动电机30、第一刮板31、第二刮板32、清除剂箱33、清除剂管34、滑杆35、第一出水口36、第二出水口37、排水口38、活塞39、滑块40、曲线凹槽41、堵块42、水腔43、圆环44、限位环45。

实施例1基本如附图1所示：一种节能综合供热系统，包括热用户13单元、锅炉16加热单元、水源热泵14加热单元、空气能热泵15加热单元、热回收循环单元、水箱，水箱包括供水箱12和回水箱11，热回收循环单元通过引烟管19与锅炉16的排烟管18连接，热用户13单元通过供水管、回水管与锅炉16加热单元连接形成第一供热回路，供水管可拆卸连接有供水箱支管，供水箱支管一端与供水箱的出水口连接，回水管还可拆卸连接有回水箱支管，回水箱支管一端与回水箱的进水口连接；水源热泵14加热单元通过第一进水管、第一出水管分别与回水箱11、供水箱12以及热用户连接形成第二供热回路；空气能热泵15加热单元通过第二进水管、第二出水管分别与回水箱11、供水箱12连接，热回收循环单元通过热回收入水支管、热回收出水支管分别与第二进水管、第二出水管连接；第二出水管通过第二升温管与热回收入水支管连接；

热回收入水支管设有第一阀门1，且第一阀门1设置在热回收入水支管与第二升温管连接处、第二进水管连接处之间，热回收出水支管设有第二阀门2，第二出水管设有第三阀门3，且第三阀门3设置在第二出水管与第二升温管连接处、热回收出水支管连接处之间，第二进水管上设有第四阀门4，第二升温管设有第五阀门5，第一升温管设有第六阀门6；供水箱12支管设有第七阀门7，供水管设有第八阀门8，回水管设有第九阀门9，回水箱11支管设有第十阀门10；第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4打开，第五阀门5关闭，此时空气能热泵15加热单元与热回收循环单元并联形成第三供热回路；第一阀门1、第三阀门3关闭，第二阀门2、第四阀门4和第五阀门5打开，此时空气能热泵15加热单元与热回收循环单元串联形成第四供热回路；第七阀门7、第九阀门9关闭，第六阀门6、第八阀门8打开形成第五供热回路。

锅炉加热单元包括锅炉16和锅炉换热器17，锅炉换热器17的出水口与锅炉16供水管可拆卸连接。锅炉换热器17的入水口和锅炉16回水管可拆卸连接。

由于热泵具有加热温度越高热效率越低的特性，为保证热泵热效率以节省电能，一般冬季供暖时热泵产出热水温度为55°，当外部环境温度较低，为保证供暖温度需要对热用户13输送55°以上高温水时，可通过多单元同时供热以达到送温需求。

当供暖温度要求较低时，主要通过第二供热回路和第三供热回路进行综合供热，热用户13回水管内水一部分流入锅炉16加热单元进行升温后经过供水管回流入热用户13进行供热，即通过第一供热回路进行供热；回水管内另一部分水通过回水箱11支管流入回水箱11中，回水箱11中一部份水经过第一进水管流入水源热泵14进行加热，加热后温水经过第一出水管流入供水箱12内，然后经过供水箱12支管流入供水管，经供水管流入热用户13进行供热，即通过第二供热回路进行供热；回水箱11中另一部分别通过第二进水管、热回收支管分别流入空气能热泵15加热单元、热回收循环单单元进行加热，加热升温后的水通过热回收出水支管和第二出水管流入供水箱12中，供水箱12中水经供水箱12支管流入供水管，经供水管流入热用户13进行供热，即通过第三供热回路进行供热。

当供暖温度要求较高时，主要通过第一供热回路、第四供热回路和第五供热回路进行供热，回水箱内低温水经过第二进水管进入空气能热泵加热单元进行加热，加热后温水经过第二出水管、第二升温管进入热回收单元进行加热二次升温，然后经过热回收出水支管、第二出水管流入供水箱中，然后经过供水箱12支管流入供水管，经供水管流入热用户13进行供热，即通过第四供热回路进行供热；当第四供热回路仍然不满足要求时，供水箱内温水经过供水箱支管、第一升温管进入锅炉加热单元进行三次加热升温，然后经过供水管进入热用户进行供热，即通过第五供热回路进行供热。

还包括冷用户单元24和控制器，水源热泵14加热单元包括蒸发器、冷凝器，冷凝器的非介质入口和第一回水管连通，冷凝器的非介质出口和第一出水管连通，蒸发器的非介质出口通过冷用户的进水管与冷用户单元24的进水口连接、蒸发器的非介质入口通过设有第二循环水泵的冷用户出水管与冷用户单元24的出水口连接。当水源热泵14通过冷凝器对外进行供热时，也可通过蒸发器、冷用户的进水管和冷用户的出水管对冷用户进行制冷，如保鲜冷库、机房等，实现能源综合利用，提升能源利用效率。

热用户供水管上设有供水电动阀25，供水电动阀25与控制器电连接，热用户供水管上设有供水热量表26。通过供水热量表26检测热用户13用热量，通过控制器控制供水电动阀25开关，热用户13可通过控制器设定供热时间段，可为热用户13降低供暖成本，通过供水热量表26可方便的进行供暖核算。

热回收循环单元包括高温排烟回收利用模块21、中温热回收利用模块22、低温回收利用模块23；空气能热泵15进风口设有混风室20，高温排烟回收利用模块21对锅炉16产生的高温烟气进行热能回收对热用户13供热，所述中温热回收利用模块22用于对经过高温排烟回收利用系统后的高温烟气进行二次热能回收与低温热回收模块23进行换热，经过中温热回收模块降温后的烟气进入热泵混风室20内，中温热回收利用模块22对低温热回收利用模块的循环水进行升温，低温热回收利用模块对进入锅炉16的自然风进行升温以提高锅炉内燃料的燃烧效率。

通过高温排烟回收利用模块将回收的热能用于对热用户13供热，实现热能回收的高效利用，提高了锅炉供热效率，降低热能损耗；烟气经过中温热回收利用单元二次热能回收后进入热泵混风室20内与自然风混合提高空气能热泵15的进风温度，降低空气能热泵15的结霜机率，提升空气能热泵15的制热效率。通过中温热回收利用单元回收和低温热回收单元配合为锅炉16提高进风温度，有效提高锅炉16制热效率，降低燃气用量、提升锅炉16制热效率。

实施例2如图2所示，与实施例1相同部分不再赘述，上述水箱设有除水垢装置，除水垢装置包括空心旋转筒29、驱动电机30、第一刮板31和清除剂箱33，驱动电机30固定在箱体28底部，旋转筒29底部与驱动电机30输出轴固定连接，旋转筒29上端开口且开口处上表面与水箱体28顶板内壁转动连接，旋转筒上端筒壁设有第一电动阀；清除剂箱33设置在水箱上方并且与水箱顶板外壁通过螺栓固定连接，清除剂箱33通过螺纹连接有清除剂管34，清除剂管34远离清除剂箱33的一端延伸至水箱旋转筒的空腔内，清除剂管内设有第二电动阀；

水箱顶板内壁通过螺栓固定连接有滑杆35且滑杆35位于旋转筒29的空腔内，滑杆35下端花键连接有环形活塞39，活塞39侧壁固定连接有滑块40，旋转筒29内壁设有内凸轮曲线凹槽41，活塞39的滑块40嵌入曲线凹槽41中，使得活塞39在滑块40与曲线凹槽41的配合下可沿着滑杆35上下往复运动，旋转筒29底部设有第一出水口36，第一出水口36内设有出水电动阀，活塞39内设有仅供水流从活塞39上方流入活塞39下方的单向阀；第一刮板31通过螺栓固定连接在旋转筒29外侧壁上，第一刮板31上表面滑动连接有U形第二刮板32，第二刮板32通过第一弹簧与旋转筒29外侧壁连接，水箱底部设有第二出水口37和排水口38，第二出水口与供热系统通过管道连接。

当需要去除水箱水垢时，关闭出水电动阀，打开第一电动阀和第二电动阀，清除剂箱33内的水垢清除剂通过清除剂管34流入旋转筒29内，清除剂加入时旋转筒内气体经过第二电动阀排出，待清出剂充满旋转筒内后，关闭第一电动阀打开出水电动阀，启动驱动电机30使得旋转筒29旋转，当旋转筒29旋转时带动第一刮板31旋转，第一刮板31对箱体28内壁及箱体28底部的水垢进行刮除，避免使用时间较长后刮板附着水垢过多而影响刮除效果；在离心力作用下第二刮板32向远离旋转筒29方向运动，对刮板上附着的少量水垢进行刮除；由于活塞39与滑杆35花键连接，使得活塞39不随着旋转筒29转动而转动，因滑块40嵌入旋转筒29曲线滑槽内，当旋转筒29转动时滑块40沿着曲线滑槽上下往复运动，从而活塞39沿着滑杆35上下往复运动；当活塞39向上运动时，活塞39挤压空腔内的清洁剂，由于空间变小压强增大，空腔内的清除剂通过活塞39上的单向阀流入活塞39与第一出水口之间的空间内，活塞39向下运动时挤压活塞39与第一出水口之间的空间，最后清除剂经过第一出水口流入水箱内，刮板转动时起到搅拌作用，使得清除剂与水混合均匀，使得刮板更好地刮除水箱内壁的水垢。

旋转筒29内还设有排水结构，排水结构包括设置在旋转筒29侧壁的排水孔，排水孔内设有梯形堵块42且堵块42内有水腔43，堵块42采用弹性橡胶制成，水腔43开口朝向旋转筒29轴心，滑杆35上还转动连接有圆环44，圆环44上下两端通过螺栓固定连接有限位环45，使得圆环44位于滑杆35固定位置，堵块42通过第二弹簧与圆环44外壁连接。

当需要去除水箱水垢时，关闭出水电动阀，清除剂箱33内的水垢清除剂通过清除剂管34流入旋转筒29内，待清出剂水位线位于第一电动阀下方时，打开出水电动阀，启动驱动电机30使得旋转筒29旋转，当旋转筒29转动时，活塞39沿着曲线凹槽41上下往复运动，当活塞39向下运动时抽取活塞39与旋转筒29顶部之间的清除剂液体，清除剂液体通过第一出水口排出；当旋转筒内液体水平面低于堵块时，随着活塞不断往复运动，将堵块水腔43内液体抽出，使得水腔43体积缩小，从而缩小堵块42体积使得堵块42在离心力作用下被甩出旋转筒29外部；令排水孔打开从而旋转筒29内部清除剂可以通过排水孔甩出，使得清除剂可从上端和下端与水箱内水均匀混合。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种节能综合供热系统，其特征在于：包括热用户单元、锅炉加热单元、水源热泵加热单元、空气能热泵加热单元、热回收循环单元、水箱，水箱包括供水箱和回水箱，热回收循环单元通过引烟管与锅炉的排烟管连接，热用户单元通过供水管、回水管与锅炉加热单元连接形成第一供热回路，供水管通过供水箱支管与供水箱连接，回水管通过回水箱支管与回水箱连接，供水箱支管通过设有第六阀门的第一升温管与回水管连接；水源热泵加热单元通过第一进水管、第一出水管分别与回水箱、供水箱连接形成第二供热回路；空气能热泵加热单元通过第二进水管、第二出水管分别与回水箱、供水箱连接，热回收循环单元通过热回收入水支管、热回收出水支管分别与第二进水管、第二出水管连接；第二出水管通过设有第五阀门的第二升温管与热回收入水支管连接；

热回收入水支管设有第一阀门，热回收出水支管设有第二阀门，第二出水管设有第三阀门，第二进水管上设有第四阀门；供水箱支管设有第七阀门，供水管设有第八阀门，回水管设有第九阀门；第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门打开，第五阀门关闭形成第三供热回路；第一阀门、第三阀门关闭，第二阀门、第四阀门和第五阀门打开形成第四供热回路；第七阀门、第九阀门关闭，第六阀门、第八阀门打开形成第五供热回路；还包括冷用户单元，所述水源热泵加热单元包括蒸发器、冷凝器，冷凝器的非介质入口和第一进水管连通，冷凝器的非介质出口和第一出水连通，蒸发器的非介质出口通过冷用户的进水管与冷用户单元进水口连接、蒸发器的非介质入口通过设有第二循环水泵的冷用户出水管与冷用户单元的出水口连接。

2.根据权利要求1所述的节能综合供热系统，其特征在于：还包括控制器，所述热用户供水管上设有供水电动阀，供水电动阀与控制器电连接，所述热用户供水管上设有供水热量表。

3.根据权利要求1所述的节能综合供热系统，其特征在于：所述水箱设有除水垢装置，除水垢装置包括空心旋转筒、驱动电机、第一刮板和清除剂箱，驱动电机固定在箱体底部，旋转筒底部与驱动电机输出轴连接，旋转筒上端开口且开口处上表面与水箱体顶板内壁转动连接，旋转筒上端筒壁设有第一电动阀,清除剂箱设置在水箱上方并且与水箱顶板外壁通过螺栓固定连接，清除剂箱通过螺纹连接有清除剂管，清除剂管远离清除剂箱的一端延伸至水箱旋转筒的空腔内, 清除剂管内设有第二电动阀，水箱顶板内壁通过螺栓固定连接有滑杆且滑杆位于旋转筒的空腔内；滑杆下端花键连接有环形活塞，活塞侧壁固定连接有滑块，旋转筒内壁设有内凸轮曲线凹槽，活塞的滑块嵌入曲线凹槽中，使得活塞在滑块与曲线凹槽的配合下可沿着滑杆上下往复运动，旋转筒底部设有带有出水电动阀第一出水口，活塞内设有仅供水流从活塞上方流入活塞下方的单向阀；水箱底部设有第二出水口和排水口，出水口与供热系统通过管道连接。

4.根据权利要求3所述的节能综合供热系统，其特征在于：所述旋转筒内还设有排水结构，排水结构包括设置在旋转筒侧壁的排水孔，排水孔内设有梯形堵块且堵块内有水腔，堵块采用弹性橡胶制成，水腔开口朝向旋转筒轴心，滑杆上还转动连接有圆环，圆环上下两端通过螺栓固定连接有限位环，使得圆环位于滑杆固定位置，堵块通过第二弹簧与圆环外壁连接。

5.根据权利要求3所述的节能综合供热系统，其特征在于：所述第一刮板上表面滑动连接有第二刮板，第二刮板通过第一弹簧与旋转筒外侧壁连接，第二刮板为U形。

6.根据权利要求3所述的节能综合供热系统，其特征在于：所述热回收循环单元包括高温排烟回收利用模块、中温热回收利用模块、低温回收利用模块；空气能热泵进风口设有混风室，高温排烟回收利用模块对锅炉产生的高温烟气进行热能回收对热用户供热，所述中温热回收利用模块用于对经过高温排烟回收利用系统后的高温烟气进行二次热能回收，中温热回收利用模块对低温热回收利用模块的循环水进行升温，经过中温热回收模块降温后的烟气进入热泵混风室内，低温热回收利用模块对进入锅炉的自然风进行升温。

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