CN216693687U - 一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统，涉及蓄能供能技术领域，包括蓄能系统、风冷热泵系统、太阳能集热系统、水源热泵系统和用户。风冷热泵系统和太阳能集热系统通过进水回水管网可直接与蓄能水池相连也可跨越蓄能水池与末端用户系统相连；水源热泵系统通过进水回水管网分别与蓄能水池和末端用户系统连接，蓄能水池也可跨过水源热泵系统直接与末端用户系统相连。风冷热泵系统设置有风冷热泵循环泵；水源热泵系统设置有水源循环泵；太阳能集热系统设置有太阳能循环泵；末端用户设置有用户循环泵。本实用新型实施例兼容各种蓄能供能方式的优势，整个蓄能供能系统高效率运行，降低了运行成本。

Description

一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统

技术领域

本申请涉及蓄能供能技术领域，尤其涉及一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统。

背景技术

目前，由于集中供暖受地理位置的限制，对于严寒或者寒冷地区特别偏远的地方，集中供暖很难实现，若直接采用电热炉或者电热地暖的形式进行供暖，则会出现能源利用率不高和高品位能向低品位能转变的浪费；偏远低区的一次化石能源供应不便，且消耗化石能源会产生气体及粉尘污染、增加碳排放，不利于我国双碳目标的达成；因此，以太阳能、环境空气热能为低温热源的热泵空调系统可广泛应用于寒冷、严寒地区的民用建筑供热领域。

但是，目前太阳能、环境空气热能为低温热源的热泵空调系统在供能时，会存在以下问题：1.现有风冷热泵系统在严寒地区会因冬季室外温度降低而导致制热效率降低、出水温度降低；2.双级压缩空调系统的压比很高可以适应大温差工况，但对于小压比(温差)工况的适应性就不好了；3.太阳能集热、蓄热系统受日照条件限制不能稳定集热，若要平滑其波动则需要扩大其集热面积和蓄热容积，造成投资过大；4.单级或双级压缩的制冷机利用水池蓄冷后给末端供冷的蓄冷温差小、蓄冷量小。上述这些问题使得蓄能供能系统的效率低、成本高，同时不能兼容各种蓄能方式。

发明内容

本实用新型实施例通过提供一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统，解决了现有技术中蓄能的过程不能兼容各种蓄能方式的劣势、实现了兼容各种蓄能供能方式的优势，整个蓄能供能系统高效率运行，降低了运行成本。

本实用新型实施例提供了包括蓄能水池、风冷热泵机组、太阳能集热板、水源热泵机组、进水回水管网和用户；

所述风冷热泵机组和所述太阳能集热板通过所述进水回水管网直接与所述蓄能水池相连或者跨越所述蓄能水池与末端的所述用户相连；所述水源热泵机组通过所述进水回水管网分别与所述蓄能水池和末端的所述用户连接，蓄能水池跨过所述水源热泵机组直接与末端的所述用户相连；

所述风冷热泵机组所在的管路与所述蓄能水池之间设置有风冷循环泵；所述水源热泵机组所在的管路与所述蓄能水池之间设置水源循环泵；所述太阳能集热板所在的管路与所述用户之间设置太阳能循环泵，所述太阳能集热板所在的管路与所述用户之间还设置用户循环泵,所述进水回水管网上设有多个阀门，通过多个所述阀门来控制所述进水回水管网的管路走向。

在一种可能的实现方式中，所述进水回水管网包括第一进水管路和第一回水管路；

所述第一进水管路的一端连接所述风冷热泵机组的出口端，另一端连接所述蓄能水池的进口端；所述蓄能水池的出水端连接所述第一回水管路，所述第一回水管路的另一端连接所述风冷循环泵，所述风冷循环泵连接所述风冷热泵机组的进口端。

在一种可能的实现方式中，所述进水回水管网还包括第二进水管路和第二回水管路；

所述第二进水管路与所述第一进水管路连通，所述第二回水管路与所述第一回水管路连通；所述第二进水管路连接所述用户循环泵的同时并连接所述用户的进水端，所述用户的回水端连接所述第二回水管路。

在一种可能的实现方式中，所述进水回水管网还包括第三进水管路和第三回水管路，所述第三进水管路与所述第一进水管路在靠近所述蓄能水池处汇合后连接至所述蓄能水池，所述第三回水管路从所述蓄能水池处连接所述太阳能循环泵，所述太阳能循环泵连接所述太阳能集热板的进口端。

在一种可能的实现方式中，所述进水回水管网还包括第四回水管路和第四进水管路，所述第四进水管路连接在所述第一进水管路上，所述第四回水管路连接在所述第一回水管路上；

所述第四回水管路连接所述蓄能水池，所述蓄能水池通过第四进水管路连接所述水源循环泵，所述水源循环泵连接水源热泵机组，所述水源热泵机组的出口端通过第五进水管路连接所述用户，所述用户的回水端通过第五回水管路连接所述水源热泵机组的进口端。

在一种可能的实现方式中，还包括运行模式控制系统，所述运行模式控制系统包括多个控制器，多个所述控制器分别与所述风冷循环泵、所述水源循环泵、所述太阳能循环泵和用户循环泵电连接；所述阀门为电动阀门，所述运行模式控制系统与所述进水回水管网上的所述电动阀门连接。

在一种可能的实现方式中，所述太阳能集热板、所述风冷热泵机组和水源热泵机组分别为多个时，多个所述太阳能集热板之间并联，多个所述风冷热泵机组并联，多个水源热泵机组并联。

在一种可能的实现方式中，所述风冷热泵机组与所述太阳能集热板同时设置或单独设置。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型实施例通过风冷热泵机组和所述太阳能集热板通过所述进水回水管网直接与蓄能水池相连或者跨越蓄能水池与末端的用户相连；水源热泵机组通过进水回水管网分别与蓄能水池和末端的用户连接，蓄能水池跨过水源热泵机组直接与末端的用户相连；风冷热泵机组所在的管路与蓄能水池之间设置有风冷循环泵；水源热泵机组所在的管路与蓄能水池之间设置水源循环泵；太阳能集热板所在的管路与用户之间设置太阳能循环泵和用户循环泵。本实用新型实施例利用蓄能水池可全年蓄存风冷热泵从大气中提取的冷、热量；还能利用峰谷电价，在谷电时蓄能、在峰电时供能，充分降低运行能耗；采用太阳能集热系统可在非供冷季采集太阳能蓄存在蓄能水池中，特别是严寒季节可有效补充风冷热泵系统因室外气温低而减少的供热量；当室内外温差较小、室内负荷不大的时段，可分别单独或联合采用风冷热泵、太阳能(只能供热)、蓄能水池为末端用户供能；当室内外温差很大、负荷很大、单级压缩机能效降低较多的时候，可采用风冷热泵、水源热泵两级供能的模式为末端用户供能，两级供能可保证末端供能参数不会衰减；本实用新型实施例有效解决了现有技术中蓄能的过程不能兼容各种蓄能方式、不能高效、低成本的运行，实现了兼容各种蓄能方式的优势，整个蓄能供能系统高效率运行、降低了运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的太阳能、风冷热泵机组、水源热泵机组复合系统的整体原理图；

图2为本实用新型实施例提供的风冷热泵机组直接为蓄能水池蓄能的工况图；

图3为本实用新型实施例提供的太阳能集热板直接为蓄能水池蓄能的工况图；

图4为本实用新型实施例提供的风冷热泵机组直接为末端用户供能的工况图；

图5为太阳能集热板单独为末端用户供能的工况图；

图6为蓄能水池单独为末端用户供能工况图；

图7为蓄能水池、水源热泵机组联合为末用户供能的工况图；

图8为风冷热泵机组、蓄能水池联合工作为末端用户供能的工况图；

图9为风冷热泵机组、蓄能水池、水源热泵机组联合工作为末端供能的工况图；

图10为太阳能集热板、蓄能水池联合工作为末端用户供能的工况图；

图11为太阳能集热板、蓄能水池、水源热泵机组联合工作为末端用户供能的工况图；

图12为太阳能集热板、风冷热泵机组、蓄能水池、水源热泵机组联合工作为末端用户供能的工况图。

图标：1-蓄能水池；2-风冷热泵机组；3-太阳能集热板；4-水源热泵机组；5-用户；6-风冷循环泵；7-太阳能循环泵；8-水源循环泵；9-控制器；10-用户循环泵；11-第一进水管路；12-第一回水管路；13-第三进水管路；14-第三回水管路；15-第二进水管路；16-第二回水管路；17-第四回水管路；18-第四进水管路；19-第五进水管路；20-第五回水管路。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例和简化描述，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。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。此外，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

参照图1-12所示，本实用新型实施例提供了一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统，包括蓄能水池1、风冷热泵机组2、太阳能集热板3、水源热泵机组4、进水回水管网和用户5；

风冷热泵机组2和太阳能集热板3通过进水回水管网直接与蓄能水池1相连或者跨越蓄能水池1与末端的用户5相连；水源热泵机组4通过进水回水管网分别与蓄能水池1和末端的用户5连接，蓄能水池1跨过水源热泵机组4直接与末端的用户5相连；

风冷热泵机组2所在的管路与蓄能水池1之间设置有风冷循环泵6；水源热泵机组4所在的管路与蓄能水池1之间设置水源循环泵8；太阳能集热板3所在的管路与用户5之间设置太阳能循环泵7，太阳能集热板3所在的管路与用户5之间还设置用户循环泵10，进水回水管网上设有多个阀门，通过多个阀门来控制进水回水管网的管路走向。

通过上述方案，本实用新型实施例将风冷热泵机组2、水源热泵机组4、太阳能集热板3、用户5通过进水回水管网连接为一个系统，并设置相应的控制阀门；各个产能设备和蓄水池可以灵活切换成不同模式，可以单独为用户5供能，也可以联合为用户5供能。

在室内外温差不大的季节采用风冷热泵机组2直接为末端用户5供能，在室内外温差太大、风冷热泵机组2直接供能效率低下时向蓄能水池1供能，再利用水源热泵机组4作二级压缩为末端用户5供能，以实现高效率的为末端用户5供能；太阳能集热系统作为冬季热源为蓄能水池1蓄能，也能补充冬季室外温度太低造成风冷热泵效率低下的热量损失；采用一个蓄能水池1作为中介实现风冷热泵机组2和水源热泵机组4的双级压缩，提高了单个系统的压比，实现了大温差供能；当室内外温差较小、室内负荷不大的时段，可分别单独或联合采用风冷热泵机组2、太阳能集热板3(只能供热)、蓄能水池1为末端用户5供能，而利用太阳能集热板3和风冷热泵机组2为冬季蓄热，避免了单一系统的不稳定性和低效性；当室内外温差很大、负荷很大、单级压缩机能效降低较多的时候，可采用风冷热泵机组2、水源热泵机组4两级供能的模式为末端用户5供能，两级供能可保证末端供能参数不会衰减。

具体的，比如一般风冷热泵的名义制热工况是：室外空气干/湿球温度7/6℃，进出水温度40/45℃，内外最大温差为39℃，当温差增大后会降低热泵效率、甚至停机；所以上述提出根据温差的大小选合适的供能系统。低温工况时，最低室外温度为-10～-15℃，但此时风冷热泵效率非常低，因此，在设计时，当室外气温低于-5℃，风冷热泵效率低时，降低出水温度到20℃，将低温热水20℃蓄存在水池内，供水源热泵供热使用，这样可以减小压缩机的蒸发、冷凝温差保证热泵效率。在实际应用中，比如一般空调供回水温度是60/50℃，地辐采暖温度是45/40℃，单级压缩供热时出水温度低于45℃就无法供热了，而如果再增加一级水源热泵机组4，就可以利用≤45℃的水供应60℃、甚至更高温度的热水了，提高了供暖的效率。当然，上述温度为示例值，仅是为了更清楚的说明本实用新型实施例，实际工作时，具体温度可以在该温度附近上下浮动，以具体工作环境及设定温度为准。

另外，需要说明的是，当本系统用于夏季供冷时，夏季可以利用峰谷电价政策在谷电时段利用风冷热泵机组2为蓄能水池1蓄冷，然后风冷热泵机组2停止为蓄冷池供冷，打开蓄冷水池1与水源热泵机组4之间的管路，同时打开水源热泵机组4与用户5之间的管路，蓄冷水池1的水作为水源热泵机组4的冷却水使用，这时蓄能水池1的蓄能温差更大，可达31℃。

进一步地，参照图2所示，本实用新型实施例的进水回水管网包括第一进水管路11(图2中的节点A和节点B之间)和第一回水管路12(图2中节点C和节点D之间)；第一进水管路11的一端连接风冷热泵机组2的出口端，另一端连接蓄能水池1的进口端；蓄能水池1的出水端连接第一回水管路12，第一回水管路12的另一端连接风冷循环泵6，风冷循环泵6连接风冷热泵机组2的进口端。风冷热泵机组2为蓄能水池1蓄能时，进水先通过第一进水管路11进入蓄能水池1内，回水通过第一回水管路12流向风冷热泵机组2，此时风冷热泵机组2为蓄能水池1蓄能；后期在一定的条件下，需要给用户5供能时，风冷热泵机组2可以不用工作，采用蓄能水池1为用户5供能即可。

进一步地，参照图4-6所示，进水回水管网还包括第二进水管路15(图4中节点K到节点L之间)和第二回水管路16(图4中的节点I到节点J之间)；第二进水管路15连接在第一进水管路11上，第二回水管路16连接在第一回水管路12上；第二进水管路15连接用户循环泵10的同时并连接用户5的进水端，用户5的回水端连接第二回水管路16。这里是风冷热泵机组2为了用户5直接供能，风冷热泵机组2作为产能设置，通过第一进水管路11到第二进水管路15，通过用户循环泵10到达用户5，用户5的回水通过第二回水管路16及第一回水管路12到达风冷热泵机组2。

进一步地，参照图3所示，进水回水管网还包括第三进水管路13(图3中节点E和节点F之间)和第三回水管路14(图3中节点G到H之间)，第三进水管路13与第一进水管路11在靠近蓄能水池1处汇合后连接至蓄能水池1，第三回水管路14从蓄能水池1处连接太阳能循环泵7，太阳能循环泵7连接太阳能集热板3的进口端。这里是太阳能集热板3给蓄能水池1蓄能时，太阳能集热板3作为产能设备，水流通过第三进水管路13进入蓄能水池1，然后蓄能水池1的回水通过第三回水管路14到达太阳能集热板3，完成太阳能集热板3向蓄能水池1供能，以待蓄能水池1后期单独使用或者与其他产能设备联合使用。

进一步地，参照图7和图9所示，进水回水管网还包括第四回水管路17(图7中节点C和节点N之间)和第四进水管路18(图7中节点O和节点P之间)，第四进水管路18连接在第一进水管路11上，第四回水管路17连接在第一回水管路12上；

第四回水管路17连接蓄能水池1，蓄能水池1通过第四进水管路18连接水源循环泵8，水源循环泵8连接水源热泵机组4，水源热泵机组4的出口端通过第五进水管路19(图9中节点Q和节点R之间)连接用户5，用户5的回水端通过第五回水管路20(图9中连接节点S和节点T)连接水源热泵机组4的进口端。具体蓄能水池1和水源热泵机组4联合给用户5供能时，蓄能水池1通过第四进水管路18进入水源热泵机组4，然后通过第五进水管路19进入用户5，用户5的回水通过第五回水管路20回到水源热泵机组4，或者通过第五回水管路20和第四回水管路17回到蓄能水池1，完成蓄能水池1和水源热泵机组4联合给用户5供能。

进一步地，还包括运行模式控制系统，运行模式控制系统包括多个控制器9，多个控制器9分别与风冷循环泵6、水源循环泵8、所太阳能循环泵7和用户循环泵10电连接；上述阀门可以为电动阀门，运行模式控制系统与进水回水管网上的管路上的电动阀门连接。每个控制器9控制相应的产能设备的路径选择和各个产能设备对应的循环泵的路径选择，实现整个系统的自动化控制。

进一步地，太阳能集热板3、风冷热泵机组2和水源热泵机组4分别为多个时，多个太阳能集热板3之间并联，多个风冷热泵机组2并联，多个水源热泵机组4并联。这样设置的目的是增加整个系统的路径选择，根据具体情况，通过多个阀门及控制器9控制系统选择何种方式供能，可靠性高，运行成本低，当各个产能设备对应的一个太阳能集热板3、风冷热泵机组2、水源热泵机组4部分出现损坏时，不影响整个系统的正常运行。

可选的，风冷热泵机组2与太阳能集热板3同时设置或单独设置。

上述蓄能水池1采用水作为介质蓄能，当然在实际应用中，也可以采用其他介质蓄能，比如乙二醇、矿物油等或其他相变材料。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，包括蓄能水池(1)、风冷热泵机组(2)、太阳能集热板(3)、水源热泵机组(4)、进水回水管网和用户(5)；

所述风冷热泵机组(2)和所述太阳能集热板(3)通过所述进水回水管网直接与所述蓄能水池(1)相连或者跨越所述蓄能水池(1)与末端的所述用户(5)相连；所述水源热泵机组(4)通过所述进水回水管网分别与所述蓄能水池(1)和末端的所述用户(5)连接，所述蓄能水池(1)跨过所述水源热泵机组(4)直接与末端的所述用户(5)相连；

所述风冷热泵机组(2)所在的管路与所述蓄能水池(1)之间设置有风冷循环泵(6)；所述水源热泵机组(4)所在的管路与所述蓄能水池(1)之间设置水源循环泵(8)；所述太阳能集热板(3)所在的管路与所述用户(5)之间设置太阳能循环泵(7)，所述太阳能集热板(3)所在的管路与所述用户(5)之间还设置用户循环泵(10)；所述进水回水管网上设有多个阀门，通过多个所述阀门来控制所述进水回水管网的管路走向。

2.根据权利要求1所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述进水回水管网包括第一进水管路(11)和第一回水管路(12)；

所述第一进水管路(11)的一端连接所述风冷热泵机组(2)的出口端，另一端连接所述蓄能水池(1)的进口端；所述蓄能水池(1)的出水端连接所述第一回水管路(12)，所述第一回水管路(12)的另一端连接所述风冷循环泵(6)，所述风冷循环泵(6)连接所述风冷热泵机组(2)的进口端。

3.根据权利要求2所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述进水回水管网还包括第二进水管路(15)和第二回水管路(16)；

所述第二进水管路(15)与所述第一进水管路(11)连通，所述第二回水管路(16)与所述第一回水管路(12)连通；所述第二进水管路(15)连接所述用户循环泵(10)的同时并连接所述用户(5)的进水端，所述用户(5)的回水端连接所述第二回水管路(16)。

4.根据权利要求3所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述进水回水管网还包括第三进水管路(13)和第三回水管路(14)，所述第三进水管路(13)与所述第一进水管路(11)在靠近所述蓄能水池(1)处汇合后连接至所述蓄能水池(1)，所述第三回水管路(14)从所述蓄能水池(1)处连接所述太阳能循环泵(7)，所述太阳能循环泵(7)连接所述太阳能集热板(3)的进口端。

5.根据权利要求4所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述进水回水管网还包括第四回水管路(17)和第四进水管路(18)，所述第四进水管路(18)连接在所述第一进水管路(11)上，所述第四回水管路(17)连接在所述第一回水管路(12)上；

所述第四回水管路(17)连接所述蓄能水池(1)，所述蓄能水池(1)通过第四进水管路(18)连接所述水源循环泵(8)，所述水源循环泵(8)连接水源热泵机组(4)，所述水源热泵机组(4)的出口端通过第五进水管路(19)连接所述用户(5)，所述用户(5)的回水端通过第五回水管路(20)连接所述水源热泵机组(4)的进口端。

6.根据权利要求1所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，还包括运行模式控制系统，所述运行模式控制系统包括多个控制器(9)，多个所述控制器(9)分别与所述风冷循环泵(6)、所述水源循环泵(8)、所述太阳能循环泵(7)和用户循环泵(10)电连接；所述阀门为电动阀门，所述运行模式控制系统还与所述电动阀门连接。

7.根据权利要求1所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述太阳能集热板(3)、所述风冷热泵机组(2)和水源热泵机组(4)分别为多个时，多个所述太阳能集热板(3)之间并联，多个所述风冷热泵机组(2)并联，多个水源热泵机组(4)并联。

8.根据权利要求1所述的适用于严寒地区的蓄能及供能系统，其特征在于，所述风冷热泵机组(2)与所述太阳能集热板(3)同时设置或单独设置。

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