CN211876138U

CN211876138U - 一种多类热力单元蓄能互联系统

Info

Publication number: CN211876138U
Application number: CN202020323659.1U
Authority: CN
Inventors: 黄平; 席东生; 白天亮
Original assignee: Qingzhi Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Qingzhi Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

一种多类热力单元蓄能互联系统，包括：第一介质源热力单元(1)、第二介质源热力单元(5)、蓄能单元(9)以及末端设备(12)，所述第一介质源热力单元(1)、所述第二介质源热力单元(5)、所述末端设备(12)通过供水管路和回水管路依次串联连接，所述蓄能单元(9)并联连接至所述第二介质源热力单元(5)与所述末端设备(12)的供水管路和回水管路之间。通过蓄能和机组优化协调控制，可以减少整个系统的电力增容容量，从而减少投资，提高了寒冷条件下空气源热泵效率低下，实现了低电价时段电价的充分利用。

Description

一种多类热力单元蓄能互联系统

技术领域

本实用新型涉及供暖技术领域，特别涉及一种多类热力单元蓄能互联系统。

背景技术

现有技术中，采用燃煤、燃气等方式进行供热采暖、供热水会带来较为严重的环境污染。采用电热泵方式替代燃煤、燃气方式更加清洁，而且比电锅炉、发热电缆等电直热方式效率更高。采用单纯空气源热泵供暖，在寒冷条件下，空气源热泵效率会下降得很低，且出水温度达不到末端带暖气片设备的要求，使得无法达到预期的供暖效果，而且导致成本大幅增加。

但现有的蓄能热泵系统在实际应用中，存在以下问题：(1)该系统中的蓄能水箱主要作用是作为缓冲水箱，储水温度仅为15度，蓄能温差很小，蓄能能量很少，如需具备应用价值，水箱体积将非常大。(2)该系统不能充分利用低电价时段电价。由于电力系统负荷特点，晚上谷电价格便宜；随着未来电力现货市场的开展，电力价格会随着电力供需情况实时波动，低电价时段电价会非常低，具备非常大的利用价值，该类系统蓄能能力非常小，不具备实际应用价值。(3)在晚上、假期等非正常供暖时段，热泵系统需低温防冻运行，此时负荷很低，呈现大机组、小负荷的运行状况，系统会出现频繁启停，增加能耗。(4)采用热泵系统供暖，一般需要电力增容。

综上，当前现有技术的各类热泵系统不能同时很好的解决空气源热泵系统低温运行时出水温度和效率低、难以充分利用低电价时段电价、低温防冻运行时频繁启停、优化减少电力增容投资的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种多类热力单元蓄能互联系统，将空气源热泵、水源热泵、蓄能设施三者有机组合，通过多工况、多工作模式的自动控制方法，能够解决供热供暖时空气源热泵低温情况下的出水温度低和效率低下问题，提高系统整体效率，实现电力需求侧响应，大大降低成本。

根据本实用新型的一方面，提供一种多类热力单元蓄能互联系统，包括：

第一介质源热力单元(1)、第二介质源热力单元(5)、蓄能单元(9)以及末端设备(12)，

所述第一介质源热力单元(1)、所述第二介质源热力单元(5)、所述末端设备(12)通过供水管路和回水管路依次串联连接，所述蓄能单元(9)并联连接至所述第二介质源热力单元(5)与所述末端设备(12)的供水管路和回水管路之间，

其中，所述第一介质源热力单元(1)与所述第二介质源热力单元(5)之间的供水管路上设置有缓冲单元(2)，

所述第一介质源热力装置(1)与所述末端设备(12)之间配置有旁通供水管路(I)、旁通回水管路(Ⅱ)。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，还包括：

第一泵(3)、第二泵(6)以及第三泵(11)，

其中，所述第一泵(3)设置于与所述缓冲单元(2)相连接的所述第二介质源热力单元(5)的供水管路上；所述第二泵(6)设置于与所述末端设备(12)相连接的所述第二介质源热力单元(5)的回水管路上；所述第三泵(11)设置于与所述第二介质源热力单元(5)相连接的所述末端设备(12)的供水管路上。

阀门，所述阀门设置于所述第二介质源热力单元(5)和所述末端设备(12)之间的供水管路和回水管路上。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，与所述蓄能单元(9)相连接的所述第二介质源热力单元(5)的出水管路设置有第一阀门(10)，与所述蓄能单元(9)相连接的所述末端设备(12)的出水管路设置有第二阀门(7)，所述第三泵(11)与所述末端设备(12)之间的供水管路设置有第三阀门(16)。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，所述第一介质源热力装置(1)与所述末端设备(12)进水口之间的旁通供水管路(I)上设置有第四阀门(4)，所述旁通供水管路(I)的位于所述第一介质源热力装置(1)与所述第三泵(11)之间的支路上设置有第五阀门(13)，

所述末端设备(12)的出水口与所述第一介质源热力装置(1)之间的旁通回水管路(Ⅱ)上设置有第六阀门(14)，所述旁通回水管路(Ⅱ)的位于所述末端设备(12)的进水口与所述第一介质源热力装置(1)之间的支路上设置有第七阀门(15)，

所述第三泵(11)与所述末端设备(12)的出水口之间的管路上设置有第八阀门(8)。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，所述阀门为电动阀门。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，所述蓄能单元(9)选自蓄热水箱、蓄能水罐或相变蓄能装置。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，所述第一介质源热力单元(1)选自空气源热泵或太阳能制热器。

对于上述多类热力单元蓄能互联系统，在一种可能的实现方式中，所述第二介质源热力单元(5)为水源热泵。

本实用新型提供的技术方案可以取得以下有益技术效果：

本实用新型在系统工作时，空气源热泵制作10-35度热水储存在缓冲水箱中，水源热泵从缓冲水箱中制作50-95度的热水供给蓄能设施储存。蓄能设施可以是蓄能水箱、蓄能水罐、相变蓄能装置，也可以是其他合适的蓄能设备。蓄能设施可以通过换热装置、末端管路，以合适的温度供末端设备使用。空气源热泵也可根据实际情况换做太阳能制热器等其他制热设备。

由此，充分发挥了空气源热泵、水源热泵、蓄能设施等三种设施的优势。如果受端负荷白天需要供暖、晚上不需要或者间断性需要供暖，实际负荷由系统中的热泵制热部分和蓄能部分共同承担。通过蓄能和机组优化协调控制，可以减少整个系统的电力增容容量，从而减少投资，提高了寒冷条件下空气源热泵效率低下，实现了低电价时段电价的充分利用。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理和实用新型构思。

图1是根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统的组成结构和管路连接示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统在常规工作模式下的工作管路链路或热能实际循环链路示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统在低温防冻工作模式下的工作管路链路或热能实际循环链路示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统在空气源热泵和蓄能设施联合供暖运行模式下的工作管路链路或热能实际循环链路示意图。

说明：在图2-4中，实线表示工作状态下实际运行的管线，虚线表示工作状态下没有运行的管线。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件、链路和连接关系未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统的组成结构和管路连接示意图。

如图1所示，该多类热力单元蓄能互联系统，包括：空气源热泵1、水源热泵5、蓄能设施9以及末端设备12。空气源热泵1、水源热泵5、末端设备12通过供水管路和回水管路依次串联连接，蓄能设施9并联连接至水源热泵5与末端设备12的供水管路和回水管路之间。其中，空气源热泵1与水源热泵5之间的供水管路上设置有缓冲水箱2，空气源热泵1与末端设备12之间配置有旁通供水管路I、旁通回水管路Ⅱ。

在一种可能的实现方式中，所述空气源热泵出水管经过旁通管道Ⅰ直接与末端设备12连接，旁通管道Ⅰ上设置电动阀门4，末端设备12与管道Ⅱ回到空气源热泵1回水管；空气源热泵1出水管与缓冲水箱2连接，经过管道Ⅲ上空气源侧水泵3与水源热泵5一次侧进水口连接，水源热泵5一次侧出水口经管道回水管Ⅳ连接空气源热泵1；水源热泵5二次侧出水口设置电动阀门10，水源热泵5二次侧出水管经过管道Ⅴ与蓄能设施9进水口连接，蓄能设施9出水口经过管道Ⅵ连接水源侧水泵6回到水源热泵5二次侧回水口；水源热泵5二次侧供水口经过管道Ⅶ连接末端水泵11与末端设备12连接，末端设备回水经过管道Ⅷ回到水源热泵5二次侧回水口；同时蓄能设施9进水口通过管道Ⅴ、管道Ⅶ连接末端水泵与末端设备12连接，末端设备回水经过管道Ⅷ和管道Ⅵ回到蓄能设施出水口。管道Ⅶ、管道Ⅷ中间设置调节阀门8，保证末端设备合适的供水温度。

空气源热泵机组连接电动阀门4，通过管道Ⅰ和电动阀门13，通过末端水泵11和电动阀门16与末端设备连接，末端设备12出水经电动阀门14和管道Ⅱ回到空气源热泵1进水口，往复循环。

在一种可能的实现方式中，该多类热力单元蓄能互联系统的管路连接方式为：空气源热泵1的出水口—电动阀门4—管道Ⅰ—末端水泵11—末端系统12—电动阀门14—管道Ⅱ—空气源热泵1的回水口。空气源热泵1的出水口—缓冲水箱2—空气源侧水泵3—管道Ⅲ—水源热泵5一次侧进水口—水源热泵5一次侧出水口—管道Ⅳ—空气源热泵1的回水口。水源热泵5二次侧出水口—电动阀门10—管道Ⅴ—蓄能设施9进水口—蓄能设施9出水口—管道Ⅵ—水源侧水泵6—水源热泵5二次侧回水口。水源热泵5二次侧出水口—电动阀门10—管道Ⅶ—末端水泵11—末端系统12—管道Ⅷ—电动阀门7—水源侧水泵6—水源热泵5二次侧回水口。管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀门16—末端系统12—管道Ⅷ—电动阀门8—管道Ⅶ。

可选的，蓄能设施9包括但不限于蓄热水箱、蓄能水罐或相变蓄能装置。

可选的，空气源热泵也可以替换为太阳能制热器或其他制热设备。

在本实用新型的实施方式中，提供一种多类热力单元蓄能互联系统实现自动蓄能供暖的控制方法，其中，多类热力单元蓄能互联系统可以是上述实施方式中的多类热力单元蓄能互联系统，所述方法包括：

判断所述多类热力单元蓄能互联系统所处的工况；

根据所判断出的工况，运行常规工作模式、低温防冻模式或空气源热泵和蓄能设施联合供暖运行模式；

在运行常规工作模式的情况下，所述第一介质源热力单元、所述第二介质源热力单元和所述蓄能单元联合运行以提供热量；

在运行低温防冻模式的情况下，基于所述末端设备的结冻风险预测结果，确定是否启动所述第一介质源热力单元和所述蓄能单元，以提供热量；

在运行空气源热泵和蓄能设施联合供暖运行模式的情况下，所述第一介质源热力单元和所述蓄能单元联合运行以提供热量。

本实用新型至少包括三个主要工作模式：(1)常规工作模式，即空气源热泵1、水源热泵5、蓄能设施9联合运行模式；(2)低温防冻工作模式；(3)空气源热泵1、蓄能设施9联合工作模式。利用自动控制，分别应用于不同场景需求。

1.常规工作模式

图2示出了根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统在常规工作模式下的工作管路链路或热能实际循环链路示意图。

在常规工作模式下，空气源热泵1、水源热泵5和蓄能设施9联合运行，该工作模式通常适用于冬季寒冷时期供暖。工作管路链路如图3所示。

该常规工作模式下，该多类热力单元蓄能互联系统工作管路的具体链路关系是：

(1)空气源热泵1的出水口—缓冲水箱2—空气源侧水泵3—管道Ⅲ—水源热泵5一次侧进水口—水源热泵5一次侧出水口—管道Ⅳ—空气源热泵1的回水口。

(2)水源热泵5二次侧出水口—电动阀门10—管道Ⅴ—蓄能设施9进水口—蓄能设施9出水口—管道Ⅵ—水源侧水泵6—水源热泵5二次侧回水口。

末端设备12-管道Ⅷ—电动阀门8—管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀门16--末端设备12。该工况为系统夜间低谷电时段蓄热模式。

(3)水源热泵5二次侧出水口—电动阀门10—管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀门16—末端设备12—管道Ⅷ—电动阀门7—水源侧水泵6—水源热泵5二次侧回水口。该工况为水源热泵直接供热模式。

(4)蓄能设施9-管道Ⅴ-管道Ⅶ-末端水泵11-电动阀门16—末端设备12—管道Ⅷ-电动阀7-管道Ⅵ-蓄能设施9。该工况为蓄能设施供热模式。

该工作模式的工作原理是：空气源热泵1制作10-35℃热水储存在缓冲水箱2中，水源热泵5利用缓冲水箱2热水提温到50-95℃的热水供给蓄能设施9储存。由此蓄能设施9的蓄能温度范围大大拓宽，蓄能能量可以大范围增加，体积可以大规模缩小，大大提高了蓄能经济性。例如，采用空气源热泵、水源热泵、水蓄热方式，蓄能设施9可以储存50-95℃热水，蓄能设施9体积是在相同蓄能情况下储存20℃热水的约五分之一。可以根据场地情况、系统需求合理设计蓄能方式、体积、布置，充分利用低电价时段电价。蓄能设施9可以通过换热装置、末端管路，以合适的温度供末端设备12使用，彻底解决空气源热泵1出水温度难以保障、无法带暖气片的问题。

如果在蓄热设施热量不足情况下，可以采用水源热泵设备5直接供热模式，多重热源保障系统采暖稳定性。

2.低温防冻运行模式

在夜晚或假期不需要正常供暖时段，可采用低温防冻运行模式。低温防冻运行模式状态时，空气源热泵1和蓄能水箱9联合运行工作。该低温防冻运行模式可具体运行可分2种模式：

模式1：

当末端设备12水温满足防冻要求时，系统运行如图3所示：

该工作模式的工作管路具体是：末端设备12—管道Ⅷ—电动阀门8—管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀16—末端设备12。

工作原理是：当系统白天停止运行后，末端设备管道余温还较高，只需要末端设备12自循环即可满足防冻要求。

模式2：

当末端设备12水温低于预定值时，系统运行参见图3所示：

工作管路具体是：空气源热泵1出水口—电动阀门4—管道Ⅰ—末端设备12进水管—末端设备12出水管—管道Ⅷ—电动阀门7—管道Ⅵ—管道Ⅴ—管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀15—管道Ⅱ—空气源热泵1的回水口。

工作原理是：当末端设备12的夜间水温较低存在结冻风险时，空气源热泵1启动，提高管道温度，同时与蓄能设施9共同运行，增加运行系统水量，防止空气源热泵1机组间断启动，提高系统稳定性。

3.空气源热泵和蓄能设施联合供暖运行模式

图4示出了根据一示例性实施例示出的一种多类热力单元蓄能互联系统在空气源热泵和蓄能设施联合供暖运行模式下的工作管路链路或热能实际循环链路示意图。

空气源热泵1和蓄能设施9联合供暖工作模式适用于水源热泵临时停运或检修、或者初冬与冬末季节室外温度较高时段。该工作模式下的工作管路链路示意图参见图4。

在该模式下，工作管路具体是：空气源热泵1出水口—电动阀门4—管道Ⅰ—末端设备12进水管—末端设备12出水管—管道Ⅷ—电动阀门7—管道Ⅵ—管道Ⅴ—管道Ⅶ—末端水泵11—电动阀15—管道Ⅱ—空气源热泵1的回水口。

该工作模式的工作原理是：空气源热泵1机组制取50度左右热水储存在蓄能设施9中，同时联合蓄能设施9共同供热，避免机组频繁启停，降低系统运行能耗。

在一种可能的实现方式中，通过控制阀门的开启和关闭实现系统在各工作模式之间的切换。

关于上述实施例中的系统组成结构和管路连接关系、具体工作模式等，已经在有关装置的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改、等同替换、和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，包括：

所述第一介质源热力单元(1)与所述末端设备(12)之间配置有旁通供水管路(I)、旁通回水管路(Ⅱ)。

2.根据权利要求1所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，还包括：

第一泵(3)、第二泵(6)以及第三泵(11)，

3.根据权利要求1所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求2所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

与所述蓄能单元(9)相连接的所述第二介质源热力单元(5)的出水管路设置有第一阀门(10)，与所述蓄能单元(9)相连接的所述末端设备(12)的出水管路设置有第二阀门(7)，所述第三泵(11)与所述末端设备(12)之间的供水管路设置有第三阀门(16)。

5.根据权利要求2或4所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

所述第一介质源热力单元(1)与所述末端设备(12)进水口之间的旁通供水管路(I)上设置有第四阀门(4)，所述旁通供水管路(I)的位于所述第一介质源热力单元(1)与所述第三泵(11)之间的支路上设置有第五阀门(13)，

所述末端设备(12)的出水口与所述第一介质源热力单元(1)之间的旁通回水管路(Ⅱ)上设置有第六阀门(14)，所述旁通回水管路(Ⅱ)的位于所述末端设备(12)的进水口与所述第一介质源热力单元(1)之间的支路上设置有第七阀门(15)，

6.根据权利要求5所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

所述阀门为电动阀门。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

所述蓄能单元(9)选自蓄热水箱、蓄能水罐或相变蓄能装置。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

所述第一介质源热力单元(1)选自空气源热泵或太阳能制热器。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的多类热力单元蓄能互联系统，其特征在于，

所述第二介质源热力单元(5)为水源热泵。