CN210951973U - 一种多能互补型区域能源站 - Google Patents

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张建忠
杨剑峰
陈铁
马浩天
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Abstract

一种多能互补型区域能源站,包括热源塔热泵系统、数据机房余热回收热泵系统、污水源热泵系统、电制冷机系统、蓄能系统、备用电极锅炉系统、过渡季免费供冷板换系统、一级水泵系统,本实用新型可以利用不限于实施例中的运行方式,根据用户侧的负荷变化,及时调整用能方式,保证设备运行在最优区间,减少运行费用,优化整合区域冷热源,依托于区域能源站和大型的数据中心建筑的中心接近,以便于能源站空调系统可就近接入数据中心冷源系统,利用数据中心全年不间断供冷,在冬季会释放大量机房废热的特点,作为区域能源站冬季供热的最佳免费热源之一。

Description

一种多能互补型区域能源站
技术领域
本实用新型涉及空调技术领域,具体涉及一种多能互补型区域能源站。
背景技术
区域供冷供热技术具有资源与节能技术集约利用、建筑环境优化、能源利用专业化管理等优点。区域供冷供热开始在一、二线城市的新建城区、工业园区得得到应用,为城市的节能减排及低碳化建设做出了贡献。区域能源站是区域供冷供热系统的核心,目前区域能源站主要有以下几个问题:
1、建设区域能源站受限条件较多:现有的区域能源站,多采用的新技术包括但不限于天然气冷热电三联供、太阳能光热、地源热泵、河水源热泵、风能、工业余热利用等。但对于大部分区域能源站,受限于燃气价格、气候、光照、土地使用面积、水文、距离工业余热的距离等原因,采用以上新技术的条件较为苛刻,限制了区域能源站的建设区域和使用范围。
2、部分区域能源站设备运行能效,对周边环境产生影响:相对的,有些区域能源站不采用以上的新技术,而采用传统的冷水机组加锅炉的形式辅以空气源热泵的形式,在供冷季,水冷冷水机组加冷却塔的形式,冷却塔将大量空调余热集中排至能源站周边区域,对周边环境产生局部热岛效应,亦会产生大量的噪声。在供暖季,采用集中锅炉、空气源热泵等进行供暖,锅炉消耗会大量消耗一次能源、空气源热泵在冬季会出现较大幅度能效衰减。
3、供能区域内低品位热能得不到利用:随着污水处理工艺的提升,以及大型数据机房近几年的不断建设,在供能区域内,有大量的低品位的热能(数据机房余热、污水余热)得不到利用。余热直接排至环境或市政管网,造成热能的浪费。
4、能源站冷热源形式单一:现有的能源站系统,基本上都是单一冷热源形式,或两种冷热源形式,如单一地表水源热泵、单一热电厂余热利用、分布式能源系统与冷水机组组合等,其运行和调节方案较为复杂,不能应对各种工况的变化。
5、空气能未得到广泛应用:具有广泛适应性的空气能(热源塔热泵技术等)没有得到利用。
发明内容
(一)解决的技术问题
本实用新型的目的在于提供一种多能互补型区域能源站,以解决背景技术中提到的实际问题。
(二)技术方案
为实现上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种多能互补型区域能源站,包括热源塔热泵系统、数据机房余热回收热泵系统、污水源热泵系统 、电制冷机系统、蓄能系统、备用电极锅炉系统、过渡季免费供冷板换系统、一级水泵系统,所述热源塔热泵系统与所述一级水泵系统连接,所述数据机房余热回收热泵系统通过三通阀分别与所述蓄能系统和所述一级水泵系统连接,所述污水源热泵系统 通过三通阀分别与所述蓄能系统和所述一级水泵系统连接,所述电制冷机系统通过三通阀分别与所述蓄能系统和所述一级水泵系统连接,所述备用电极锅炉系统与所述一级水泵系统连接,所述过渡季免费供冷板换系统与所述一级水泵系统连接,所述一级水泵系统与管网连接。
优选的,所述热源塔热泵系统包括循环介质和热源塔侧换热板式换热器,所述塔侧换热板式换热器一次侧为热源塔开式系统,循环介质为盐溶液,所述塔侧换热板式换热器二次侧为蒸发器闭式系统,循环介质为乙二醇溶液。
优选的,所述一级水泵系统通过分集水器与所述输配管网连接。
优选的,所述电制冷机系统为双工况供冷蓄冷机组。
(三)有益效果
1、提升了区域能源站设备运行能效,减少了对周边环境的影响;
2、供能区域内的大量低品位热能得到了回收利用。从而节省了能源提高能源利用效率,降低能源成本;
3、本实用新型采用污水源热泵、数据机房余热回收热泵、热源塔热泵代替现有区域能源站采用的天然气冷热电三联供、太阳能光热、地源热泵、河水源热泵、风能、工业余热利用等,减少了区域能源站建设的限制条件;
4、本实用新型通过对热源塔热泵系统,在冬季工况下采用“防冻液+板换”的源侧换热形式,提高了热源塔热泵技术的广泛适用性;
5、本实用新型通过设置过渡季免费供冷板换系统,在过渡季可不开启制冷机组,满足供能区域内某些办公或商业业态建筑的提前或延后供冷需求;
6、本实用新型采用污水源热泵,部分代替传统区域能源站电制冷机组加冷却塔制冷的形式,降低制冷机组的冷凝温度,提高制冷机组运行效率,并减少了对周边环境热岛效应、噪声的影响;
7、本实用新型采用污水源热泵、余热回收热泵、热源塔热泵充分利用了区域内的低品位热能,减少了一次能源的消耗,避免了区域内余热、废热的浪费;
8、本实用新型采用了新的能源站组合运行模式,在不同温度下,采用不同的制冷制热方式,改善主机运行工况,提升供冷站运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型原理示意图;
图2是本实用新型供冷季谷时电价区间原理图;
图3是本实用新型供冷季峰时电价区间原理图;
图4是本实用新型供暖季谷时电价区间原理图;
图5是本实用新型供暖季峰时电价区间原理图;
图6是本实用新型过渡季节原理图;
图7是本实用新型热源塔系统夏季热源塔侧流程图;
图8是本实用新型热源塔系统冬季热源塔侧流程图;
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1-热源塔热泵系统、2-数据机房余热回收热泵系统、3-污水源热泵系统 、4-电制冷机系统、5-蓄能系统、6-备用电极锅炉系统、7-过渡季免费供冷板换系统、8-一级水泵系统、9-输配管网、10-板式换热器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
参照图1,热源塔热泵系统1 、数据机房余热回收热泵系统2、污水源热泵系统3、电制冷机系统 4、蓄能系统5 、备用电极锅炉系统6及其对应的一级水泵系统8均并联连接形成供能环路系统,通过分集水器与输配管网9连通,此外,热源塔热泵系统1 、数据机房余热回收热泵系统2、污水源热泵系统3、电制冷机系统 4也同时与蓄能系统5相连接形成夜间蓄能环路,各冷热水制备系统通过管路三通阀切换可实现供能和蓄能工况的灵活即时切换。
参照图7-8,热源塔热泵系统1在夏季通过开式热源塔向空气中释放能量,制备空调冷水,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧,冬季采用防冻液作为媒介,采用“防冻液+热源塔侧换热板式换热器10”的源侧换热形式,从空气中汲取热量,热源塔侧换热板式换热器10一次侧为热源塔开式系统,循环介质为盐溶液,板式换热器10二次侧为蒸发器闭式系统,循环介质为一定浓度的乙二醇溶液,通过间接换热避免热源塔热泵系统1冬季运行时的蒸发器及其闭式管路受到盐溶液腐蚀。热源塔热泵系统1制备的空调热水,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。
数据机房余热回收热泵系统2在冬季回收供能区域内数据机房的低品位废热,提升热能品质,制备空调热水,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。夏季,数据机房余热回收热泵系统2通过冷却塔向空气中释放能量,制备空调冷水,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。
污水源热泵机组系统3在供冷工况时,向初级净化后的市政污水释放热量,产生空调冷水,在供冷工况,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。在蓄冷工况,产生的空调低温冷水送至蓄能系统5。
污水源热泵机组系统3在供热工况时,从初级净化后的市政污水吸收低品位废热,提高热能品级,产生空调热水,在供热工况,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧,在蓄热工况,产生的空调高温热水送至蓄能系统5。
所述的4电制冷机组,通过冷却塔向空气释放热量,在供冷工况,产生空调冷水,在供冷工况,通过一级水泵系统8送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。在蓄冷工况,空调低温冷水送至蓄能系统5。
所述的蓄能系统5在谷时电价区间,夏季蓄积污水源热泵系统3、电制冷机系统4产生的冷量,冬季蓄积数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3产生的热量。在峰时电价区间,通过一级水泵系统8,将蓄积的冷热水送送至分集水器后,经输配管网9输送至用户侧。
备用电极锅炉系统6为辅助供热系统,仅在极端天气下使用,保障冬季供热系统的可靠运行。
在过渡季可不开启制冷机组,过渡季免费供冷板换系统7在室外湿球温度较低时,通过板式换热器实现用户侧冷冻水和源侧冷却水直接换热,以满足供能区域内某些办公或商业业态建筑的提前或延后供冷需求。
本实用新型还可以利用结合专利号为CN103383121A,专利名称为区域空调分散二次泵系统发明专利中的二次泵系统来优化整合区域冷热源,而在负荷侧设置的二次冷水泵,分别满足各供冷环路不同需求,因为二次泵系统中负荷侧的二次泵可以根据各供冷环路需要分别设置,并且可以变频运行,所以适合用于系统较大、阻力较高且各环路负荷特性或阻力相差悬殊的场合,并且节能效果显著,一级水泵系统8的扬程满足机房内的阻力及管网供水管阻力,位于用户侧的二级水泵满足用户侧资用压力及管网供水管回水管阻力,可提高水泵的输送温差,并根据管网特性,减少水泵的输送能耗。
本实用新型可以根据具体情况采用以下运行模式;
参照图2-3,在供冷季,空调负荷率为100%~50%负荷时:在谷时电价区间,部分水冷电制冷机系统4,双工况污水源热泵机组系统3和部分水冷电制冷机系统4蓄冷;在峰时电价区间,双工况污水源热泵机组系统3和水冷电制冷机系统4供冷,高峰负荷时段加入热源塔热泵系统1及蓄能罐系统5供冷;
空调负荷率为49%~0%负荷时:在谷时电价区间,部分水冷电制冷机系统4,双工况污水源热泵系统3和部分水冷电制冷机系统4蓄冷;在峰时电价区间,双工况污水源热泵系统3和水冷电制冷机系统4供冷,在高峰负荷时段加入蓄能罐系统5供冷。
参照图4-5,在供暖季,空调负荷率为100%~75%时:在谷时电价区间,热源塔热泵系统1供热,数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3蓄热;在峰时电价区间,数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3运行,高峰负荷时段热源塔热泵系统1及蓄能罐系统5供热;
空调负荷率为74%~25%:在谷时电价区间,热源塔热泵系统1供热,数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3蓄热;在峰时电价区间,数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3运行,高峰负荷时段蓄能罐系统5供热;
空调负荷率为24%~0%:在谷时电价区间,热源塔热泵系统1供热,数据机房余热回收热泵系统2和污水源热泵系统3蓄热;在峰时电价区间,数据机房余热回收热泵系统2运行,高峰负荷时段蓄能罐系统5供热。
过渡季:通过免费供冷板换系统7中的板式换热器供冷。
本实用新型可以利用不限于实施例中的运行方式,根据用户侧的负荷变化,及时调整用能方式,保证设备运行在最优区间,减少运行费用。
本实用新型可以优化整合区域冷热源,依托于区域能源站和大型的数据中心建筑的中心接近,以便于能源站空调系统可就近接入数据中心冷源系统,利用数据中心全年不间断供冷,在冬季会释放大量机房废热的特点,作为区域能源站冬季供热的最佳免费热源之一。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种多能互补型区域能源站,其特征在于:包括热源塔热泵系统(1)、数据机房余热回收热泵系统(2)、污水源热泵系统(3)、电制冷机系统(4)、蓄能系统(5)、备用电极锅炉系统(6)、过渡季免费供冷板换系统(7)、一级水泵系统(8),所述热源塔热泵系统(1)与所述一级水泵系统(8)连接,所述数据机房余热回收热泵系统(2)通过三通阀分别与所述蓄能系统(5)和所述一级水泵系统(8)连接,所述污水源热泵系统(3)通过三通阀分别与所述蓄能系统(5)和所述一级水泵系统(8)连接,所述电制冷机系统(4)通过三通阀分别与所述蓄能系统(5)和所述一级水泵系统(8)连接,所述备用电极锅炉系统(6)与所述一级水泵系统(8)连接,所述过渡季免费供冷板换系统(7)与所述一级水泵系统(8)连接,所述一级水泵系统(8)与输配管网(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多能互补型区域能源站,其特征在于:所述热源塔热泵系统(1)包括循环介质和热源塔侧换热板式换热器(10),所述塔侧换热板式换热器(10)一次侧为热源塔开式系统,循环介质为盐溶液,所述塔侧换热板式换热器(10)二次侧为蒸发器闭式系统,循环介质为乙二醇溶液。
3.根据权利要求1所述的一种多能互补型区域能源站,其特征在于:所述一级水泵系统(8)通过分集水器与所述输配管网(9)连接。
4.根据权利要求1所述的一种多能互补型区域能源站,其特征在于:所述电制冷机系统(4)为双工况供冷蓄冷机组。
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