CN201110594Y - 高原专用耦合式节能采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高原专用耦合式节能采暖系统，包括由常压导热油供热锅炉、用户终端、一号泵、热泵、埋入地下恒温层的地热盘管、二号泵、辅助电加热器、蓄热水箱以及太阳能集热器构成的综合采暖系统。本实用新型综合利用了太阳能集热器、热泵、地热盘管、辅助电加热器以及常压导热油供热锅炉，充分保证了系统可以安全环保、稳定高效、低能耗地运行，并可以充分将供暖水温度提高到95摄氏度以上。

Description

高原专用耦合式节能采暖系统

技术领域

本实用新型是关于一种采暖系统，特别是关于一种高原地区专用的节能采暖系统。

背景技术

在高原高寒地区，比如中国的滇西北地区，4000米左右的海拔使水的沸点只有80摄氏度左右，当热水输送到终端用户时一般都会降到80摄氏度以下，这样的热水将很难满足人们的需求，因此普通的供热锅炉或采暖系统都难以解决高原高寒地区的供热问题。

另外，目前的采暖系统一般是通过燃烧煤、油、天然气等有限的自然资源提供热水，这不但会造成自然资源的枯竭，还会带来环境污染，因此，全世界都在努力地提倡使用清洁无污染而且用之不尽的太阳能和地热等资源。

此外，热泵技术也是目前全世界都在大力提倡的节能技术。并且，中国的滇西北地区太阳能比较丰富，地下2～9米深处有地下水，常年在18～20摄氏度左右。因此，在上述地区可以充分地结合利用太阳能-地热-热泵技术进行采暖。

比如中国专利第200510023386.9号所揭示的一种采用燃气或燃油辅助加热的太阳能热水与空调采暖系统，包括太阳能集能器、换热式热水器水箱、辅助加热炉、空调采暖装置，换热式热水器水箱是包括一换热式加热水箱与储热水箱的复合式水箱，换热式加热水箱与储热水箱可一体或分体设置，换热式加热水箱与储热水箱管路间连有一换热循环泵，空调采暖装置经供热循环泵、辅助加热炉与换热式加热水箱管路相连，系统按照空调采暖优先模式控制换热式加热水箱与储热水箱的工作温度。虽然第200510023386.9号专利所示的采暖系统使用了太阳能，但是，该采暖系统不适用于高原高寒地区。

因此，提供一种结合利用太阳能、地热、以及热泵技术的高原专用耦合式节能采暖系统成为了业界需要解决的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以充分提高供暖水温度并且节能环保的高原专用耦合式节能采暖系统。

本实用新型的技术方案是：提供一种高原专用耦合式节能采暖系统，包括热泵、埋入地下恒温层的地热盘管、用户终端、一号泵以及二号泵，地热盘管通过管线连接在热泵的第一交换流道的输出端与输入端之间形成第一工质回路，一号泵设置在第一工质回路中将第一工质由第一交换流道的输出端输送到第一交换流道的输入端，用户终端连接在热泵的第二交换流道的输出端与输入端之间形成第二工质回路，二号泵设置在第二工质回路中将第二工质由第二交换流道的输出端输送到第二交换流道的输入端，其中，第二工质回路中进一步包括一常压导热油供热锅炉，常压导热油供热锅炉的低温供暖水入口通过管线与热泵的第二交换流道的输出端连通，常压导热油供热锅炉的高温供暖水出口通过管线连通到用户终端。

热泵是本领域常用的设备，热泵内部设有压缩机、第一换热器、可与第一换热器充分进行热交换的第一交换流道、节流装置、第二换热器、可与第二换热器充分进行热交换的第二交换流道以及三通阀或者四通阀。通过三通阀或者四通阀的转换，热泵既可以制热也可以制冷。比如，对用户终端制热时，第二换热器将释放热量，则，第二工质(比如水)从第二交换流道的输入端流入再从第二交换流道的输出端流出后被加热升温，然后输送给终端用户；此时，第一换热器将吸收热量，则，第一工质(比如水)从第一交换流道的输入端流入再从第一交换流道的输出端流出后被冷凝降温将热量传递给第一换热器。

优选地，在地热盘管与热泵的第一交换流道的输入端之间进一步设有太阳能集热器以及蓄热水箱，蓄热水箱包括换热空间以及设在换热空间的换热盘管，太阳能集热器通过管线与换热空间连通形成太阳能加热回路，第一工质回路的至少一部分流经换热盘管。

本实用新型将太阳能、地热、热泵技术耦合成一个有机的采暖系统，充分实现了节能环保的要求。

更优选地，在地热盘管与蓄热水箱之间进一步设有至少一个辅助电加热器，当太阳能不能为蓄热水箱加热时，开启辅助电加热器为第一工质回路加热以保证系统稳定地运行。

可选择地，该系统可以仅采用地热盘管而不采用太阳能集热器，或者，仅采用太阳能集热器而不采用地热盘管。

本实用新型的供热锅炉是采用导热油对供暖水加热的锅炉，这是针对于水-水供热锅炉而言。水-水供热锅炉具有许多缺陷：首先，由于水的沸点较低，锅炉出水温度一般只能达到95摄氏度左右，在高原地区，水的沸点更低，锅炉出水温度则只能达到80摄氏度左右，那将很难满足供暖的需求；其次，由于导热水-供暖水之间的温差较小，为了提高换热效率必须加大换热管道的直径，锅炉的体积也随之加大，这将需要消耗很多的钢材；另外，导热水在锅炉中容易产生水垢，必须经常对锅炉内部进行清洗，否则将会发生安全事故。导热油供热锅炉可以克服上述缺陷。

所谓常压导热油供热锅炉，是指，锅炉本体内的导热油在常压下循环流动，而换热管道内的供暖水则是在带压的状态下流动(即，通过水泵加大该采暖系统的输送管道内的水压，可使供暖水的加热温度达到150摄氏度左右而不发生汽化)，途径换热管道的带压状态的供暖水与锅炉本体内的被加热的常压状态的导热油进行热交换，从而，既避免了锅炉本体带压运行而导致的安全隐患又能够将供暖水加热到较高的温度。

优选地，常压导热油供热锅炉包括内部设有导热油流通空间的锅炉本体、设于导热油流通空间内的至少一个电加热器、设于导热油流通空间内且位于电加热器上方的至少一条供暖水换热管道，其中，导热油流通空间的上部出口通过上循环管道与一循环油泵的入口连通，导热油流通空间的下部入口通过下循环管道与循环油泵的出口连通。

其中，循环油泵使导热油处于一种循环运动状态，充分提高了导热油的对流换热效率，并且促进了导热油的温度均一性，避免了局部温度过高，从而防止了“积炭”现象的发生。

优选地，上循环管道上设有至少一个导热油过滤器。导热油过滤器可以将导热油中可能出现的杂质过滤掉，从而杜绝了这些杂质可能带来的安全隐患。

优选地，在导热油过滤器与循环油泵的入口之间的上循环管道上进一步设有至少一个蓄热器。蓄热器内设有高效固体蓄热材料，其能以较小的体积储存大量的热量。导热油流经蓄热器时，部分热量可以被储存起来。因此，可以在夜间利用廉价的低谷电进行蓄热，在白天的用电高峰时让蓄热器将储存的热量释放出来，从而达到了错峰用电、环保节能的目的。

优选地，导热油流通空间内进一步设有一个均流板，均流板将导热油流通空间分为位于上部的油水换热区以及位于下部的导热油加热区，至少一个电加热器位于导热油加热区内，至少一个供暖水换热管道位于油水换热区内。其中，均流板上开设若干个用于供导热油从导热油加热区流向油水换热区的流通孔。具体地，均流板的中央部分设置的流通孔较少，均流板的边缘部分设置的流通孔较多，从而使导热油较为均匀地进入油水换热区。

另外，锅炉本体上部设有与导热油流通空间连通的膨胀器。

可选择地，常压导热油供热锅炉系统包括设置在导热油流通空间内的第一组供暖水换热管道及第二组供暖水换热管道以及设置在锅炉本体外壁上的至少一个进水腔室、至少一个过渡腔室及至少一个出水腔室。具体地，第一组供暖水换热管道与第二组供暖水换热管道分别包括两个或两个以上的供暖水换热管道。第一组供暖水换热管道中的每个供暖水换热管道的入口都与进水腔室连通，进水腔室进一步与供暖系统的低温水出口连通。第一组供暖水换热管道中的每个供暖水换热管道的出口都与过渡腔室连通。第二组供暖水换热管道中的每个供暖水换热管道的入口都与过渡腔室连通，第二组供暖水换热管道中的每个供暖水换热管道的出口都与出水腔室连通，出水腔室进一步与供暖系统的高温水入口连通。

优选地，第一组供暖水换热管道设置在第二组供暖水换热管道上方。

可选择地，可以不设进水腔室、过渡腔室及出水腔室，而是直接采用一个或多个盘管、弯管或者直管作为供暖水换热管道，其入口和出口分别与供暖系统的低温水出口和高温水入口连通。

优选地，导热油为常压运行，供暖水为带压运行。

可选择地，采用两个或两个以上的电加热器对导热油进行加热。

可选择地，导热油流通空间内包括三组或三组以上的供暖水换热管道。

本实用新型的有益效果是：首先，本实用新型的系统综合利用了太阳能集热器、热泵、地热盘管、辅助电加热器、常压导热油供热锅炉，充分保证了该系统可以安全环保、稳定高效、低能耗地运行，并可以充分将供暖水温度提高到95摄氏度以上；其次，循环油泵使导热油处于一种循环运动状态，充分提高了导热油的对流换热效率，避免了局部温度过高，防止了“积炭”现象的发生；此外，以导热油作换热介质，不会产生水垢，并且过滤器的使用可以进一步除掉导热油中的杂质，从而充分杜绝了安全隐患；另外，蓄热器的使用可以充分地错峰用电，节省运行成本；最后，采用地热盘管，而不是抽取地下水，避免了地层塌陷。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本实用新型，但本实用新型不局限于这些实施例，任何在本实用新型基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的示意图。

图2是本实用新型的实施例1的常压导热油供热锅炉的示意图。

图3是本实用新型的实施例2的示意图。

图4是本实用新型的实施例2的常压导热油供热锅炉的示意图。

具体实施方式

实施例1

请参照图1及图2，本实用新型的高原专用耦合式节能采暖系统包括：常压导热油供热锅炉1000、用户终端2000、一号泵6000、热泵4000、埋入地下恒温层的地热盘管5000、二号泵3000、辅助电加热器7000、蓄热水箱8000以及太阳能集热器9000。

其中，地热盘管5000通过管线连接在热泵4000的第一交换流道的输出端4020与输入端4010之间形成第一工质回路，一号泵6000设置在第一工质回路中将第一工质由第一交换流道的输出端4020输送到第一交换流道的输入端4010。

其中，用户终端2000连接在热泵4000的第二交换流道的输出端4040与输入端4030之间形成第二工质回路，二号泵3000设置在第二工质回路中将第二工质由第二交换流道的输出端4040输送到第二交换流道的输入端4020。

其中，常压导热油供热锅炉1000设置在第二工质回路中，常压导热油供热锅炉1000的低温供暖水入口1010通过管线与热泵4000的第二交换流道的输出端4040连通，常压导热油供热锅炉1000的高温供暖水出口1020通过管线连通到用户终端2000。

其中，蓄热水箱8000及太阳能集热器9000设在一号泵6000与热泵4000的第一交换流道的输入端4010之间。蓄热水箱8000包括换热空间8010以及设在所述换热空间的换热盘管8020。太阳能集热器9000通过管线与换热空间8010连通形成太阳能加热回路。第一工质回路流经换热盘管8020。

其中，辅助电加热器设在一号泵6000与蓄热水箱8000的换热盘管8020之间。

其中，常压导热油供热锅炉1000包括：内部设有导热油流通空间的锅炉本体10、设于导热油流通空间内并且将导热油流通空间分为位于上部的油水换热区110以及位于下部的导热油加热区130的均流板20、设于导热油加热区130内的两个电加热器30、设于油水换热区110内的第一组供暖水换热管道410及第二组供暖水换热管道420、设于锅炉本体10上方并与导热油流通空间连通的膨胀器60、以及设于锅炉本体10外部并通过管道与导热油流通空间连通的过滤器70、蓄热器80及循环油泵90。

其中，油水换热区110的上部出口通过上循环管道510依次与过滤器70、蓄热器80、循环油泵90的入口连通，导热油加热区130的下部入口通过下循环管道530与循环油泵90的出口连通。

其中，均流板20上开设若干个用于供导热油从导热油加热区130流向油水换热区110的流通孔202。在本实施例中，均流板20的中央部分设置的流通孔202较少，边缘部分设置的流通孔202较多。

其中，常压导热油供热锅炉1000还包括设置在锅炉本体10外壁上的一个进水腔室430、一个过渡腔室450及一个出水腔室470。

具体地，第一组供暖水换热管道410与第二组供暖水换热管道420分别包括位于同一层面上的五个供暖水换热管道。第一组供暖水换热管道410中的每个供暖水换热管道的入口都与进水腔室430连通，进水腔室430进一步与低温供暖水入口1010连通。第一组供暖水换热管道410中的每个供暖水换热管道的出口都与过渡腔室450连通。第二组供暖水换热管道420中的每个供暖水换热管道的入口都与过渡腔室450连通，第二组供暖水换热管道420中的每个供暖水换热管道的出口都与出水腔室470连通，出水腔室470进一步与高温供暖水出口1020连通。

常压导热油供热锅炉1000使用时，常压的导热油在循环油泵90的驱动下在导热油加热区130、油水换热区110、导热油过滤器70、蓄热器80之间循环流动。在导热油加热区130内，导热油被电加热器30加热到250摄氏度左右；高温的导热油通过均流板20的流通孔202均匀流入油水换热区110；在油水换热区110内，供暖水先在第一组供暖水换热管道410内与油水换热区110上部的温度较高的导热油进行热交换，然后，被初步加热的在第二组供暖水换热管道420内与油水换热区110下部的温度最高的导热油进行热交换；供暖水达到预定温度后送入供暖系统；导热油与供暖水换热后温度降低，通过上循环管道510流经过滤器70时被除去杂质，流经蓄热器80时向蓄热器内储存热量，最后通过下循环管道530重新进入导热油加热区130被加热。

该系统的工作原理是：

第一工质回路：从热泵第一交换流道的输出端4020流出的大约15度的第一工质进入地热盘管5000被加热到20度左右后流入蓄热水箱8000的换热盘管8020。若日照充足时，太阳能集热器9000不断地将蓄热水箱8000的换热空间8010内的媒介水循环加热到30度左右，从而第一工质在换热盘管8020内被加热到30度左右后从输入端4010进入第一交换流道为热泵4000提供热媒水；若日照不足时，开启辅助电加热器为第一工质加热。

第二工质回路：终端用户2000的大约70度的第二工质回水由第二交换管道的输入端4030进入热泵4000内，第二工质在热泵4000内吸收热量升温到80度左右从第二交换流道的输出端4040流向常压导热油供热锅炉1000的低温供暖水入口1010，第二工质在常压导热油供热锅炉1000内被加热到大约95度以后从常压导热油供热锅炉1000的高温供暖水出口1020流向终端用户2000为其供暖。

实施例2

请参照图3及图4，作为本实用新型的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

不采用蓄热水箱8000，第一工质回路直接流经太阳能集热器9000内部被加热。

辅助电加热器7000设在太阳能集热器9000与热泵4000之间。

不采用第一组供暖水换热管道410、第二组供暖水换热管道420、进水腔室430、过渡腔室450及出水腔室470，而是采用一个设置在油水换热区110内的盘管440，供暖水从供暖系统的低温水出口流入盘管440内并与盘管440外的高温导热油进行热交换，供暖水达到预定温度后流出盘管440进入供暖系统的高温水入口。

在导热油加热区130内采用三个电加热器30对导热油进行加热。

Claims (10)

1. 一种高原专用耦合式节能采暖系统，包括热泵、埋入地下恒温层的地热盘管、用户终端、一号泵以及二号泵，所述地热盘管通过管线连接在所述热泵的第一交换流道的输出端与输入端之间形成第一工质回路，所述一号泵设置在所述第一工质回路中将第一工质由所述第一交换流道的输出端输送到所述第一交换流道的输入端，所述用户终端连接在所述热泵的第二交换流道的输出端与输入端之间形成第二工质回路，所述二号泵设置在所述第二工质回路中将第二工质由所述第二交换流道的输出端输送到所述第二交换流道的输入端，其特征在于，所述第二工质回路中进一步包括一常压导热油供热锅炉，所述常压导热油供热锅炉的低温供暖水入口通过管线与所述热泵的第二交换流道的输出端连通，所述常压导热油供热锅炉的高温供暖水出口通过管线连通到所述用户终端。

2. 如权利要求1所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，在所述地热盘管与所述热泵的第一交换流道的输入端之间进一步设有太阳能集热器以及蓄热水箱，所述蓄热水箱包括换热空间以及设在所述换热空间的换热盘管，所述太阳能集热器通过管线与所述换热空间连通形成太阳能加热回路，所述换热盘管为所述第一工质回路的一部分。

3. 如权利要求2所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，在所述地热盘管与所述蓄热水箱之间进一步设有至少一个辅助电加热器。

4. 如权利要求1～3之一所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述常压导热油供热锅炉包括内部设有导热油流通空间的锅炉本体、设于所述导热油流通空间内的至少一个电加热器、设于所述导热油流通空间内且位于所述电加热器上方的至少一条供暖水换热管道，所述导热油流通空间的上部出口通过上循环管道与一循环油泵的入口连通，所述导热油流通空间的下部入口通过下循环管道与所述循环油泵的出口连通。

5. 如权利要求4所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述上循环管道上设有至少一个导热油过滤器以及至少一个蓄热器。

6. 如权利要求4所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述导热油流通空间内进一步设有一个均流板，所述均流板将所述导热油流通空间分为位于上部的油水换热区以及位于下部的导热油加热区，所述至少一个电加热器位于所述导热油加热区内，所述至少一个供暖水换热管道位于所述油水换热区内。

7. 如权利要求6所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述均流板上开设若干个用于供导热油从所述导热油加热区流向所述油水换热区的流通孔。

8. 如权利要求4所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述锅炉本体上部设有与所述导热油流通空间连通的膨胀器。

9. 如权利要求4所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述常压导热油供热锅炉包括设置在所述导热油流通空间内的第一组供暖水换热管道及第二组供暖水换热管道以及设置在所述锅炉本体外壁上的至少一个进水腔室、至少一个过渡腔室及至少一个出水腔室。

10. 如权利要求9所述的高原专用耦合式节能采暖系统，其特征在于，所述第一组供暖水换热管道设置在所述第二组供暖水换热管道上方。

Images