CN220205866U - 联合供能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种联合供能系统，属于能源技术领域。所述联合供能系统包括：废气源热泵系统，所述废气源热泵系统包括废气源换热输入端和第一供热输出端；地源热泵系统，所述地源热泵系统包括地源换热输入端和第二供热输出端，所述第一供热输出端和所述地源换热输入端可选择地连接或断开；用户侧，所述用户侧与所述第一供热输出端以及所述第二供热输出端连接。所述联合供能系统通过废气源热泵系统的第一供热输出端和地源热泵系统的地源换热输入端可选择地连接或断开，废气源热泵为地源热泵补热，显著改善地源热泵土壤热不平衡问题，废气源热泵系统和地源热泵系统联合供能，提高供能的稳定性。

Description

联合供能系统

技术领域

本申请属于能源技术领域，尤其涉及一种联合供能系统。

背景技术

地埋管地源热泵系统作为工程中最为常用的蒸汽压缩式热泵系统之一，以土壤为冷热源，具有良好的供热供冷性能。

实际应用中，用户侧的冷热负荷比例不一，当地埋管地源热泵系统应用在全年室外平均温度较低的地区时，由于建筑供热负荷明显大于供冷负荷，一年中地埋管地源热泵系统冬季从土壤中累计取热量大于夏季向土壤的排热量，系统长年运行会导致土壤温度越来越低，地源热泵机组的供暖性能变差甚至不能运行；当地埋管地源热泵系统应用在全年室外平均温度较高的地区时，会导致土壤温度越来越高，地源热泵机组的供冷性能变差，即地源热泵容易出现全年土壤热不平衡的问题。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种联合供能系统，通过废气源热泵为地源热泵补热，可显著改善地源热泵土壤热不平衡问题。

本申请提供了一种联合供能系统，包括：

废气源热泵系统，所述废气源热泵系统包括废气源换热输入端和第一供热输出端；

地源热泵系统，所述地源热泵系统包括地源换热输入端和第二供热输出端，所述第一供热输出端和所述地源换热输入端可选择地连接或断开；

用户侧，所述用户侧与所述第一供热输出端以及所述第二供热输出端连接。

根据本申请的联合供能系统，通过废气源热泵系统的第一供热输出端和地源热泵系统的地源换热输入端可选择地连接或断开，废气源热泵为地源热泵补热，显著改善地源热泵土壤热不平衡问题，废气源热泵系统和地源热泵系统联合供能，提高供能的稳定性。

根据本申请的一个实施例，所述废气源热泵系统包括依次连接的第一换热器、第一压缩机、第二换热器和第一膨胀阀，所述第一换热器的气体入口为所述废气源换热输入端，所述第二换热器的供热介质出口为所述第一供热输出端。

根据本申请的一个实施例，所述第一换热器的气体入口设有气体挡板，所述气体挡板用于导通或封闭所述第一换热器的气体管道。

根据本申请的一个实施例，所述第一换热器为热管换热器，所述热管换热器的热管管外翅片结构为轴对称单列纵向直肋翅片。

根据本申请的一个实施例，还包括：

储热装置，所述储热装置的输入端与所述第一供热输出端连接，所述储热装置用于存储供热介质，所述储热装置的输出端可选择地与所述地源换热输入端连接或断开。

根据本申请的一个实施例，所述储热装置的输出端与所述用户侧连接，在所述储热装置的供给量大于所述用户侧的需求量的情况下，所述储热装置的输出端与所述地源换热输入端连接。

根据本申请的一个实施例，所述地源热泵系统包括依次连接的第三换热器、第二压缩机、第四换热器和第二膨胀阀，所述第三换热器的地源入口为所述地源换热输入端，所述第四换热器的供热介质出口为所述第二供热输出端。

根据本申请的一个实施例，所述地源热泵系统还包括：

四通换向阀，所述四通换向阀的四个接口分别与所述第三换热器的换热介质出口、所述第二压缩机的入口、所述第四换热器的换热介质入口以及所述第二压缩机的出口连接。

根据本申请的一个实施例，所述用户侧包括第一用户侧和第二用户侧，所述第一供热输出端与所述第一用户侧连接，所述第二供热输出端与所述第二用户侧连接。

根据本申请的一个实施例，所述废气源换热输入端的废气源为水泥窑低温废气。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例提供的联合供能系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的联合供能系统供能的流程示意图。

附图标记：

废气源热泵系统100，第一换热器110，气体挡板112，第一压缩机120，第二换热器130，第一膨胀阀140，

地源热泵系统200，第三换热器210，第二压缩机220，第四换热器230，第二膨胀阀240，

储热装置300，第一用户侧410，第二用户侧420，

第一阀门511，第二阀门512，第三阀门513，第四阀门514，第五阀门515，第六阀门516，四通换向阀517，第八阀门518，

第一水泵521，第二水泵522，第三水泵523，第四水泵524。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

相关技术中，针对地源热泵全年土壤热不平衡的问题，常将太阳能集热器与地埋管结合使用，缓解地源热泵冷堆积，但太阳能的能流密度低，且因地而异、因时而变，具有间歇性、不可靠性和不稳定性，无法有效解决地源热泵土壤热不平衡的问题。

下面参考图1-图2描述根据本申请实施例的联合供能系统。

本申请实施例的联合供能系统，使用以废气为冷热源的废气源热泵和以地源为冷热源的地源热泵进行联合供能，废气源热泵所使用的废气流量大、稳定性高，可以有效解决地源热泵土壤热不平衡的问题。

如图1所示，联合供能系统包括：废气源热泵系统100、地源热泵系统200和用户侧。

废气源热泵系统100包括废气源换热输入端和第一供热输出端。

其中，废气源换热输入端是废气输入的位置，废气源热泵系统100利用废气的余热进行换热，第一供热输出端是供热介质输出的位置，废气源热泵系统100提供的供热介质可以输出给用户侧使用。

在一些实施例中，废气源换热输入端的废气源为水泥窑低温废气。

水泥窑低温废气指水泥厂窑头、窑尾余热发电系统的余热锅炉利用之后，从余热锅炉出口排出的温度在100℃-200℃的废气，这部分废气总流量大、温度水平低，可回收余热潜力巨大，但含尘浓度高及腐蚀性强。

在实际执行中，进入废气源热泵系统100进行换热的废气需要除尘后排出。

地源热泵系统200包括地源换热输入端和第二供热输出端。

其中，地源换热输入端是地源输入的位置，地源热泵系统200利用地源作为冷热源进行换热，第二供热输出端是供热介质输出的位置，地源热泵系统200提供的供热介质可以输出给用户侧使用。

在实际执行中，地源热泵系统200可以为地埋管式地源热泵，其地源换热输入端为地埋管循环水的输入口，地源热泵系统200还设有地埋管循环水的输出口。

在该实施例中，用户侧与第一供热输出端以及第二供热输出端连接，地源热泵系统200和废气源热泵系统100都可以制冷制热供给用户侧，地源热泵系统200和废气源热泵系统100联合供能。

需要说明的是，废气源热泵系统100的第一供热输出端和地源热泵系统200的地源换热输入端可选择地连接或断开。

当废气源热泵系统100的第一供热输出端和地源热泵系统200的地源换热输入端连接时，废气源热泵系统100可以为地源热泵系统200补热，有效解决地源热泵土壤热不平衡问题。

在实际执行中，第一供热输出端和地源换热输入端之间连接或断开，可以根据联合供能系统的使用场景进行选择，即联合供能系统可以提供多种供能方式。

例如，在春秋季，废气源热泵系统100供热水给用户侧，废气源热泵系统100的第一供热输出端和地源热泵系统200的地源换热输入端连接，将废气源热泵系统100的部分热量通过地源热泵系统200储存到土壤中，缓解土壤热不平衡问题。

在夏季，废气源热泵系统100供热水给用户侧，地源热泵系统200供冷给用户侧，地源热泵系统200和废气源热泵系统100联合为用户供能。

在冬季，废气源热泵系统100的一部分热水供给用户侧，废气源热泵系统100的第一供热输出端和地源热泵系统200的地源换热输入端连接，废气源热泵系统100的另一部分热水供给地源热泵系统200，为地源热泵系统200补热，与地源热泵系统200联合供暖到用户侧。

根据本申请实施例提供的联合供能系统，通过废气源热泵系统100的第一供热输出端和地源热泵系统200的地源换热输入端可选择地连接或断开，废气源热泵为地源热泵补热，显著改善地源热泵土壤热不平衡问题，废气源热泵系统100和地源热泵系统200联合供能，提高供能的稳定性。

在一些实施例中，废气源热泵系统100包括依次连接的第一换热器110、第一压缩机120、第二换热器130和第一膨胀阀140。

其中，第一换热器110的气体入口为废气源换热输入端，第二换热器130的供热介质出口为第一供热输出端。

第一换热器110是和废气进行换热的换热器，第二换热器130是和废气源热泵系统100的供热介质进行换热的换热器。

在实际执行中，传热介质依次经过第一换热器110、第一压缩机120、第二换热器130和第一膨胀阀140进行传热，实现废气源热泵系统100的热泵功能。

在一些实施例中，第一换热器110的气体入口设有气体挡板112，气体挡板112用于导通或封闭第一换热器110的气体管道。

在该实施例中，气体挡板112通过完全导通、部分导通或封闭气体管道，可以调节第一换热器110的气体流速。

可以理解的是，废气源热泵系统100所用的废气可能含有灰尘颗粒，气体挡板112通过完全导通、部分导通或封闭气体管道，利用气体聚流来进行吹灰，废气中的灰尘颗粒在重力作用下下落，减少第一换热器110的积灰。

在一些实施例中，第一换热器110为热管换热器，热管换热器的热管管外翅片结构为轴对称单列纵向直肋翅片。

其中，在热管换热器的热管管外设置轴对称单列纵向直肋翅片，翅片结构简单，制作方便，相对肋化比低，不易积灰。

在实际执行中，废气源热泵系统100可以采用热管管外翅片结构为轴对称单列纵向直肋翅片的热管换热器，并在气体入口设置气体挡板112，利用气体挡板112调节气体流速以及聚流吹灰，减轻热管换热器的积灰问题。

在一些实施例中，联合供能系统还可以包括储热装置300。

在该实施例中，储热装置300的输入端与第一供热输出端连接，储热装置300用于存储供热介质，储热装置300的输出端可选择地与地源换热输入端连接或断开。

储热装置300可以将废气源热泵系统100输出的供热介质进行存储，储热装置300的输出端与地源换热输入端连接时，废气源热泵系统100可以通过储热装置300内的供热介质为地源热泵系统200补热。

在一些实施例中，储热装置300的输出端与用户侧连接，在储热装置300的供给量大于用户侧的需求量的情况下，储热装置300的输出端与地源换热输入端连接。

储热装置300的输出端与用户侧连接，储热装置300存储的供热介质供给用户侧使用，当储热装置300的供给量大于用户侧的需求量时，储热装置300的输出端与地源换热输入端连接，储热装置300的供热介质进入地源热泵系统200，可以通过地源热泵系统200进行土壤热量储存。

在实际执行中，储热装置300可以为储热水箱，废气源热泵系统100输出的供热介质为热水，废气源热泵系统100输出热水至储热水箱进行存储。

在一些实施例中，地源热泵系统200包括依次连接的第三换热器210、第二压缩机220、第四换热器230和第二膨胀阀240。

其中，第三换热器210的地源入口为地源换热输入端，第四换热器230的供热介质出口为第二供热输出端。

第三换热器210是和地源进行换热的换热器，第四换热器230是和地源热泵系统200的供热介质进行换热的换热器。

在实际执行中，传热介质依次经过第三换热器210、第二压缩机220、第四换热器230和第二膨胀阀240进行传热，实现地源热泵系统200的热泵功能。

在一些实施例中，地源热泵系统200还包括四通换向阀517。

在该实施例中，四通换向阀517的四个接口分别与第三换热器210的换热介质出口、第二压缩机220的入口、第四换热器230的换热介质入口以及第二压缩机220的出口连接，通过四通换向阀517的切换来实现地源热泵系统200制冷制热模式的转换。

需要说明的是，地源热泵系统200可以为用户侧提供制冷或制热功能，废气源热泵系统100利用废气余热为用户侧提供制热功能。

在一些实施例中，用户侧包括第一用户侧410和第二用户侧420，第一供热输出端与第一用户侧410连接，第二供热输出端与第二用户侧420连接。

在该实施例中，废气源热泵系统100和地源热泵系统200分别连接第一用户侧410和第二用户侧420，通过不同的用户设备，实现不同的热泵功能实现。

例如，地源热泵系统200连接第二用户侧420，可以为第二用户侧420提供制冷或制热功能，废气源热泵系统100连接第一用户侧410，可以为第一用户侧410提供制热功能。

下面介绍一个具体的实施例。

联合供能系统包括废气源热泵系统100、地源热泵系统200、储热装置300、第一用户侧410和第二用户侧420。

其中，废气源热泵系统100包括第一换热器110、第一压缩机120、第二换热器130和第一膨胀阀140，第一换热器110的气体入口设有气体挡板112。

地源热泵系统200包括第三换热器210、第二压缩机220、第四换热器230和第二膨胀阀240。

废气源热泵系统100的废气源为水泥窑低温废气，废气源热泵系统100的供热介质为水，地源热泵系统200为地埋管热泵，储热装置300为储热水箱，废气源热泵系统100为第一用户侧410提供制热功能，地源热泵系统200为第二用户侧420提供制冷或制热功能。

在联合供能系统中，还设有第一阀门511、第二阀门512、第三阀门513、第四阀门514、第五阀门515、第六阀门516、四通换向阀517和第八阀门518等阀门装置，以及设有第一水泵521、第二水泵522、第三水泵523、第四水泵524等泵送装置。

春秋季节，废气源热泵系统100运行，水泥窑低温废气通过气体挡板112进入第一换热器110与制冷剂进行换热，换热后的低温废气经过除尘排入大气，吸收热量后的制冷剂经过第一压缩机120进入第二换热器130加热冷水，加热后的水储存在储热水箱中，供给第一用户侧410(G)作为洗浴热水使用。

当储热水箱供给量大于用户侧需求时，第四阀门514和第五阀门515打开，热水进入第三换热器210，在第三换热器210中与循环水直接接触加热，并流回地埋管进行土壤热量储存，此时地源热泵系统200中的第三换热器210、第二压缩机220、第四换热器230和第二膨胀阀240不运行，第六阀门516、四通换向阀517和第八阀门518关闭。

夏季，运行废气源热泵系统100和地源热泵系统200，废气源热泵系统100制备的热水存于储热水箱中直接供给第一用户侧410，地源热泵系统200提供冷量，即第四阀门514和第五阀门515关闭，第六阀门516、四通换向阀517和第八阀门518打开，其中四通换向阀517按图1所示虚线打开。

地源热泵系统200的地埋管循环水通过第三水泵523进入第三换热器210进行换热后，再流回地埋管，传热介质在第三换热器210中被冷却后依次进入第二膨胀阀240、第四换热器230和第二压缩机220，在第四换热器230中与第二用户侧420进行换热，吸取室内热量。

冬季，运行废气源热泵系统100和地源热泵系统200，废气源热泵系统100产生的热水存于储热水箱中直接供给第一用户侧410，储热水箱供给量大于用户侧需求的热水可送入第三换热器210，与地埋管循环水共同加热传热介质，加热后的传热介质依次通过第二压缩机220、第四换热器230、第二膨胀阀240的位置，在第二膨胀阀240中与第二用户侧420进行换热，供给室内热量。

在该实施例中，废气源热泵系统100与地源热泵系统200联合使用进行柔性供能，在有效利用水泥窑低温废气余热的同时，废气源热泵为地源热泵补热，可有效缓解地源热泵土壤热不平衡问题。

在实际执行中，可以通过供能策略调控，控制废气源热泵为地源热泵补热，缓解地源热泵土壤热不平衡问题的同时，有降低联合供能系统的功耗，提高能源利用效率。

如图2所示，对于水泥厂侧，输入熟料生产计划，预测当日水泥窑低温废气热量，预测当日废气源热泵供热量。

用户侧存在热水需求和制冷(热)需求，对于热水需求，通过输入热水负荷历史数据，预测当日热水负荷需求，预测当日总的热负荷需求。

对于制冷(热)需求，输入冷(热)负荷历史数据、天气预报、室内设定温度；预测当日冷(热)负荷需求。

判断冷负荷是否为0，冷负荷不为0，运行地源热泵；冷负荷不为0，判断废气源热泵供热量是否小于总的热负荷需求。

当废气源热泵供热量小于总的热负荷需求，运行地源热泵；当废气源热泵供热量不小于总的热负荷需求，不运行地源热泵。

在该实施例中，以地源热泵能耗最低且满足人体舒适度为目标，动态调整室内设定温度，充分利用水泥窑低温废气余热。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本申请的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种联合供能系统，其特征在于，包括：

废气源热泵系统，所述废气源热泵系统包括废气源换热输入端和第一供热输出端；

地源热泵系统，所述地源热泵系统包括地源换热输入端和第二供热输出端，所述第一供热输出端和所述地源换热输入端可选择地连接或断开；

用户侧，所述用户侧与所述第一供热输出端以及所述第二供热输出端连接。

2.根据权利要求1所述的联合供能系统，其特征在于，所述废气源热泵系统包括依次连接的第一换热器、第一压缩机、第二换热器和第一膨胀阀，所述第一换热器的气体入口为所述废气源换热输入端，所述第二换热器的供热介质出口为所述第一供热输出端。

3.根据权利要求2所述的联合供能系统，其特征在于，所述第一换热器的气体入口设有气体挡板，所述气体挡板用于导通或封闭所述第一换热器的气体管道。

4.根据权利要求2所述的联合供能系统，其特征在于，所述第一换热器为热管换热器，所述热管换热器的热管管外翅片结构为轴对称单列纵向直肋翅片。

5.根据权利要求1所述的联合供能系统，其特征在于，还包括：

储热装置，所述储热装置的输入端与所述第一供热输出端连接，所述储热装置用于存储供热介质，所述储热装置的输出端可选择地与所述地源换热输入端连接或断开。

6.根据权利要求5所述的联合供能系统，其特征在于，所述储热装置的输出端与所述用户侧连接，在所述储热装置的供给量大于所述用户侧的需求量的情况下，所述储热装置的输出端与所述地源换热输入端连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的联合供能系统，其特征在于，所述地源热泵系统包括依次连接的第三换热器、第二压缩机、第四换热器和第二膨胀阀，所述第三换热器的地源入口为所述地源换热输入端，所述第四换热器的供热介质出口为所述第二供热输出端。

8.根据权利要求7所述的联合供能系统，其特征在于，所述地源热泵系统还包括：

四通换向阀，所述四通换向阀的四个接口分别与所述第三换热器的换热介质出口、所述第二压缩机的入口、所述第四换热器的换热介质入口以及所述第二压缩机的出口连接。

9.根据权利要求1-6任一项所述的联合供能系统，其特征在于，所述用户侧包括第一用户侧和第二用户侧，所述第一供热输出端与所述第一用户侧连接，所述第二供热输出端与所述第二用户侧连接。

10.根据权利要求1-6任一项所述的联合供能系统，其特征在于，所述废气源换热输入端的废气源为水泥窑低温废气。