CN217178686U - 一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于蓄能技术领域，提出了一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，包括供热管网、分布式蓄热系统和太阳能蓄热与供热系统。分布式蓄热系统设置于用户侧附近，将太阳能与分布式蓄热系统相结合，有效实现了对用户供热调节的快速响应，更容易实现供需的平衡和动态的调控，同时也提升太阳能可再生能源的供热占比，降低供热系统碳排放。本实用新型分布式蓄热系统具有调节迅速、灵活性强的特点，既满足供热调峰和低碳供热的需要，又实现精准供热；同时起到增加供热可靠性，降低热损失的作用。其中一方案单独设置热水罐和冷水罐，在释冷、释热的过程中减少水的扰动以充分利用能量。综上，本系统兼具经济效益和环境效益。

Description

一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统

技术领域

本实用新型属于蓄能技术领域，特别涉及一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统。

背景技术

集中供热系统成为我国城镇供热系统的首选形式，但目前我国大部分的集中供热系统运行效率仍然较低，热源紧张以及环境污染问题也需要进一步改善。受室外气温和用户行为习惯因素的影响，整个供暖季用户侧热负荷波动明显，但热源的供热量很难随着负荷的变化而迅速调整，导致供给侧与需求侧热负荷失调。为了解决热能供需不匹配问题，蓄热技术得到了应用。目前设置在热源处的集中蓄热系统受到了更多的关注，但供需不平衡的主要矛盾在于用户侧热负荷的波动，而且随着供热管网规模的扩大，集中蓄热虽然能够削峰填谷，但其远离用户，存在很大的输送延迟，调节延滞效应大、灵活性差，很难做到负荷和用户需求的及时匹配。同时为了解决日益严重的能源消耗问题，早日实现节能减排的目标，太阳能作为一种十分重要的清洁可再生资源，其应用研究，已经成为学术界关注的问题。而将太阳能与蓄热系统相结合还存在很大的空白。

分布式蓄热系统是将蓄热罐放置在二次网侧，可以位于换热站内，也可以位于单独的建筑物、构筑物或地下室内，由于更靠近用户，除了发挥削峰填谷的作用外，可以很快对负荷的变化进行反应，调整流量，快速地对用户进行调节更容易实现供需的平衡和动态调控。热延迟现象会得到很好的改善，蓄热罐的设置可以充分考虑换热站所覆盖的热负荷类型及换热站所处位置以便因地制宜，更好地发挥其蓄热效果。另一方面，分布式蓄热系统与太阳能资源可以有多种方式结合，既可以直接利用太阳能的热量加热蓄热罐的冷水，又可以利用光伏发电技术通过电加热器加热蓄热罐的冷水完成系统供热，同时采用双蓄热罐设置，在释冷、释热的过程中减少水的扰动以充分利用可再生能源的热量。

鉴于上述问题，设计一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统。该系统具有调节迅速、灵活性强的特点，既满足供热调峰和低碳供热的需要，又实现精准供热。其次，分布式蓄热系统还可以起到增加供热可靠性，降低热损失的作用。同时能为太阳能资源的利用提供空间，提高可再生能源供热占比，兼具经济效益和环境效益。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统。以解决上述背景技术中提出的集中式蓄热系统延滞效应大、灵活性差且无法进行精准调控和充分利用分散可再生能源的缺点。

本实用新型的技术方案：一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，包括供热管网、分布式蓄热系统和太阳能蓄热与供热系统1；

供热管网包括一次供热管网和二次供热管网，二者通过各个换热站3换热；

分布式蓄热系统包括分布式蓄热罐2、阀门和循环水泵；

太阳能蓄热与供热系统1为太阳能集热器5或太阳能光伏板18；

分布式蓄热罐2为分层型蓄热罐6，或为高温蓄热罐20与低温蓄热罐21串联连接的双罐系统；

太阳能蓄热与供热系统1通过三种连接方式连接分布式蓄热罐2，分布式蓄热罐2通过阀门和循环水泵接入一次供热管网；热源通过一次供热管网输送热量至各个换热站3处，换热站3通过二次供热管网将热量输送至各个采暖建筑4。

所述三种连接方式中，第一种连接方式为太阳能集热器5输出端通过太阳能供热阀门9接入分层型蓄热罐6的热水端，太阳能集热器5输入端通过太阳能供热循环水泵8接入分层型蓄热罐6的冷水端，形成一加热供暖水回路；太阳能集热器5处设置温度传感器17用于监测其温度；分层型蓄热罐6的热水端出入口分为两支路，分别过释热循环水泵11和第二阀门12后汇合，过第一阀门10接入一次供热管网的供热端；分层型蓄热罐6的冷水端出入口分为两支路，分别过蓄热循环水泵13和第三阀门14后汇合，过第四阀门15接入一次供热管网的回水端；

所述三种连接方式中，第二种连接方式为多片太阳能光伏板18连接分层型蓄热罐6内设的电加热器19；分层型蓄热罐6的热水端出入口分为两支路，分别过释热循环水泵11和第二阀门12后汇合，过第一阀门10接入一次供热管网的供热端；分层型蓄热罐6的冷水端出入口分为两支路，分别过蓄热循环水泵13和第三阀门14后汇合，过第四阀门15接入一次供热管网的回水端；

所述的分层型蓄热罐6为圆柱形，双罐系统中蓄热罐形状为圆柱形或方形，分层型蓄热罐6罐体内部含保温层，以热网水为储热介质。

所述三种连接方式中，第三种连接方式为太阳能光伏板18连接高温蓄热罐20内的电加热器19，加热热水；低温蓄热罐21出入口依次过蓄热罐间循环水泵22和蓄热罐间阀门23后进入至高温蓄热罐20出入口；高温蓄热罐20出入口依次过高温蓄热罐循环水泵25和高温蓄热罐阀门24接入一次供热管网的供热端；低温蓄热罐21出入口管路上设有低温蓄热罐循环水泵26和低温蓄热罐阀门27，并接入一次供热管网的回水端；

所述换热站3内设的换热器7位于供热端和回水端间，用于将热量通过二次供热管网供热至采暖建筑4。

所述分布式蓄热罐2设置在靠近用户处，如各个换热站3内，或位于单独的建筑物、构筑物或地下室内，分布式蓄热罐2通过阀门和循环水泵接入供热管网，通过换热器7给采暖建筑4供热。

所述供水温度不高于100℃。

本实用新型的有益效果：本实用新型将蓄热罐设置在二次网用户附近，可位于换热站内，单独的建筑物、构筑物或地下室内，并通过合理的设置将太阳能与分布式蓄热系统相结合，有效实现了对用户供热调节的快速响应，更容易实现供需的平衡和动态的调控，同时也提升太阳能可再生能源的供热占比，降低供热系统碳排放。本实用新型分布式蓄热系统具有调节迅速、灵活性强的特点，既满足供热调峰和低碳供热的需要，又实现精准供热。其次，分布式蓄热系统还可以起到增加供热可靠性，降低热损失的作用；另外与太阳能相结合也一定程度上解决了能源消耗问题，有助于早日实现节能减排的目标。系统的双罐方案单独设置热水罐和冷水罐，在释冷、释热的过程中减少水的扰动以充分利用能量。综上，本系统兼具经济效益和环境效益。

附图说明

图1是本实用新型结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统整体示意图。

图2为采用太阳能集热器的形式与太阳能结合的分布式蓄热系统图。

图3为采用太阳能光伏板的形式与太阳能结合的单罐分布式蓄热系统图。

图4为采用太阳能光伏板的形式与太阳能结合的双罐分布式蓄热系统图。

图中：1太阳能蓄热与供热系统；2分布式蓄热罐；3换热站；4采暖建筑；5太阳能集热器；6分层型蓄热罐；7换热器；8太阳能供热循环水泵；9太阳能供热阀门；10第一阀门；11释热循环水泵；12第二阀门；13蓄热循环水泵；14第三阀门；15第四阀门；16二次供热管网变频水泵；17温度传感器；18太阳能光伏板；19电加热器；20高温蓄热罐；21低温蓄热罐；22蓄热罐间循环水泵；23蓄热罐间阀门；24高温蓄热罐阀门；25高温蓄热罐循环水泵；26低温蓄热罐循环水泵；27低温蓄热罐阀门。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，包括：供热管网、分布式蓄热系统和太阳能蓄热与供热系统1，所述分布式蓄热系统和供热管网相连，所述太阳能蓄热与供热系统1连接分布式蓄热系统。

所述分布式蓄热系统包括分布式蓄热罐2、阀门和循环水泵，分布式蓄热罐2设置在靠近二次网侧用户处，如各个换热站3内，也可以位于单独的建筑物、构筑物或地下室内，分布式蓄热罐2通过阀门和循环水泵接入供热管网，通过换热器7给采暖建筑4供热。

所述太阳能蓄热与供热系统1有三种连接方式，第一种采用太阳能集热器5的形式，其冷水端和热水端分别通过阀门和循环水泵接入分布式蓄热罐2；第二种利用太阳能光伏板18发电通过电加热器19直接加热分层型蓄热罐6的热水端；第三种采用双罐系统，太阳能光伏板18发电通过电加热器19直接加热高温蓄热罐20的热水，通过阀门和循环水泵与低温蓄热罐21串联连接。

如图1所示，热源供给的热量通过一次供热管网输送到各个换热站3处，再由换热站3通过二次供热管网输送到各个采暖建筑4，分布式蓄热罐2设置在各个换热站3处，更加靠近热用户。分布式蓄热系统对所设置的换热站3覆盖的二次网热用户进行调节具有调节范围小、灵活性强的特点，热延迟现象会得到很好的改善，而且分布式蓄热罐2的设置可以充分考虑换热站3所覆盖的热负荷类型及换热站所处位置以便因地制宜，更好地发挥其蓄热效果。阳能蓄热与供热系统1通过不同的方式与分布式蓄热系统相结合，一定程度上解决了能源消耗问题，提升了对太阳能这种可再生能源的消纳量，有助于早日实现节能减排的目标。同时进一步的设置双罐系统，在释冷、释热的过程中减少水的扰动以充分利用能量，保证了出水温度。

图2中分层型蓄热罐6以直接连接的方式与一次供热管网相连，采用圆柱形设计，罐体内部含保温层，以热网水为储热介质，分层型蓄热罐6通过换热器7以间接连接的方式与二次供热管网相连给采暖建筑4供热。太阳能集热器5通过太阳能供热循环水泵8、太阳能供热阀门9与分层型蓄热罐6形成一回路加热供暖水。太阳能集热器5设置温度传感器17监测其温度，并设置相应条件控制供暖水进入分层型蓄热罐6，二次供热管网变频水泵16长时间保持运行供给采暖建筑4所需热量。运行过程如下：

优先利用太阳能蓄热与供热系统1；

太阳能与供热系统蓄热模式：当日照充分时，打开太阳能供热循环水泵8，关闭太阳能供热阀门9、第一阀门10、释热循环水泵11、第二阀门12、蓄热循环水泵13、第三阀门14、第四阀门15，分层型蓄热罐6的冷水进入太阳能集热器5中加热完成蓄热。

太阳能蓄热与供热系统释热模式：当太阳能集热器5中的供暖水达到一定温度时经温度传感器17监测，打开太阳能供热循环水泵8、太阳能供热阀门9，关闭第一阀门10、释热循环水泵11、第二阀门12、蓄热循环水泵13、第三阀门14、第四阀门15，太阳能集热器5中加热完成供暖水进入分层型蓄热罐6中等待供热，当太阳能集热器5中的供暖水经温度传感器17监测降低到一定温度时，关闭太阳能供热循环水泵8、太阳能供热阀门9，防止太阳能供水温度小于系统回水温度时接入分层型蓄热罐6给系统降温。

分布式蓄热系统蓄热模式：当换热站3供给的热量大于采暖建筑4用户热负荷且太阳能蓄热与供热系统1不处于蓄放热模式时，分层型蓄热罐6蓄热，打开第一阀门10、第二阀门12、蓄热循环水泵13、第四阀门15，关闭释热循环水泵11、第三阀门14、太阳能供热循环水泵8、太阳能供热阀门9，一次供热管网热水进入分层型蓄热罐6。分层型蓄热罐6底部的冷水经蓄热循环水泵13输出罐体，进入一次供热管网回水管道。

分布式蓄热系统释热模式：当换热站3供给的热量小于采暖建筑4用户热负荷且太阳能蓄热与供热系统1不处于蓄放热模式时，分层型蓄热罐6释热，打开第一阀门10、第三阀门14、释热循环水泵11、第四阀门15，关闭蓄热循环水泵13、第二阀门12、太阳能供热循环水泵8、太阳能供热阀门9。由一次供热管网以及太阳能蓄热与供热系统1储存的热水经释热循环水泵11输出罐体，通过换热器7向采暖建筑4供热。

图3中分层型蓄热罐6以直接连接的方式与一次供热管网相连，采用圆柱形设计，罐体内部含保温层，以热网水为储热介质，分层型蓄热罐6通过换热器7以间接连接的方式与二次供热管网相连给采暖建筑4供热。太阳能光伏板18通过电加热器19加热分层型蓄热罐6的供暖水。二次供热管网变频水泵16长时间保持运行供给采暖建筑4所需热量。

运行过程如下：

优先利用太阳能蓄热与供热系统1，当分层型蓄热罐6中的供暖水温度下降到一定温度时，外接太阳能光伏板18，打开电加热器19，关闭第一阀门10、释热循环水泵11、第二阀门12、蓄热循环水泵13、第三阀门14、第四阀门15，分层型蓄热罐6的冷水被电加热器19加热完成蓄热；当分层型蓄热罐6中的供暖水达到一定温度时，关闭电加热器19等待供热。

分布式蓄热系统蓄热模式：当换热站3供给的热量大于采暖建筑4用户热负荷且太阳能蓄热与供热系统不处于蓄热模式时，分层型蓄热罐6蓄热，打开第一阀门10、第二阀门12、蓄热循环水泵13、第四阀门14，关闭释热循环水泵11、第三阀门14，一次供热管网热水进入分层型蓄热罐6。分层型蓄热罐6底部的冷水经蓄热循环水泵13输出罐体，进入一次供热管网回水管道。

分布式蓄热系统释热模式：当换热站3供给的热量小于采暖建筑4用户热负荷且太阳能蓄热与供热系统1不处于蓄热模式时，分层型蓄热罐6释热，打开第一阀门10、第三阀门14、释热循环水泵11、第四阀门15，关闭蓄热循环水泵13、第二阀门12。由一次供热管网以及太阳能蓄热与供热系统1储存的热水经释热循环水泵11输出罐体，通过换热器7向采暖建筑4供热。

图4中高温蓄热罐20与低温蓄热罐21通过蓄热罐间循环水泵22、蓄热罐间阀门23串联连接，双罐系统以直接连接的方式与一次供热管网相连，采用圆柱形设计，双罐系统以间接连接的方式与二次供热管网相连给采暖建筑4供热。太阳能光伏板18通过电加热器19加热高温蓄热罐20的供暖水。二次供热管网变频水泵16长时间保持运行供给采暖建筑4所需热量。

运行过程如下：

优先利用太阳能蓄热与供热系统1，太阳能蓄热与供热系统蓄热模式：当蓄热罐需要蓄热时，关闭高温蓄热罐阀门24、高温蓄热罐循环水泵25、低温蓄热罐循环水泵26、低温蓄热罐阀门27，打开蓄热罐间循环水泵22、蓄热罐间阀门23，先将低温蓄热罐21中的供暖回水送到高温蓄热罐20中，当送达高温蓄热罐20的供暖水满足要求后，关闭蓄热罐间循环水泵22、蓄热罐间阀门23，打开电加热器19，加热高温蓄热罐20中的供暖水，当高温蓄热罐20中的供暖水达到一定温度时，关闭电加热器19等待供热。

太阳能蓄热与供热系统释热模式：需高温蓄热罐20的热水供暖时，打开高温蓄热罐阀门24、高温蓄热罐循环水泵25，关闭低温蓄热罐循环水泵26、低温蓄热罐阀门27、蓄热罐间循环水泵20、蓄热罐间阀门23，高温蓄热罐20中储存的热水经高温蓄热罐循环水泵25输出罐体，通过换热器7向采暖建筑4供热，当供热完成后，关闭高温蓄热罐阀门24、高温蓄热罐循环水泵25，打开低温蓄热罐循环水泵26、低温蓄热罐阀门27，将一次供热管网回水管道中的回水送至低温蓄热罐21中，等待送入高温蓄热罐20中用太阳能光伏板18及电加热器19加热。

分布式蓄热系统蓄热模式：当换热站3供给的热量大于采暖建筑4用户热负荷且太阳能蓄热与供热系统1不处于蓄放热模式时，高温蓄热罐20蓄热，打开高温蓄热罐阀门24、高温蓄热罐循环水泵25，关闭低温蓄热罐循环水泵26、低温蓄热罐阀门27、蓄热罐间循环水泵22、蓄热罐间阀门23，一次供热管网热水进入高温蓄热罐20。

分布式蓄热系统释热模式：当换热站3供给的热量小于采暖建筑4用户负荷且太阳能蓄热与供热系统1不处于蓄放热模式时，高温蓄热罐20释热，打开高温蓄热罐阀门24、高温蓄热罐循环水泵25，关闭低温蓄热罐循环水泵26、低温蓄热罐阀门27、蓄热罐间循环水泵22、蓄热罐间阀门23。由一次供热管网储存的热水经高温蓄热罐循环水泵25输出罐体，通过换热器7向采暖建筑4供热。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，其特征在于，该结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统包括供热管网、分布式蓄热系统和太阳能蓄热与供热系统（1）；

供热管网包括一次供热管网和二次供热管网，二者通过各个换热站（3）换热；

分布式蓄热系统包括分布式蓄热罐（2）、阀门和循环水泵；

太阳能蓄热与供热系统（1）为太阳能集热器（5）或太阳能光伏板（18）；

分布式蓄热罐（2）为分层型蓄热罐（6），或为高温蓄热罐（20）与低温蓄热罐（21）串联连接的双罐系统；

太阳能蓄热与供热系统（1）通过三种连接方式连接分布式蓄热罐（2），分布式蓄热罐（2）通过阀门和循环水泵接入一次供热管网；热源通过一次供热管网输送热量至各个换热站（3）处，换热站（3）通过二次供热管网将热量输送至各个采暖建筑（4）。

2.根据权利要求1所述的结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，其特征在于，所述三种连接方式中，第一种连接方式为太阳能集热器（5）输出端通过太阳能供热阀门（9）接入分层型蓄热罐（6）的热水端，太阳能集热器（5）输入端通过太阳能供热循环水泵（8）接入分层型蓄热罐（6）的冷水端，形成一加热供暖水回路；太阳能集热器（5）处设置温度传感器（17）用于监测其温度；分层型蓄热罐（6）的热水端出入口分为两支路，分别过释热循环水泵（11）和第二阀门（12）后汇合，过第一阀门（10）接入一次供热管网的供热端；分层型蓄热罐（6）的冷水端出入口分为两支路，分别过蓄热循环水泵（13）和第三阀门（14）后汇合，过第四阀门（15）接入一次供热管网的回水端；换热站（3）内设的换热器（7）位于供热端和回水端间，用于将热量通过二次供热管网供热至采暖建筑（4）。

3.根据权利要求1所述的结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，其特征在于，所述三种连接方式中，第二种连接方式为多片太阳能光伏板（18）连接分层型蓄热罐（6）内设的电加热器（19）；分层型蓄热罐（6）的热水端出入口分为两支路，分别过释热循环水泵（11）和第二阀门（12）后汇合，过第一阀门（10）接入一次供热管网的供热端；分层型蓄热罐（6）的冷水端出入口分为两支路，分别过蓄热循环水泵（13）和第三阀门（14）后汇合，过第四阀门（15）接入一次供热管网的回水端；换热站（3）内设的换热器（7）位于供热端和回水端间，用于将热量通过二次供热管网供热至采暖建筑（4）。

4.根据权利要求1、2或3所述的结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，其特征在于，所述的分层型蓄热罐（6）为圆柱形，双罐系统中蓄热罐形状为圆柱形或方形，分层型蓄热罐（6）罐体内部含保温层，以热网水为储热介质。

5.根据权利要求1所述的结合太阳能的分布式蓄热清洁供热系统，其特征在于，所述三种连接方式中，第三种连接方式为太阳能光伏板（18）连接高温蓄热罐（20）内的电加热器（19），加热热水；低温蓄热罐（21）出入口依次过蓄热罐间循环水泵（22）和蓄热罐间阀门（23）后进入至高温蓄热罐（20）出入口；高温蓄热罐（20）出入口依次过高温蓄热罐循环水泵（25）和高温蓄热罐阀门（24）接入一次供热管网的供热端；低温蓄热罐（21）出入口管路上设有低温蓄热罐循环水泵（26）和低温蓄热罐阀门（27），并接入一次供热管网的回水端；换热站（3）内设的换热器（7）位于供热端和回水端间，用于将热量通过二次供热管网供热至采暖建筑（4）。

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