CN116007038A - 一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统，包括太阳能集热环路、熔融盐蓄放热环路、土壤源热泵环路、溶液‑水换热器、热网循环水供水管道和热网循环水回水管道；所述太阳能集热环路和熔融盐蓄放热环路通过管壳式换热器连接，所述熔融盐蓄放热环路和所述土壤源热泵环路通过发生器连接，所述熔盐‑水换热器连接在高温熔盐罐出口和低温熔盐罐入口之间，所述热网循环水供水管道分别与溶液‑水换热器的冷侧及土壤源热泵环路连接，所述热网循环水回水管道分别与溶液‑水换热器的冷侧及土壤源热泵环路连接。本发明利用高温熔融盐依次作为土壤源热泵的驱动热源与热网循环水的直接加热热源，实现能量梯级利用。
Description
技术领域
本发明属于清洁供热技术领域，具体涉及一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统。
背景技术
太阳能是一种资源丰富、无污染的可再生能源，随着近年来我国“双碳”政策和“煤改电”等清洁采暖要求迅速普及，供热行业内涌现出“太阳能+”清洁采暖利用模式，“太阳能+”清洁采暖模式主要以太阳能作为基础热源实现供热，为弥补太阳能资源仅在日间集中丰富、夜间无光照且整日波动性的缺点，配以储热设备用于平衡集中性强的光照与用户昼低夜高的热负荷之间的供需关系，使系统提供持续稳定输出的热源。使用“太阳能+”采暖方式可实现冬季采暖、四季热水，将采暖期时长扩大2个月以上，实现供热成本降低的同时提高用户舒适满意度。但此种太阳能应用方式尚存在一些技术限制，例如储热温度不足、储热设备占地面积大造价高、随负荷波动适应性差、供热能力与负荷需求特性相反等缺点，导致建设成本过高、供热效果不佳。
发明内容
为解决上述问题，本发明将吸收式土壤源热泵与熔盐-水换热器高效互补，建立一种负荷适应性强、太阳能利用率高、运行调节灵活的清洁供热系统，实现能量梯级利用，提高能源利用率与热泵COP，降低供热能耗、供热成本与污染物排放，促进节能减排，符合“双碳”政策。
本发明提供的太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统，包括太阳能集热环路、熔融盐蓄放热环路、土壤源热泵环路、溶液-水换热器7、热网循环水供水管道和热网循环水回水管道；所述太阳能集热环路和熔融盐蓄放热环路通过管壳式换热器4连接，所述熔融盐蓄放热环路和所述土壤源热泵环路通过发生器10连接，所述熔盐-水换热器7连接在高温熔盐罐5出口和低温熔盐罐8入口之间，所述热网循环水供水管道分别与溶液-水换热器7的冷测及土壤源热泵环路连接，所述热网循环水回水管道分别与溶液-水换热器7的冷侧及土壤源热泵环路连接。
进一步，所述土壤源热泵环路包括吸收式热泵和土壤低温热源管道，所述吸收式热泵和土壤低温热源管道通过蒸发器17连接。
进一步，所述热网循环水供水管道与吸收式热泵中的冷凝器15连接，所述热网循环水回水管道与吸收式热泵中的吸收器12连接。
进一步，所述土壤低温热源管道包括Y型过滤器18、土壤从地埋管19和闭式循环水泵20，土壤低温热源管道中的闭式循环水从蒸发器17流出并通过闭式循环水泵20进入土壤从地埋管19吸收土壤热量，然后经Y型过滤器18过滤后流入蒸发器17，蒸发器17将吸收的土壤热量用于吸收式热泵的加热。
作为一个整体的技术方案，本发明还提供上述土壤源热泵供热系统的供热方法，所述方法具体为：系统供热时，高温熔盐泵6将高温熔盐罐5中熔融盐抽出，依次流经吸收式热泵中的发生器9和熔盐-水换热器7，高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中热能，用于加热部分流量的热网循环水，发生器9出口熔融盐再进入熔盐-水换热器7中对另外部分流量的热网循环水进行直接加热，最后回到低温熔盐罐8中；热网循环水回水分两路，一路进入熔盐-水换热器7中被熔融盐加热升温，另一路依次经过吸收器12与冷凝器15被加热升温，两路汇合供至热网循环水回水管道给热用户。
进一步，所述高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中热能的方法为：发生器10中盛有溴化锂溶液，被高温熔融盐罐5中的高温熔融盐加热后产生的水蒸气在冷凝器15中冷凝，冷凝水经导管流入蒸发器17上方的2号膨胀阀16时会被降压，从而在较低温度下也可蒸发，为在蒸发器17里的蒸发吸热创造条件，使得蒸发器17蒸发吸收闭式循环水的热量，提取土壤中的热能。
本发明的有益效果为：
1.本发明利用高温熔融盐依次作为土壤源热泵的驱动热源与热网循环水的直接加热热源，充分合理利用高品位热能，实现能量梯级利用，降低熔盐循环流量与熔盐泵电耗，同时降低集热器进口问题，提高集热效率；
2.本发明可使波动性高的太阳能与逐时波动的用户热负荷之间的匹配关系达到有效平衡，使新能源供热系统的安全可靠性有显著提升；
3.本发明在采集太阳能供热的同时，又提取土壤中的热能，充分实现了对清洁的自然资源的采集和利用，且环保节能；
4.本发明对热网循环水回水采用二重加热模式，在熔盐-水换热器和吸收式热泵中分别对热网循环水回水进行加热，其中在熔盐-水换热器中的加热操作保证了对熔融盐热量的充分利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的供热系统结构图；
其中，1-槽式太阳能集热器；2-导热油泵；3-膨胀油罐；4-管壳式换热器；5-高温熔盐罐；6-高温熔盐泵；7-熔盐-水换热器；8-低温熔盐罐；9-低温熔盐泵；10-发生器；11-膨胀阀；12-吸收器；13-溶液热交换器；14-溶液泵；15-冷凝器；16-膨胀阀；17-蒸发器；18-Y型过滤器；19-土壤从地埋管；20-闭式循环水泵；21-热网循环水泵。
具体实施方式
下面将结合附图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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的目的在于提供一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统。该系统利用熔融盐热流密度大、换热性能好、占地面积小的特点，将熔融盐储热与太阳能集热耦合，利用熔融盐储热方式作为系统中用于平衡在时间上较为集中的太阳能集热量与平均分布的热负荷之间的供需关系，提高太阳能利用率；将高温熔融盐作为吸收式土壤源热泵的驱动热源，随后对热网循环水进行直接加热，对高温熔盐的蓄热量进行梯级利用，提高高低温罐间温差，降低熔融盐循环流量的同时降低集热器进口油温，提高集热效率与系统整体能源利用率；将土壤地埋管作为热泵的低温热源，提取浅层土壤中热量用于供热，充分利用清洁能源参与供热，以上系统实现降低供热成本与污染物排放，达到节能减排、提质增效的目的，有助于推进“双碳”目标实现。
如图1所示为本实施例提供的供热系统结构图。包括太阳能集热环路、熔融盐蓄放热环路、土壤源热泵环路、溶液-水换热器7、热网循环水供水管道和热网循环水回水管道。
所述太阳能集热环路包括槽式太阳能集热器1、导热油泵2和膨胀油罐3；所述熔融盐蓄放热环路包括管壳式换热器4、高温熔盐罐5、高温熔盐泵6、低温熔盐罐8和低温熔盐泵9；所述土壤源热泵环路包括吸收式热泵和土壤低温热源管道，所述吸收式热泵包括发生器10、1号膨胀阀11、吸收器12、溶液热交换器13、溶液泵14、冷凝器15、2号膨胀阀16和蒸发器17，所述土壤低温热源管道包括Y型过滤器18、土壤从地埋管19和闭式循环水泵20。
所述太阳能集热环路和熔融盐蓄放热环路通过管壳式换热器4连接，所述熔融盐蓄放热环路和所述土壤源热泵环路通过发生器10连接，所述熔盐-水换热器7连接在高温熔盐罐5出口和低温熔盐罐8入口之间，所述热网循环水供水管道分别与溶液-水换热器7的冷侧及土壤源热泵环路连接，所述热网循环水回水管道分别与溶液-水换热器7的冷侧及土壤源热泵环路连接；所述吸收式热泵和土壤低温热源管道通过蒸发器17连接；所述热网循环水供水管道与吸收式热泵中的冷凝器15连接，所述热网循环水回水管道与吸收式热泵中的吸收器12连接。
在系统进行供热时，熔融盐蓄放热环路将热源与供热侧分割开来，运行方式相对独立。太阳能集热环路利用太阳能直接加热环路中导热油，通过管壳式换热器4将热量输送给熔融盐蓄放热环路，蓄放热环路作为热源与供热侧的中间调节机构，用于平衡集热量与热负荷二者在时间上难以匹配的供需关系，将出现时段较为集中的太阳能集热量储存至高温熔盐罐5中，根据用户实时热负荷将储热量放出用于驱动吸收式热泵和直接加热热网水，其中为了降低熔融盐流量、提高能源利用效率，对高温熔融盐中蕴含的热量进行梯级利用，使其依次驱动吸收式热泵、经熔盐-水换热器7加热热网循环水之后送回低温熔盐罐8。热网循环水回水分为两路，分别经熔盐-水换热器7直接加热和吸收式热泵加热后对用户供热。吸收式热泵提取土壤中低品位余热参与供热，利用可再生能源供热，缩小热泵高低温热源间温差，提高热泵制热性能系数。
本发明将光热与熔融盐储热高效耦合，同时将吸收式土壤源热泵与熔盐-水换热器高效互补，建立一种负荷适应性强、太阳能利用率高、运行调节灵活的清洁供热系统，实现能量梯级利用，提高能源利用率与热泵COP，降低供热能耗、供热成本与污染物排放，促进节能减排，符合“双碳”政策。
为了达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统运行方式，具体如下：
日间光照充足时，导热油泵2将导热油送入槽式太阳能集热器1，槽式太阳能集热器1利用太阳能加热环路中导热油，导热油通过管壳式换热器4将低温熔盐加热至高温状态，低温熔盐罐8中熔融盐通过低温熔盐泵9输送至管壳式换热器4中升温，而后储存至高温熔盐罐5中。
系统供热时，高温熔盐泵6将高温熔盐罐5中熔融盐抽出，依次流经吸收式热泵中的发生器10和熔盐-水换热器7，高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中低品位热能，用于加热部分流量的热网循环水，发生器10出口熔融盐再进入熔盐-水换热器7中对另外部分流量的热网循环水进行直接加热，最后回到低温熔盐罐8中。
高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中热能的方法为：发生器10中盛有溴化锂溶液，被高温熔融盐罐5中的高温熔融盐加热后产生的水蒸气在冷凝器15中冷凝，冷凝水经导管流入蒸发器17上方的2号膨胀阀16时会被降压，从而在较低温度下也可蒸发，为在蒸发器17里的蒸发吸热创造条件，使得蒸发器17蒸发吸收闭式循环水的热量，提取土壤中的热能。
热网循环水回水分两路，一路进入熔盐-水换热器7中被熔融盐加热升温，另一路依次经过吸收式热泵中的吸收器12与冷凝器15被加热升温，两路汇合供至热用户。
热网循环水回水经过吸收式热泵中的吸收器12与冷凝器15被加热升温的具体过程为：发生器10中装有溴化锂稀溶液，被高温熔盐罐中的高温熔融盐加热后分解为高温高压的水蒸气和溴化锂浓溶液，所述溴化锂侬浓溶液经1号膨胀阀11后流入吸收器12，吸收器12中的溴化锂浓溶液与蒸发器17中的水蒸气结合放热，对热网循环水回水进行第一次加热；所述高温高压的水蒸气在冷凝器15内冷凝放热，对热网循环水回水进行第二次加热，热网循环水回水依次流经吸收器12和冷凝器15后进入热网循环水供水管道。
作为吸收式热泵低温热源的土壤从地埋管19，与吸收式热泵中的蒸发器17构成闭式循环水环路，闭式循环水经闭式循环水泵20送入土壤从地埋管19中吸收土壤热量，然后经Y型过滤器18过滤后送入蒸发器17中被吸收式热泵提取其中的低品位热能。
Claims (6)
1.一种太阳能耦合熔融盐储热驱动的土壤源热泵供热系统，包括太阳能集热环路和熔融盐蓄放热环路，其特征在于，所述供热系统还包括土壤源热泵环路、溶液-水换热器(7)、热网循环水供水管道和热网循环水回水管道；所述太阳能集热环路和熔融盐蓄放热环路通过管壳式换热器(4)连接，所述熔融盐蓄放热环路和所述土壤源热泵环路通过发生器(10)连接，所述熔盐-水换热器(7)连接在高温熔盐罐(5)出口和低温熔盐罐(8)入口之间，所述热网循环水供水管道分别与溶液-水换热器(7)的冷侧及土壤源热泵环路连接，所述热网循环水回水管道分别与溶液-水换热器(7)的冷侧及土壤源热泵环路连接。
2.根据权利要求1所述的土壤源热泵供热系统，其特征在于，所述土壤源热泵环路包括吸收式热泵和土壤低温热源管道，所述吸收式热泵和土壤低温热源管道通过蒸发器(17)连接。
3.根据权利要求2所述的土壤源热泵供热系统，其特征在于，所述热网循环水供水管道与吸收式热泵中的冷凝器(15)连接，所述热网循环水回水管道与吸收式热泵中的吸收器(12)连接。
4.根据权利要求3所述的土壤源热泵供热系统，其特征在于，所述土壤低温热源管道包括Y型过滤器(18)、土壤从地埋管(19)和闭式循环水泵(20)，土壤低温热源管道中的闭式循环水从蒸发器(17)流出并通过闭式循环水泵(20)进入土壤从地埋管(19)吸收土壤热量，然后经Y型过滤器(18)过滤后流入蒸发器(17)，蒸发器(17)将吸收的土壤热量用于吸收式热泵的加热。
5.一种如权利要求1-4任一项所述土壤源热泵供热系统的供热方法，其特征在于，所述方法具体为：系统供热时，高温熔盐泵(6)将高温熔盐罐(5)中熔融盐抽出，依次流经吸收式热泵中的发生器(9)和熔盐-水换热器(7)，高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中热能，用于加热部分流量的热网循环水，发生器(9)出口熔融盐再进入熔盐-水换热器(7)中对另外部分流量的热网循环水进行直接加热，最后回到低温熔盐罐(8)中；热网循环水回水分两路，一路进入熔盐-水换热器(7)中被熔融盐加热升温，另一路依次经过吸收器(12)与冷凝器(15)被加热升温，两路汇合供至热网循环水回水管道给热用户。
6.根据权利要求5所述的供热方法，其特征在于，所述高温熔融盐驱动吸收式热泵，提取土壤中热能的方法为：发生器(10)中盛有溴化锂溶液，被高温熔融盐罐(5)中的高温熔融盐加热后产生的水蒸气在冷凝器(15)中冷凝，冷凝水经导管流入蒸发器(17)上方的2号膨胀阀(16)时会被降压，从而在较低温度下也可蒸发，为在蒸发器(17)里的蒸发吸热创造条件，使得蒸发器(17)蒸发吸收闭式循环水的热量，提取土壤中的热能。
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