CN209341346U - 储热供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储热供热系统，所述储热供热系统包括：多级热泵机组和储热水罐，所述多级热泵机组具有用于供热的供水端口和回水端口，所述供水端口用于与热网供水管相连，所述回水端口用于与热网回水管相连，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口及所述热网供水管相连，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口及所述热网回水管相连；其中所述多级热泵机组可选择性地与所述储热水罐连通，所述储热水罐可选择性地与热网连通。本实用新型的储热供热系统，可以保证低温环境下的供热温度，且能实现高效的热能储存，提高供热品质，且储热供热系统可以实现只在谷电时段或热电厂调峰时段用电，降低运行成本，供热时间长，提高能源利用效率。

Description

储热供热系统

技术领域

本实用新型属于清洁供热和热电厂热电解耦深度调峰技术领域，具体而言，涉及一种储热供热系统。

背景技术

我国采暖季雾霾严重，受环保压力的影响，各地都开始推行“煤改电”的政策，谷电采暖的利用型式多为谷电固体蓄热供暖和空气源热泵直接供暖，受谷电价格偏高和固体蓄热装置成本较高的影响，导致很多地区都无法经济有效的推行“煤改电”。空气源热泵供暖是“煤改电”清洁供暖中广泛应用的技术,但是目前空气源热泵系统应用于“煤改电”清洁供暖还存在以下问题：1.环境温度低时，空气源热泵结霜导致热泵供水温度降低，无法达到采暖用户的需求；2.空气源热泵供暖需要24小时运行，而“煤改电”政策的谷电时段仅限于夜间，空气源热泵在日间运行无法享受电价优惠；3.如果空气源热泵设置储热水箱，由于温度较低，无法实现高效的热能存储，供热品质极差。

国家能源局出台风电清洁供暖相关政策，风电清洁供暖也存在供暖价格偏高的问题，导致风电清洁供暖供热站的运行需要风电站的补贴才能生存。

为了解决新能源消耗问题，各地出台了电力辅助服务市场正常，利用电储热装置来实现热电厂的热电解耦，提高火电机组深度调峰的能力，但是单一的电储热调峰，将高品质的电力直接用于供热，从能源利用角度造成了浪费。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本实用新型提出一种储热供热系统。

根据本实用新型实施例的储热供热系统，包括：多级热泵机组和储热水罐，所述多级热泵机组具有用于供热的供水端口和回水端口，所述供水端口用于与热网供水管相连，所述回水端口用于与热网回水管相连，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口及所述热网供水管相连，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口及所述热网回水管相连；其中所述多级热泵机组可选择性地与所述储热水罐连通，所述储热水罐可选择性地与热网连通。

根据本实用新型实施例的储热供热系统，可以保证低温环境下的供热温度，且能实现高效的热能储存，提高供热品质，且储热供热系统可以实现只在谷电时段或调峰时段用电，降低运行成本，供热时间长，提高能源利用效率，减少污染物排放。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述储热水罐的上部水口可选择性地与所述供水端口连通，所述储热水罐的上部水口可选择性地与所述热网供水管连通，所述回水端口可选择性地与所述热网回水管连通，所述储热水罐的下部水口可选择性地与所述回水端口连通。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述储热供热系统具有蓄热工作模式和供热工作模式；在蓄热工作模式时，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口连通，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口、所述热网回水管连通，所述储热水罐的上部水口与所述热网供水管断开，所述回水端口与所述热网回水管连通；在供热工作模式时，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口断开，所述储热水罐的下部水口与所述热网回水管连通，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口断开，所述储热水罐的上部水口与所述热网供水管连通，所述回水端口与所述热网回水管断开。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，还包括：放热水泵，所述放热水泵的进水口与所述储热水罐的上部水口相连，所述放热水泵的出水口适于与热网供水管相连；蓄热水泵，所述蓄热水泵的进水口与所述储热水罐的下部水口及所述热网回水管相连，所述蓄热水泵的出水口与所述回水端口相连。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口之间设有第一截止阀，所述储热水罐的上部水口与所述放热水泵之间设有第二截止阀，所述蓄热水泵的进水口处设有第三截止阀，所述储热水罐的下部水口及所述热网回水管均与所述第三截止阀的背离所述蓄热水泵的一端相连。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述储热水罐的下部水口与所述第三截止阀之间还设有第四截止阀，所述热网回水管位于所述第四截止阀的背离所述蓄热水泵的一侧。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述放热水泵的出水口设有第一止回阀，所述第一止回阀从所述放热水泵到所述热网供水管单向导通；所述蓄热水泵的出水口设有第二止回阀，所述第二止回阀从所述蓄热水泵到所述回水端口单向导通。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述储热水罐为斜温层水罐，所述斜温层水罐的上部设有与所述上部水口连通的上布水器，所述斜温层水罐的下部设有与所述下部水口连通的下布水器。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述多级热泵机组包括多级串联的多级热泵机组。

根据本实用新型一个实施例的储热供热系统，所述多级热泵机组包括：蒸发器、第一换热器和第二换热器，所述蒸发器与所述第一换热器的第一侧之间连接有第一压缩机和第一节流装置，所述第一换热器的第二侧与所述第二换热器的第一侧之间连接有第二压缩机和第二节流装置，所述第二换热器的第二侧具有所述供水端口和所述回水端口。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的蓄热供热系统在蓄热工作模式时的原理图；

图2是根据本实用新型实施例的蓄热供热系统在供热工作模式时的原理图。

附图标记：

储热水罐10，上部水口11，下部水口12，上布水器13，下布水器14，

放热水泵21，蓄热水泵22，

第一截止阀31，第二截止阀32，第三截止阀33，第四截止阀34，第一止回阀35，第二止回阀36，

蒸发器40，

第一换热器50，第一压缩机53，第一节流装置54，

第二换热器60，供水端口61，回水端口62，第二压缩机63，第二节流装置64，

热网供水管71，热网回水管72。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的储热供热系统。

如图1-图2所示，根据本实用新型一个实施例的储热供热系统包括：多级热泵机组和储热水罐10。

多级热泵机组具有用于供热的供水端口61和回水端口62，供水端口61用于与热网供水管71相连，回水端口62用于与热网回水管72相连。在谷电时期，多级热泵机组通电，多级热泵机组为热网供热，多级热泵机组可以在较低的环境温度下实现较高的供热温度，确保低温环境的供热温度。多级热泵机组可以为多级空气源热泵机组，这样整个机组的结构简单，对外连接的管路少，且使用范围广。

储热水罐10具有设于上部的上部水口11和设于下部的下部水口12，储热水罐10为斜温层水罐，斜温层水罐的上部设有与上部水口11连通的上布水器13，上布水器13设于储热水罐10的上部空间，斜温层水罐的下部设有与下部水口12连通的下布水器14，下布水器14设于储热水罐10的下部空间，上布水器13和下布水器14可以均具有多个布水孔，布水孔的面积小，以减小水流波动。

储热水罐10是以水自然热分层原理为基础的储热装置，在储热阶段储存热水，热水通过储热水罐10上布水器13进入储热水罐10进行储热，储热水罐10内热水区域增厚，热水和冷水之间形成过渡层(斜温层)且向下平移，底部冷水通过下布水器14排出；在放热阶段，热水通过储热水罐10上布水器13流出，与热网的用户换热，放热后的低温回水通过下布水器14流入储热水罐10，储热水罐10内冷水区域增厚、斜温层向上平移。

储热水罐10在储热阶段用于储存热水，热源加热生成的热水通过热水管和上布水器13进入储热水罐10进行储热，底部冷水通过下布水器14和冷水管流出至热源加热；在放热阶段，热水通过上布水器13和热水管流出，至热用户进行换热，放热后的低温回水通过冷水管和下布水器14流入储热水罐10。

储热水罐10可以为单罐斜温层储热水罐，单罐斜温层储热水罐可以实现高效的热能储存，提高供热品质，且可以通过一个水罐实现多个水罐的作用，降低了造价。

如图1和图2所示，储热水罐10的上部水口11与供水端口61及热网供水管71相连，储热水罐10的下部水口12与回水端口62及热网回水管72相连；其中多级热泵机组可选择性地与储热水罐10连通，储热水罐10可选择性地与热网连通。

在一些实施例中，可以设计下面这种连接方式，以便于蓄热水罐的蓄热与放热：储热水罐10的上部水口11可选择性地与供水端口61连通，储热水罐10的上部水口11可选择性地与热网供水管71连通，回水端口62可选择性地与热网回水管72连通，储热水罐10的下部水口12可选择性地与回水端口62连通。

储热供热系统具有蓄热工作模式和供热工作模式：在蓄热工作模式时，储热水罐10的上部水口11与供水端口61连通，储热水罐10的下部水口12与回水端口62连通，储热水罐10的下部水口12与热网回水管72连通，储热水罐10的上部水口11与热网供水管71断开，回水端口62与热网回水管72连通；在供热工作模式时，储热水罐10的上部水口11与供水端口61断开，储热水罐10的下部水口12与回水端口62断开，储热水罐10的下部水口12与热网回水管72连通，储热水罐10的上部水口11与热网供水管71连通，回水端口62与热网回水管72断开。

如图1所示，在谷电时段或热电厂调峰时段，储热供热系统切入蓄热工作模式，多级热泵机组通电，多级热泵机组为热网供热并进行蓄热，且热网回水与储热水罐10下部水口12的冷水混合，流入回水端口62换热，混合冷水被加热成热水后，一部分去热网供水，另一部分从上部水口11流入储热水罐10储热。

如图2所示，在非谷电时段或热电厂非调峰时段，储热供热系统切入供热工作模式，多级热泵机组断电，储热水罐10中的热水从上部水口11流出，去热网供水，热网回水从下部水口12流入储热水罐10，这样储热供热系统可以实现只在谷电时段或调峰时段用电，全天24小时高品质供热，降低运行成本，提高能源利用效率。

根据本实用新型实施例的储热供热系统，可以保证低温环境下的供热温度，且能实现高效的热能储存，提高供热品质，且储热供热系统可以实现只在谷电时段或调峰时段用电，降低运行成本，供热时间长，提高能源利用效率，减少污染物排放。

在谷电时段和非谷电时段，水流的循环流动依靠设置于多级热泵机组和储热水罐10之间的水泵来驱动，水泵设置的位置和方式有多种选择，下面介绍一种布置方式。

如图1和图2所示，储热供热系统还包括：放热水泵21和蓄热水泵22，放热水泵21的进水口与储热水罐10的上部水口11相连，放热水泵21的出水口适于与热网供水管71相连，蓄热水泵22的进水口与储热水罐10的下部水口12及热网回水管72相连，蓄热水泵22的出水口与回水端口62相连。放热水泵21的出水口设有第一止回阀35，第一止回阀35从放热水泵21到热网供水管71单向导通，蓄热水泵22的出水口设有第二止回阀36，第二止回阀36从蓄热水泵22到回水端口62单向导通，第一止回阀35用于保护放热水泵21，第二止回阀36用于保护蓄热水泵22。

这样，如图1所示，在谷电时段，在储热水泵的驱动下，热网回水与储热水罐10下部的冷水混合，通过储热水泵流入回水端口62，在多级热泵机组被加热成热水后，一部分去热网供水，另一部分从上部水口11流入储热水罐10储热。

在非谷电时段，在放热水泵21的驱动下，储热水罐10中的热水从上部水口11流出，去热网供水，热网回水从下部水口12流入储热水罐10。

当然，蓄热水泵22也可以安装在供水端口61处，放热水泵21也可以安装在下部水口12处，在此不再赘述。

如图1和图2所示，储热水罐10的上部水口11与供水端口61之间设有第一截止阀31，储热水罐10的上部水口11与放热水泵21之间设有第二截止阀32，蓄热水泵22的进水口处设有第三截止阀33，储热水罐10的下部水口12及热网回水管72均与第三截止阀33的背离蓄热水泵22的一端相连。

通过切换第一截止阀31、第二截止阀32、第三截止阀33的状态，即可实现蓄热工作模式和供热工作模式的切换。

在蓄热工作模式中，第一截止阀31打开，第二截止阀32切断，第三截止阀33打开；在供热工作模式中，第一截止阀31切断，第二截止阀32打开，第三截止阀33切断。

当然，储热水罐10的下部水口12与第三截止阀33之间还设有第四截止阀34，热网回水管72位于第四截止阀34的背离蓄热水泵22的一侧，在储热供热系统正常工作时(蓄热工作模式和供热工作模式)，第四截止阀34均打开，第四截止阀34可以用于检修等情况下关闭储热水罐10的下部水口12。

多级热泵机组包括多级串联的多级热泵机组，串联式的多级热泵机组可以在较低的环境温度下实现较高的供热温度，确保低温环境的供热温度。

在一些实施例中，如图1-图2所示，多级热泵机组包括：蒸发器40、第一换热器50和第二换热器60，蒸发器40与第一换热器50的第一侧之间连接有第一压缩机53和第一节流装置54，第一换热器50的第二侧与第二换热器60的第一侧之间连接有第二压缩机63和第二节流装置64，第二换热器60的第二侧具有供水端口61和回水端口62。

上述多级热泵机组可以在环境温度较低时，保证较高出水温度的基础上，仍能保持较高的COP，出水温度可以达到75℃甚至80℃以上，满足不同采暖末端的需求，且第一换热器50将两级热泵系统结合起来，提高系统效率和运行可靠性。

在谷电阶段，多级热泵机组投入运行，多级热泵机组的第一工质经过蒸发器40从空气中吸热后蒸发，经过第一压缩机53后进入第一换热器50与第二工质换热，第一工质经过第一换热器50后变为液态，经过第一节流装置54(膨胀阀)膨胀后进入蒸发器40循环使用。第二工质在第一换热器50与第一工质换热后蒸发，通过第二压缩机63后进入第二换热器60与水换热，换热后的第二工质变为液态，经过第二节流装置64(膨胀阀)后进入第一换热器50循环使用，经过两级热泵循环后，多级热泵机组可以在-30℃的环境条件下，提供80℃以上的热水。

多级热泵机组所产生的热水除满足供热外，多余的热水进入储热水罐10储存，热水从储热水罐10上部的上布水器13进入，冷水从储热水罐10下部的下布水器14流出，储热水罐10中的热水和冷水形成斜温层，随着热水不断进入储热水罐10，斜温层下移，在谷段时段结束时，储热水罐10内全部为热水。

在非谷电时段，多级热泵机组停止运行，储热水罐10在放热水泵21的作用下对外供热，放热水泵21从储热水罐10的上布水器13将热水抽出，冷水从下布水器14进入储热水罐10，冷水和热水在水罐内部形成斜温层，在储热水罐10对外供热的同时，储热水罐10内的斜温层上移，到非谷电时段结束时，储热水罐10内全部冷水。

多级热泵机组和单罐斜温层储热系统耦合在一起，交替使用，解决了“煤改电”单一储热供热运行成本高的问题；也解决了普通空气源热泵无法实现高效储热和经济运行问题；解决了热电厂电储热调峰能源浪费的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种储热供热系统，其特征在于，包括：多级热泵机组和储热水罐，所述多级热泵机组具有用于供热的供水端口和回水端口，所述供水端口用于与热网供水管相连，所述回水端口用于与热网回水管相连，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口及所述热网供水管相连，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口及所述热网回水管相连；其中

所述多级热泵机组可选择性地与所述储热水罐连通，所述储热水罐可选择性地与热网连通。

2.根据权利要求1所述的储热供热系统，其特征在于，所述储热水罐的上部水口可选择性地与所述供水端口连通，所述储热水罐的上部水口可选择性地与所述热网供水管连通，所述回水端口可选择性地与所述热网回水管连通，所述储热水罐的下部水口可选择性地与所述回水端口连通。

3.根据权利要求2所述的储热供热系统，其特征在于，所述储热供热系统具有蓄热工作模式和供热工作模式；

在蓄热工作模式时，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口连通，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口、所述热网回水管连通，所述储热水罐的上部水口与所述热网供水管断开，所述回水端口与所述热网回水管连通；

在供热工作模式时，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口断开，所述储热水罐的下部水口与所述回水端口断开，所述储热水罐的下部水口与所述热网回水管连通，所述储热水罐的上部水口与所述热网供水管连通，所述回水端口与所述热网回水管断开。

4.根据权利要求2所述的储热供热系统，其特征在于，还包括：

放热水泵，所述放热水泵的进水口与所述储热水罐的上部水口相连，所述放热水泵的出水口适于与热网供水管相连；

蓄热水泵，所述蓄热水泵的进水口与所述储热水罐的下部水口及所述热网回水管相连，所述蓄热水泵的出水口与所述回水端口相连。

5.根据权利要求4所述的储热供热系统，其特征在于，所述储热水罐的上部水口与所述供水端口之间设有第一截止阀，所述储热水罐的上部水口与所述放热水泵之间设有第二截止阀，所述蓄热水泵的进水口处设有第三截止阀，所述储热水罐的下部水口及所述热网回水管均与所述第三截止阀的背离所述蓄热水泵的一端相连。

6.根据权利要求5所述的储热供热系统，其特征在于，所述储热水罐的下部水口与所述第三截止阀之间还设有第四截止阀，所述热网回水管位于所述第四截止阀的背离所述蓄热水泵的一侧。

7.根据权利要求4所述的储热供热系统，其特征在于，所述放热水泵的出水口设有第一止回阀，所述第一止回阀从所述放热水泵到所述热网供水管单向导通；

所述蓄热水泵的出水口设有第二止回阀，所述第二止回阀从所述蓄热水泵到所述回水端口单向导通。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的储热供热系统，其特征在于，所述储热水罐为斜温层水罐，所述斜温层水罐的上部设有与所述上部水口连通的上布水器，所述斜温层水罐的下部设有与所述下部水口连通的下布水器。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的储热供热系统，其特征在于，所述多级热泵机组包括多级串联的多级热泵机组。

10.根据权利要求9所述的储热供热系统，其特征在于，所述多级热泵机组包括：蒸发器、第一换热器和第二换热器，所述蒸发器与所述第一换热器的第一侧之间连接有第一压缩机和第一节流装置，所述第一换热器的第二侧与所述第二换热器的第一侧之间连接有第二压缩机和第二节流装置，所述第二换热器的第二侧具有所述供水端口和所述回水端口。