CN218033311U - 一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，包括蓄水池、第一污水源热泵、换热器、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区、第三采暖区、控制器，蓄水池、第一污水源热泵及换热器之间设置有用于中水输送的第一管路，第一污水源热泵、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区及第三采暖区之间设置有用于采暖水循环加热和放热的第二管路，换热器与第二污水源热泵之间设置有用于换热介质循环的第三管路。在供暖季节其热源稳定、供热效率不受极寒天气的影响，同时，能够实现连续、稳定供热。

Description

一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统

技术领域

本实用新型涉及新能源清洁供热技术领域，尤其涉及一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统。

背景技术

目前新能源清洁供热技术领域内供热形式多种多样，主要有空气源热泵供热、河水源热泵供热、地热源供热、太阳能供热等。

空气源热泵主要包含蒸发器、冷凝器、压缩机、节流装置等设备是通过电能驱动压缩机运行，制冷剂经压缩机、冷凝器压缩冷凝后进入蒸发器蒸发至气态再进入压缩机，依次循环。循环过程中制冷剂从空气中吸收低品质热，在冷凝器中释放高品质热用于加热供暖回水。空气源热泵供热系统因其主设备不受热源限制，安装灵活，在我国南方地区得到广泛应用。但其也存在一定弊端，目前主要存在以下两点问题：(1)极寒天气室外温度在-12℃以下时效率低下，低于-35℃时一般无法应用；(2)极寒天气运行时蒸发器容易结霜。

和空气源热泵供热系统不同的是，河水源热泵供热系统是以河水为热源，利用热泵技术从河水中提取热量用于加热供暖回水。目前主要受河水水温、流量等因素影响，采暖季期间无法保证稳定高效供热。

地热源供热系统是利用地热资源，通过打浅层或中深层地井，将换热介质送入地下，从土壤或地下水中吸取热量，再通过换热或热泵装置将介质中热量提取出来用于加热供暖回水。目前存在主要问题是需要定期补热，解决地下热量不平衡问题。

太阳能供热系统是指利用太阳光热能，借助太阳能集热装置，配合其他稳定性好的清洁供暖方式向用户供暖。可分为太阳能空气供暖和太阳能热水供暖2种类型。目前制约其发展的主要问题是受天气及夜间温度影响，无法稳定供应热水，需要和其他稳定清洁供热方式互补运行。

因此，如何提供一种能够规避上述四种供热系统在供热过程中存在的问题的供热系统是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，在供暖季节其热源稳定、供热效率不受极寒天气的影响，同时，能够实现连续、稳定供热。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，包括蓄水池、第一污水源热泵、换热器、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区、第三采暖区、控制器，所述蓄水池、第一污水源热泵及换热器之间设置有用于中水输送的第一管路，所述第一污水源热泵、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区及第三采暖区之间设置有用于采暖水循环加热和放热的第二管路，所述换热器与所述第二污水源热泵之间设置有用于换热介质循环的第三管路，控制器用于控制第一污水源热泵、第二污水源热泵、第一管路、第二管路及第三管路的运行。

优选地，所述第一管路包括第一水泵、第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，所述第一管道用于实现所述蓄水池与第一污水源热泵的放热源进口的连接贯通，所述第一水泵串接在所述第一管道上，所述第二管道用于实现所述第一污水源热泵的放热源出口与所述换热器的放热源进口的连接贯通，所述第三管道与所述换热器的放热源出口连接贯通，所述第四管道实现所述第三管道与所述第二管道的贯通连接，且在第四管道上串接一第一电动调节阀。

进一步地，所述第二管路包括供热管路、回水管路，所述供热管路用于实现第一污水源热泵单独或第一污水源热泵及第二污水源热泵共同向所述第一采暖区、第二采暖区和第三采暖区输送高温采暖水，所述回水管路用于将第一采暖区和第三采暖区的低温采暖水输送到所述第一污水源热泵的吸热源进口。

进一步地，所述第三管路包括第一循环泵、第五管道、第六管道，所述第五管道实现换热器的吸热源出口与第二污水源热泵的放热源进口的连接贯通，所述第一循环泵串接在第五管道上，所述第六管道实现换热器的吸热源进口与所述第二污水源热泵的放热源出口的连接贯通。

进一步地，该供热系统还包括一补水系统，所述补水系统用于向所述回水管路内补水。

优选地，所述换热器为板式换热器，且在换热器与第二污水源热泵之间循环的换热介质为乙二醇。

进一步地，所述第一采暖区和第二采暖区内的热交换器为换热片，所述第三采暖区内的热交换器为地暖管。

本实用新型的有益效果是：1、利用污水处理厂排放的中水作为热源其热源稳定且无需进行补热，继而能够保证系统的持续稳定供热；在冬季极寒天气中，污水处理厂中排放的中水温度能够保持在12.5℃左右，其内蕴含着大量低品质热量，从而可保证系统的供热效率。

2、该系统具有节能效果；热源侧系统采用两级污水源热泵对中水低品质热进行高效回收利用，实现中水热能梯级利用；传统单一污水源热泵供热系统仅能将中水提热降温至5℃左右，低于5℃时热泵蒸发器极易发生结冰、涨裂风险。而通过此两级污水源热泵供热系统回收利用中水低品质热，最低可实现中水1.5℃的超低温排放，系统热效率相比于传统单一污水源热泵供热系统提升15-25％，相当于节省了供暖电耗量。

3、该系统供热成本低；对于老旧非节能建筑供热热负荷一般在55W/㎡，传统单一污水源热泵供热系统采暖季运行COP数值为4左右，供热电价采用山东大工业用电0.68元/度，则单采暖季130天供热成本18.15元/m2。而采用此高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，在满足稳定供热标准条件下，可将老旧非节能建筑供热热负荷控制在40-45W/㎡，系统运行COP数值为4.3左右，单采暖季供热成本可控制在13.82-15.54元/m2，降低了15-25％的供热成本。

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实用新型的部分优选实施例，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为本实用新型的运行原理图；

图中：1蓄水池、2第一污水源热泵、3换热器、4第二污水源热泵、5第一采暖区、6第二采暖区、7第三采暖区、8第二污水源热泵、9水箱、10软水处理系统、101第一管道、102第二管道、103第三管道、104第四管道、105第五管道、106第六管道、107第七管道、108第八管道、109第九管道、110第十管道、111第十一管道、112第十二管道、113第十三管道、114第十四管道、115第十五管道、116第十六管道、117第十七管道、118第十八管道、119第十九管道、120第二十管道、121第二十一管道、201第一水泵、202第一循环泵、203第二水泵、204第三水泵、205第四水泵、206第五水泵、301第一电动调节阀、302第二电动调节阀、303第三电动调节阀、304第四电动调节阀、305第五电动调节阀、306第六电动调节阀。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图1，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的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似变形，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型提供了一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统(如图1所示)，包括蓄水池1、第一污水源热泵2、换热器3、第二污水源热泵4、第一采暖区5、第二采暖区6、第三采暖区7、控制器，蓄水池1用于存放污水处理厂排放的中水，中水作为该系统的热源使用，所述蓄水池1、第一污水源热泵2及换热器3之间设置有用于中水输送的第一管路，利用第一管路可实现第一污水源热泵2单独对中水进行吸热或第一污水源热泵2及换热器3共同对中水进行吸热，所述第一污水源热泵2、第二污水源热泵4、第一采暖区5、第二采暖区6及第三采暖区7之间设置有用于采暖水循环加热和放热的第二管路，继而第二管路实现供热持续循环，所述换热器3与所述第二污水源热泵4之间设置有用于换热介质循环的第三管路，第三管路用于实现换热器3热量向第二污水源热泵4的热量传递，控制器用于控制第一污水源热泵2、第二污水源热泵4、第一管路、第二管路及第三管路的运行。该系统利用污水处理厂排放的中水作为热源，其流量稳定，且不存在补热问题，从而该系统在供暖过程中，不存在河水源热泵供热系统及太阳能供热系统存在的热源、供热不稳定问题，地热源供热系统存在的补热问题；同时，中水温度在极寒天气仍能保持在12.5℃左右，其内部蕴含大量的低品质热量，继而可保证供热效率。当第一污水源热泵2及第二污水源热泵4同时进行工作时，则实现了两级污水源热泵对中水低品质热进行高效回收利用，实现中水热能梯级利用；同时中水换热温差可达10℃以上，实现热源侧小流量大温差运行模式，进一步优化了管网水力平衡，增加了管网稳定性。

在本具体实施例中，换热器3可选用板式换热器，板式换热器与第二污水源热泵4之间的换热介质为乙二醇。从第一污水源热泵2流出的中水如果直接进入到第二污水源热泵4的蒸发器内进行换热，则会存在蒸发器内中水温度过低，局部结冰、涨裂危险，无法实现低温排放工况，而本具体实施例中，将第一污水源热泵2排放的中水直接引入到板式换热器内，同时，利用乙二醇作为板式换热器与第二污水源热泵4之间的换热介质，则可直接解决局部结冰、涨裂问题。

在本具体实施例中，第一管路的具体实施方式为：所述第一管路包括第一水泵201、第一管道101、第二管道102、第三管道103和第四管道104，所述第一管道101用于实现所述蓄水池1与第一污水源热泵2的放热源进口的连接贯通，所述第一水泵201串接在所述第一管道101上，第一水泵201能够持续将蓄水池1内的中水输送到第一污水源热泵2内，所述第二管道102用于实现所述第一污水源热泵2的放热源出口与所述换热器3的放热源进口的连接贯通，所述第三管道103与所述换热器3的放热源出口连接贯通，从换热器3的放热源出口流出的中水通过第三管道103直接排放到外界，所述第四管道104实现所述第三管道103与所述第二管道102的贯通连接，且在第四管道104上串接一第一电动调节阀301。

在本具体实施例中，所述第二管路包括供热管路、回水管路，所述供热管路用于实现第一污水源热泵2单独或第一污水源热泵2及第二污水源热泵4共同向所述第一采暖区5、第二采暖区6和第三采暖区7输送高温采暖水，所述回水管路用于将第一采暖区5和第三采暖区7的低温采暖水输送到所述第一污水源热泵2的吸热源进口；第二管路具体实施方式为：其包括第七管道107、第八管道108、第九管道109、第十管道110、第十一管道111、第十二管道112、第十三管道113、第十四管道114、第十五管道115、第十六管道116、第十七管道117、第十八管道118、第十九管道119、第二十管道120、第二十一管道121、第二水泵203、第三水泵204、第四水泵205、302第二电动调节阀、303第三电动调节阀、304第四电动调节阀、305第五电动调节阀、306第六电动调节阀、第三污水源热泵8；第七管道107作为回水总管其一端与第二污水源热泵2的吸热源进口相贯通，第十管道110为第一采暖区5的回水总管其与第一采暖区5的回水口相贯通，第十四管道114为第三采暖区7的回水总管其与第三采暖区的回水口相贯通，第十管道110和第十四管道114的另一端采用并联方式与第七管道107的另一端贯通连接，第二水泵203设置在第七管道107上，且第二水泵203位于第十管道110和第十四管道114与第七管道107连接处的下游；第八管道108作为供热总管其一端与第二污水源热泵2的吸热侧出口相贯通，第九管道109为第一采暖区的供水总管，其实现第八管道108与第一采暖区5的供热口的贯通连接，第十一管道111和第十三管道113分别为第二采暖区6和第三采暖区7的供水总管，第十一管道111和第十三管道113采用并联方式与所述第八管道108贯通连接，且第十一管道111和第十三管道113与第八管道108的连接处位于第九管道109与第八管道108连接处的下游，第三水泵204设置在第八管道108上且第三水泵204用于辅助向第十一管道111和第十三管道113供水；第十二管道112为第二采暖区6的回水总管，其实现第二采暖区6回水口与第十三管道113的贯通连接，第三电动调节阀303设置在第十三管道113上，且位于第十二管道112与第十三管道113连接处的上游；第十五管道115实现第十三管道113与第十四管道114之间的贯通连接，第十六管道116实现第十五管道115与第三污水源热泵8吸热源出口的贯通连接，第十七管道117实现第十五管道与第三污水源热泵8吸热源进口的贯通连接，第四水泵205设置在第十三管道113上且第四水泵205用于辅助向第三采暖区7内供水，第四电动调节阀304和第五电动调节阀305依次设置在第十五管道115上，且第五电动调节阀305位于第十六管道116和第十五管道115连接处与第十七管道117和第十五管道115连接处之间，第四电动调节阀304位于第十六管道116和第十五管道115连接处下游，第十八管道118实现第十四管道114与第三污水源热泵8放热源出口的贯通连接，第十九管道119实现第十四管道114与第三污水源热泵8放热源进口的贯通连接，第六电动调节阀306设置在第十四管道114上，且位于第十九管道119和第十四管道114连接处与第十八管道118和第十四管道114连接处之间；第二十管道120用于实现第八管道108与第二污水源热泵吸热源出口的贯通连接，第二十一管道121用于实现第八管道108与第二污水源热泵吸热源进口的贯通连接，第二电动调节阀302设置在第八管道108上，且位于第二十一管道121和第八管道108连接处与第二十管道120和第八管道108连接处之间。

第三管路的具体实施方式为：所述第三管路包括第一循环泵202、第五管道105、第六管道106，所述第五管105道实现换热器3的吸热源出口与第二污水源热泵4的放热源进口的连接贯通，所述第一循环泵202串接在第五管道105上，所述第六管道106实现换热器3的吸热源进口与所述第二污水源热泵4的放热源出口的连接贯通。

在实际供暖过程中，为实现供暖水的稳定供应，在此，在该供热系统内还设置一用于向第七管道107补水的补水系统，补水系统包括软水处理系统10、水箱9和第五水泵206，水源利用管道向软水处理系统10供水，软水处理系统10、水箱9及第五水泵206依次通过管道相连接，软水处理系统10用于实现水的软处理，使得补水系统向供暖系统内供应的为软水，第五水泵206通过管道与第七管道107相贯通。

在实际应用过程中，控制器依据设定的控制程序实现第一污水源热泵2、换热器3、第二污水源热泵4、第二污水源热泵8、第一水泵201、第一循环泵202、第二水泵203、第三水泵204、第四水泵205、第五水泵206、第一电动调节阀301、第二电动调节阀302、第三电动调节阀303、第四电动调节阀304、第五电动调节阀305和第六电动调节阀306的运行控制，第一电动调节阀301，在采暖初末期，当所需采暖负荷较小，第一污水源热泵2就可满足热负荷不需要开第二污水源热泵4时，第一电动调节阀301全开，中水不再进行二级降温，直接排出；反之则关闭。第二电动调节阀302，在采暖初末期，当所需采暖负荷较小，第一污水源热泵2就可满足热负荷不需要开第二污水源热泵4时，第二电动调节阀302全开，采暖水不再进行二级升温，直接给小区供暖；反之则关闭。第三电动调节阀303，在采暖初末期，阀门开度调大，控制采暖水小部分进入到第二采暖区6内，极寒天气阀门开度调小，控制采暖水大部分进入第二采暖区6内。第四电动调节阀304，调节阀门开度，用以控制采暖回水进入第三采暖区7的供水混水的水量，所需热负荷交大时，阀门开度调小，反之则调大。

第五电动调节阀305和第六电动控制阀306，在采暖初末期，当所需热负荷较小时，第三污水源热泵8处于关闭状态，第五电动调节阀305和第六电动控制阀306开启，采暖水不再经过第三污水热源泵8，反之，则关闭第五电动调节阀305和第六电动控制阀306。

在实际应用中，所述第一采暖区5和第二采暖区6内的热交换器为换热片，所述第三采暖区7内的热交换器为地暖管。蓄水池1中12.5℃的中水由第一水泵201给水至第一污水源热泵2进行一级换热，换热后中水温度降至6.5℃，随后再进入板式换热器进行二级换热，该级换热后可使中水温度最低降至1.5℃，随后对外直排。在中水一级换热过程中，第一污水源热泵2供暖水是42℃进51℃出，随后再进入第二污水源热泵4进行二次加热。在中水二级换热过程中，第二污水源热泵4对51℃采暖水加热至56℃，然后，利用56℃采暖水向第一采暖区5、第二采暖区6及第三采暖区7进行供热。第一采暖区5和第二采暖区6为相邻居住小区，为更好兼顾第一采暖区5和第二采暖区6内暖气片及第三采暖区7内地暖管对供暖不同给水温度的需求，直供第二采暖区6的56℃供暖水给用户供暖后回水与少部分的56℃供暖水混合至48℃后再供第三采暖区7，第三采暖区回水温度控制在42℃左右。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

以上所述结合附图对本实用新型的优选实施方式和实施例作了详述，但是本实用新型并不局限于上述实施方式和实施例，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构思的前提下，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 (7)

1.一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，包括蓄水池、第一污水源热泵、换热器、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区、第三采暖区、控制器，所述蓄水池、第一污水源热泵及换热器之间设置有用于中水输送的第一管路，所述第一污水源热泵、第二污水源热泵、第一采暖区、第二采暖区及第三采暖区之间设置有用于采暖水循环加热和放热的第二管路，所述换热器与所述第二污水源热泵之间设置有用于换热介质循环的第三管路，控制器用于控制第一污水源热泵、第二污水源热泵、第一管路、第二管路及第三管路的运行。

2.根据权利要求1所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，所述第一管路包括第一水泵、第一管道、第二管道、第三管道和第四管道，所述第一管道用于实现所述蓄水池与第一污水源热泵的放热源进口的连接贯通，所述第一水泵串接在所述第一管道上，所述第二管道用于实现所述第一污水源热泵的放热源出口与所述换热器的放热源进口的连接贯通，所述第三管道与所述换热器的放热源出口连接贯通，所述第四管道实现所述第三管道与所述第二管道的贯通连接，且在第四管道上串接一第一电动调节阀。

3.根据权利要求2所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，所述第二管路包括供热管路、回水管路，所述供热管路用于实现第一污水源热泵单独或第一污水源热泵及第二污水源热泵共同向所述第一采暖区、第二采暖区和第三采暖区输送高温采暖水，所述回水管路用于将第一采暖区和第三采暖区的低温采暖水输送到所述第一污水源热泵的吸热源进口。

4.根据权利要求3所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，所述第三管路包括第一循环泵、第五管道、第六管道，所述第五管道实现换热器的吸热源出口与第二污水源热泵的放热源进口的连接贯通，所述第一循环泵串接在第五管道上，所述第六管道实现换热器的吸热源进口与所述第二污水源热泵的放热源出口的连接贯通。

5.根据权利要求4所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，该供热系统还包括一补水系统，所述补水系统用于向所述回水管路内补水。

6.根据权利要求1所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，所述换热器为板式换热器，且在换热器与第二污水源热泵之间循环的换热介质为乙二醇。

7.根据权利要求6所述的一种高效梯级利用污水低品质热的大温差清洁供热系统，其特征是，所述第一采暖区和第二采暖区内的热交换器为换热片，所述第三采暖区内的热交换器为地暖管。

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