CN219624139U - 一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于相变蓄热及热电辅助调峰技术领域，提出了一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统。本实用新型解决了集中供热系统部分换热站供热能力不足的问题，利用电动热泵消耗谷电制热，并利用相变蓄热技术将热量储存在相变蓄热器内，在热负荷高峰期，优先利用相变蓄热器内的热量供热，确保冬季供暖的可靠性，提高用户的热舒适度。相变蓄热系统具有蓄热量大、体积小、热惯性小和输出稳定的特点。相较于热水蓄热器，相变蓄热系统体积可以减小30％～50％。利用峰谷电价政策，降低系统运行费用，实现电负荷的削峰填谷，在一定程度上实现了热电联产系统的热电解耦，具有一定的环保和社会效益。

Description

一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统

技术领域

本实用新型属于相变蓄热及热电辅助调峰技术领域，提出了一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统。

背景技术

我国供热系统具有规模大、系统复杂的特点，北方城镇供暖形成了以热电联产机组、燃煤锅炉为主，其他清洁能源供暖为辅的格局。随着集中供暖面积的持续增长，热电联产机组冬季运行时受制于“以热定电”的策略，在产生大量热量的同时，也产生了大量电量，挤压了风电等的上网空间，导致机组长期在低负荷、低参数下运行，偏离额定工况，使系统运行的经济性下降。热电比不合理、机组乏汽余热利用率低等问题较为严重，不仅影响了机组的使用寿命，还造成了“三北”地区明显的弃风现象。

本实用新型通过在换热站设置电动热泵和相变蓄热器的进行补热的方式，解决集中供热系统部分二次网供热量不足的问题，保证冬季供暖的可靠性。与此同时，电动热泵消耗谷电制热，将热量储存在相变蓄热器中，实现电负荷的削峰填谷，降低了冬季供暖成本，在一定程度上实现了热电解耦。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统：夜间利用电动热泵消耗谷电制热，将热量储存在相变蓄热器中，白天一次网供热量不足时，利用相变蓄热器内的热量进行辅助供热，还可开启电动热泵机组进行补热。相变蓄热技术具有温度稳定和蓄热密度大的优点，相对于热水蓄热，具有体积小、蓄热量大等优点，尤其适用于热量供给不连续或供需不协调的工况以及现场安装空间有限的场景。相变储热作为解决热量供应时空矛盾的有效手段，是提高能源利用率的重要途径之一。相变储热分为固–液相变、液–气相变和固–气相变，其中在集中供热领域，固–液相变的相变材料存储较为便利，蓄热器所占空间较小，具有比较大的实际应用价值。

本实用新型的技术方案：

一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统，包括板式换热器1、第一变频水泵6、相变蓄热器7、第二变频水泵8、电动热泵13、二次网循环泵16和多个阀门，均设置在换热站内；

板式换热器1用于一次网与二次网的热量交换，二次网回水经二次网循环泵16加压，进入板式换热器1被加热，用于用户供暖；一次网供水进入板式换热器1进行换热；

二次网供水经过第二阀门3进入电动热泵13的冷凝器中进行加热，随后流经第三阀门4输送至第一用户14和第二用户15进行供热；二次网回水流经第八阀门12进入电动热泵13的蒸发器中进行降温后，再流经第七阀门11通过二次网循环泵16加压，进入板式换热器1进行换热；第一阀门2、第六阀门10分别位于二次网供水管路和回水管路上，用于系统旁通调节；

相变蓄热器7的进水管路和出水管路上均设置有阀门和变频水泵，变频水泵8和第五阀门9接于二次网回水管路上，变频水泵6和第四阀门5接于第三阀门4与二次网供水管路上，电动热泵13夜间消耗谷电进行制热，相变材料融化，将热量储存在相变蓄热器7中。

在供暖初期和后期，用户侧热负荷需求较小，第一阀门2开启，第二阀门3和第三阀门4关闭，电动热泵13不启动，二次网供水直接进入用户进行供热，第六阀门10开启，第七阀门11和第八阀门12关闭，二次网回水经二次网循环泵16就加压后，直接进入板式换热器1进行换热，完成循环；在供暖中期，用户侧热负荷需求较大，第一阀门2、第六阀门10关闭，二次网供水经电动热泵13加热后进行供暖。

所述的相变蓄热器7选用具有性能稳定，无毒、无腐蚀性，价格便宜等优点的石蜡作为相变蓄热材料，其分子式为C₂₄H₃₂，熔点为50.6℃，溶解热为248.7kJ/kg。蓄热时，石蜡在融化，存储潜热，放热时，石蜡凝固，释放潜热。由于固–液相变材料在使用过程中容易出现液相泄露、体积膨胀、传热效率低等问题，故本实用新型中，选取微胶囊化技术对石蜡相变蓄热材料进行封装，可有效解决上述问题，并增大传热面积，提高系统运行效率。

本实用新型的有益效果：本实用新型利用电动热泵辅助供热，夜间利用谷电进行制热，将热量存储在相变蓄热器中，白天用于辅助供热，实现电负荷的削峰填谷。本实用新型中，全部采用变频泵，自动调节供回水流量，有效降低运行能耗；利用相变蓄热技术进行蓄热，相较于热水蓄热，具有占地面积小，蓄热容量大等优点；电动热泵体积较小，具有安装方便，布置位置灵活等优点，便于换热站灵活改造；本实用新型解决了集中供热系统部分换热站供热能力不足的问题，确保冬季供暖的可靠性，提高了用户的舒适度；并在一定程度上实现了热电解耦，提高了热电联产系统的运行效率，降低了运行成本。

附图说明

图1一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统示意图。

图中：1板式换热器；2第一阀门；3第二阀门；4第三阀门；5第四阀门；6第一变频水泵；7相变蓄热器；8第二变频水泵；9第五阀门；10第六阀门；11第七阀门；12第八阀门；13电动热泵；14第一用户；15第二用户；16二次网循环泵。

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。

供暖初期和后期，用户热负荷较低时：第一阀门2和第六阀门10开启，第二阀门3、第三阀门4、第七阀门11和第八阀门12关闭，电动热泵13不启动，一次网供回水与二次网供回水在板式换热器1处进行换热，二次网供水直接进入第一用户14和第二用户15进行供暖，二次网回水流经第六阀门10，经二次网循环泵16加压后，进入板式换热器1进行换热，完成循环。

供暖中期，用户热负荷较高时，第一阀门2和第六阀门10关闭，一次网供回水与二次网供回水在板式换热器1处进行换热，二次网供水流经第二阀门3进入电动热泵13，被加热后，流经第三阀门4，进入第一用户14和第二用户15进行供暖，二次网回水流经阀门12，进入电动热泵13的蒸发器中，温度降低后，流经第七阀门11，进入板式换热器1进行换热，完成循环。

相变蓄热器有两种工作模式：

夜间蓄热时，相变蓄热器7内的冷水，被第二变频水泵8抽出，流经第五阀门9和第八阀门12，进入电动热泵13的蒸发器中被冷却，流经第七阀门11，经二次网循环泵16加压后进入板式换热器1中进行换热，二次网供水经电动热泵13加热后，流经第四阀门5，进入相变蓄热器7内，相变材料受热熔化，将潜热进行存储，完成蓄热循环。

白天放热时，相变蓄热器7中相变材料凝固，释放潜热，被加热后的热水被第一变频水泵6抽出，流经第四阀门5，与电动热泵13冷凝器中流出的热水混合后输送至第一用户14和第二用户15进行供暖，部分二次网回水流经第五阀门9，进入相变蓄热器7。

本实用新型利用阀门的启闭，实现对系统运行模式的调节，第一阀门2和第六阀门10也可进行旁通调节。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本实用新型的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

本实用新型解决了集中供热系统部分换热站供热能力不足的问题，利用电动热泵消耗谷电制热，并利用相变蓄热技术将热量储存在相变蓄热器内，在热负荷高峰期，优先利用相变蓄热器内的热量供热，确保冬季供暖的可靠性，提高用户的热舒适度。相变蓄热技术是一种可以替代传统蓄热器的新技术，它主要利用物质在固液两态变化过程中的潜热吸收和释放来实现热能的储存和输出。相变蓄热系统具有蓄热量大、体积小、热惯性小和输出稳定的特点。相较于热水蓄热器，相变蓄热系统体积可以减小30％～50％。利用峰谷电价政策，降低系统运行费用，实现电负荷的削峰填谷，在一定程度上实现了热电联产系统的热电解耦，具有一定的环保和社会效益。

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 (2)

1.一种基于相变蓄热的供热系统补热及热电辅助调峰系统，其特征在于，该供热系统补热及热电辅助调峰系统包括板式换热器(1)、第一变频水泵(6)、相变蓄热器(7)、第二变频水泵(8)、电动热泵(13)、二次网循环泵(16)和多个阀门，均设置在换热站内；

板式换热器(1)用于一次网与二次网的热量交换，二次网回水经二次网循环泵(16)加压，进入板式换热器(1)被加热，用于用户供暖；一次网供水进入板式换热器(1)进行换热；

二次网供水经过第二阀门(3)进入电动热泵(13)的冷凝器中进行加热，随后流经第三阀门(4)输送至第一用户(14)和第二用户(15)进行供热；二次网回水流经第八阀门(12)进入电动热泵(13)的蒸发器中进行降温后，再流经第七阀门(11)通过二次网循环泵(16)加压，进入板式换热器(1)进行换热；第一阀门(2)、第六阀门(10)分别位于二次网供水管路和回水管路上，用于系统旁通调节；

相变蓄热器(7)的进水管路和出水管路上均设置有阀门和变频水泵，第二变频水泵(8)和第五阀门(9)接于二次网回水管路上，第一变频水泵(6)和第四阀门(5)接于第三阀门(4)与二次网供水管路上，电动热泵(13)夜间消耗谷电进行制热，相变材料融化，将热量储存在相变蓄热器(7)中。

2.根据权利要求1所述的供热系统补热及热电辅助调峰系统，其特征在于，所述的相变蓄热器(7)选用石蜡，C₂₄H₃₂，作为相变蓄热材料，并采用微胶囊化技术对相变蓄热材料进行封装。