WO2020238215A1 - 冷暖联供系统 - Google Patents

Abstract

一种冷暖联供系统，包括第一储能装置(10)、第二储能装置(20)、热泵(30)、循环管路(40)、设于循环管路(40)上的输送泵和控制单元。循环管路(40)连接于热泵(30)、第一储能装置(10)、第二储能装置(20)及用户端之间。

Description

冷暖联供系统

本申请要求于2019年05月27日在中国专利局提交的、申请号分别为201910446093.3、201920776402.9、发明名称为“冷暖联供系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及清洁能源设备技术领域，具体涉及一种冷暖联供系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

目前我国主要的供暖方式为电厂余热供暖、燃煤供暖、燃气供暖以及电取暖。随着环保要求的日趋严格，国家已经出台相关政策逐步取消燃煤取暖，尤其是小型锅炉以及散煤取暖。

现有“煤改电”采用热泵等可再生能源供暖，在极端天气的情况下存在性能不稳定甚至不工作，以及存在为了应对极端天气设备过配置，工程投资大等缺陷。

随着能源结构改革的推进，风能、太阳能、空气能、地源、水源等可再生能源的利用比例逐年稳步上升。在这过程中，有两个关键问题限制可再生能源的进一步发展。其一，风能、太阳能等可再生能源利用具有不稳定和不连续的特点；其二，虽然电网峰谷差进一步拉大，峰谷电价政策也在大范围地推广实施，但现有的供能系统通过谷电储能达到降低能源利用成本的效果并不理想，难以满足连续供暖供冷的需求。

技术问题

本申请实施例的目的之一在于：提供一种冷暖联供系统，旨在解决冷暖供 应设备成本高、占用空间大且难以连续供暖供冷的问题。

技术解决方案

为解决上述技术问题，本申请实施例采用的技术方案是：

提供了一种冷暖联供系统，包括：

第一储能装置，设有储热材料；

第二储能装置，设有相变材料；

热泵和循环管路，所述循环管路连接于所述热泵、第一储能装置、第二储能装置及用户端之间，所述循环管路内设有换热介质，所述换热介质为水；

输送泵，设于所述循环管路上，为所述换热介质提供循环动力；

控制单元，用于控制所述循环管路的连通与截断以及控制所述输送泵的工作状态，使所述冷暖联供系统能在不同环境下切换工作模式。

在一个实施例中，所述工作模式包括：

供暖储能模式，所述热泵可利用时，对应的所述输送泵将所述热泵产生的热水经所述循环管路一部分供给给所述用户端、一部分经所述第一储能装置将热量存储；

储热放热模式，所述热泵利用不理想时，所述循环管路中的水通过对应的所述输送泵输送至所述第一储能装置进行换热，以将换热后的水供给给所述用户端；

供冷蓄冷模式，所述热泵可利用时，对应的所述输送泵将所述循环管路中的水输送至所述热泵产生冷冻水，并将一部分冷冻水供给给所述用户端、将一部分冷冻水经所述第二储能装置将冷量存储；

蓄冷放冷模式，所述热泵利用不理想时，对应的所述输送泵将所述循环管路中的水输送至所述第二储能装置进行换热，以将换热后的冷水供给给所述用 户端。

在一个实施例中，所述输送泵包括与所述控制单元联接的第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵，所述循环管路上设有与所述控制单元联接的多个电动阀门，所述电动阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门；所述冷暖联供系统处于所述供暖储能模式时，所述第一输送泵经过所述第一阀门将回路中的水输送至所述热泵产生热水，一部分热水经过所述第二阀门供给给所述用户端，一部分热水经过所述第三阀门进入所述第一储能装置将热量存储，所述第二输送泵用于为所述第一储能装置提供储热循环动力；所述冷暖联供系统处于所述储热放热模式时，所述第一输送泵经过所述第四阀门将回路中的水输送至所述第一储能装置进行换热，产生的热水经过所述第五阀门供给所述用户端；所述冷暖联供系统处于所述供冷蓄冷模式时，所述第一输送泵经过所述第一阀门将回路中的水输送至所述热泵产生冷冻水，一部分冷冻水经过所述第二阀门供给所述用户端，一部分冷水经过所述第六阀门进入所述第二储能装置将能量存储，所述第三输送泵用于为所述第二储能装置提供蓄冷循环动力；所述冷暖联供系统处于所述蓄冷放冷模式时，所述第一输送泵经过所述第七阀门将回路中的水输送至所述第二储能装置进行换热，换热后的冷水经过所述第八阀门供给给所述用户端。

在一个实施例中，所述循环管路包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路和第八管路；第一管路连接于所述热泵的出水口与用户端的进水口之间，所述第二管路连接于所述热泵的进水口与用户端的出水口之间，所述第三管路和第四管路均连接于所述第一管路和所述第二管路之间，所述第一储能装置设于所述第三管路上，所述第二储能装置设于所述第四管路上；所述第五管路连接于所述第一管路与所述第一储能装置之 间，所述第六管路连接于所述第二管路与所述第一储能装置之间，所述第七管路连接于所述第一管路与所述二储能装置之间，所述第八管路连接于所述第二管路与所述第二储能装置之间；所述第一输送泵设于所述第一管路上，所述第二输送泵设于所述第六管路上；所述第一阀门位于所述第三管路与所述第六管路之间的第二管路上，所述第二阀门位于所述第三管路与所述第五管路之间的第一管路上，所述第三阀门设于所述第五管路上，所述第四阀门设于所述第一储能装置与所述第二管路之间的所述第三管路上，所述第五阀门设于所述第一储能装置与所述第一管路之间的所述第三管路上，所述第六阀门设于所述第七管路上，所述第七阀门设于所述第二储能装置与所述第二管路之间的所述第四管路上，所述第八阀门设于第二储能装置与所述第一管路之间的所述第四管路上。

在一个实施例中，所述储热材料的使用温度为-20℃～120℃。

在一个实施例中，所述相变材料的相变温度为8℃，蓄冷时，所述相变材料由液体变为固体。

在一个实施例中，所述热泵在供冷时的出水温度在4～12℃范围内。

在一个实施例中，所述热泵在供暖时的出水温度在40～80℃范围内。

在一个实施例中，所述热泵设有与所述控制单元联接的第一热泵机组和第二热泵机组，所述控制单元根据所述冷暖联供系统所处的工作模式开启和关闭所述第一热泵机组和第二热泵机组。

在一个实施例中，所述冷暖联供系统还包括设于所述热泵、第一储能装置、第二储能装置和所述循环管路上的多个温度探头，各所述温度探头均与所述控制单元连接。

有益效果

本申请实施例提供的冷暖联供系统的有益效果在于：热泵可利用电能对水加热或制冷，第一储能装置能蓄热放热，第二储能装置能蓄冷放冷，系统能实现连续稳定的可再生能源利用，可实现24小时连续可控不间断供暖供冷，在极端天气的状况下冷暖联供系统也能正常工作，整体投资成本小；相变材料储热密度大，设备占用空间小，维护成本低；该系统能满足煤改电的需求，提高电能占终端能源消费的比重，它是在终端能源消费环节，使用电能替代散烧煤、燃油的能源消费方式，能推动提高全社会电气化水平；电能的替代能够有效减少终端环节散烧煤与燃油消费，在较低成本的情况下使用冷气和暖气，对防治大气污染、优化能源结构和解决民生问题具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请实施例提供的冷暖联供系统的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10—第一储能装置  20—第二储能装置  30—热泵

40—循环管路      41—第一管路      42—第二管路

43—第三管路      44—第四管路      45—第五管路

46—第六管路      47—第七管路      48—第八管路

51—第一输送泵    52—第二输送泵    53—第三输送泵

61—第一阀门      62—第二阀门      63—第三阀门

64—第四阀门      65—第五阀门      66—第六阀门

67—第七阀门   68—第八阀门。

本发明的实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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申请的限制，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的具体含义。术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供的冷暖联供系统，包括第一储能装置10、第二储能装置20、热泵30、循环管路40、输送泵和控制单元(图未示)。第一储能装置10设有储热材料，储热材料可采用相变材料，如低温熔盐。第二储能装置20设有相变材料，利用相变材料的固-液相转变过程实现热量的储存和释放，其储能密度大，能降低储能装置的体积，进而减小设备的占用空间。热泵30可以是空气源、地源、水源等可再生能源热泵，热泵30具有制冷和制 热的功能，即水进入热泵30后，热泵30利用市电或谷电将水加热或冷冻，从热泵30出水口流出热水或冰冻水；循环管路40连接于热泵30、第一储能装置10、第二储能装置20及用户端之间，循环管路40内设有换热介质，换热介质为水，循环管路40外露于设备的表面可包裹有隔热层。输送泵设于循环管路40上，输送泵为换热介质提供循环动力。控制单元用于控制循环管路40的连通与截断以及控制输送泵的工作状态，使冷暖联供系统能在不同环境下切换工作模式。热泵30可输出热水和冷冻水，第一储能装置10用于储能和放热，第二储能装置20用于蓄冷和供冷，热泵30通过电能加热或冷冻水，第一储能装置10可进行储热，第二储能装置20可进行蓄冷，热泵30可在不同模式之间任意切换，保证24小时连续稳定地供暖供冷，可节省使用成本。

本实施例提供的冷暖联供系统，热泵30可利用电能对水加热或制冷，第一储能装置10能蓄热放热，第二储能装置20能蓄冷放冷，系统能实现连续稳定的可再生能源利用，可实现24小时连续可控不间断供暖供冷，在极端天气的状况下冷暖联供系统也能正常工作，整体投资成本小；相变材料储热密度大，设备占用空间小，维护成本低；该系统能满足煤改电的需求，提高电能占终端能源消费的比重，它是在终端能源消费环节，使用电能替代散烧煤、燃油的能源消费方式，能推动提高全社会电气化水平；电能的替代能够有效减少终端环节散烧煤与燃油消费，在较低成本的情况下使用冷气和暖气，对防治大气污染、优化能源结构和解决民生问题具有重要意义。

在一实施例中，冷暖联供系统共有四种模式：供暖储能模式、储热放热模式、供冷蓄冷模式和蓄冷放冷模式。

供暖储能模式：热泵30可利用时，如空气源、地源、水源等可再生能源热泵30可利用时，对应的输送泵将热泵30产生的热水经循环管路40一部分 供给给用户端，一部分经第一储能装置10将热量存储。

储热放热模式：热泵30利用不理想时，循环管路40中的水通过对应的输送泵输送至第一储能装置10进行换热，以将换热后的水供给给用户端。

供冷蓄冷模式：热泵30可利用时，对应的输送泵将循环管路40中的水输送至热泵30产生冷冻水，并将一部分冷冻水供给给用户端，将一部分冷冻水经第二储能装置20将冷量存储。

蓄冷放冷模式：热泵30利用不理想时，对应的输送泵将循环管路40中的水输送至第二储能装置20进行换热，以将换热后的冷水供给给用户端。

在一实施例中，输送泵包括第一输送泵51、第二输送泵52和第三输送泵53，循环管路40上设有多个电动阀门，电动阀门包括第一阀门61、第二阀门62、第三阀门63、第四阀门64、第五阀门65、第六阀门66、第七阀门67和第八阀门68，各输送泵和各电动阀门均与控制单元联接，各输送泵和各电动阀门可通过有线或无线的方式与控制单元联接。

冷暖联供系统处于供暖储能模式时：第一输送泵51经过第一阀门61将回路中的水输送至热泵30产生热水，一部分热水经过第二阀门62供给给用户端，一部分热水经过第三阀门63进入第一储能装置10将热量存储，第二输送泵52用于为第一储能装置10提供储热循环动力。

冷暖联供系统处于储热放热模式时：第一输送泵51经过第四阀门64将回路中的水输送至第一储能装置10进行换热，产生的热水经过第五阀门65供给用户端。

冷暖联供系统处于供冷蓄冷模式时：第一输送泵51经过第一阀门61将回路中的水输送至热泵30产生冷冻水，一部分冷冻水经过第二阀门62供给用户端，一部分冷水经过第六阀门66进入第二储能装置20将能量存储，第三输送 泵53用于为第二储能装置20提供蓄冷循环动力。

冷暖联供系统处于蓄冷放冷模式时：第一输送泵51经过第七阀门67将回路中的水输送至第二储能装置20进行换热，换热后的冷水经过第八阀门68供给给用户端。

在一实施例中，循环管路40包括第一管路41、第二管路42、第三管路43、第四管路44、第五管路45、第六管路46、第七管路47和第八管路48。第一管路41连接于热泵30的出水口与用户端的进水口之间，第二管路42连接于热泵30的进水口与用户端的出水口之间，第三管路43和第四管路44均连接于第一管路41和第二管路42之间，第一储能装置10设于第三管路43上，第二储能装置20设于第四管路44上。第五管路45连接于第一管路41与第一储能装置10之间，第六管路46连接于第二管路42与第一储能装置10之间，第七管路47连接于第一管路41与二储能装置之间，第八管路48连接于第二管路42与第二储能装置20之间。第一输送泵51设于第一管路41上，第二输送泵52设于第六管路46上。第一阀门61和第二阀门62分别设于第一管路41、第二管路42上，并且，第一阀门61位于第三管路43与第六管路46之间的第二管路42上，第二阀门62位于第三管路43与第五管路45之间的第一管路41上。第三阀门63设于第五管路45上，第四阀门64设于第一储能装置10与第二管路42之间的第三管路43上，第五阀门65设于第一储能装置10与第一管路41之间的第三管路43上，第六阀门66设于第七管路47上，第七阀门67设于第二储能装置20与第二管路42之间的第四管路44上，第八阀门68设于第二储能装置20与第一管路41之间的第四管路44上。

各工作模式下的阀门控制及其它部件运行情况见下表所示：

结合上表及图1可知，在供暖储能模式下：第四、第五、第六、第七、第八阀门68处于关闭状态，第一、第二、第三阀门处于打开状态。系统回水通过第一输送泵51经过第一阀门61输送至热泵30产生热水，一部分热水经第二阀门62直接供给给用户，一部分热水经第三阀门63进入第一储能装置10把热量进行存储，由第二输送泵52提供储热动力循环。

在储热放热模式下：第一、第二、第三、第六、第七、第八阀门处于关闭状态，第四、第五阀门处于打开状态，系统回水通过第一输送泵51经过第四阀门64输送至第一储能装置10与储热材料进行换热，储热材料存储的热量释放出来，热水经过第五阀门65供给用户。

在供冷蓄冷模式下：第三、第四、第五、第七、第八阀门处于关闭状态，第一、第二、第六阀门处于打开状态，系统回水通过第一输送泵51经过第一阀门61输送至热泵30产生冷冻水，一部分冷冻水经过第二放直接供给用户，一部分冷冻水经过第六阀门66进入第二储能装置20把能量进行存储，由第二 输送泵52提供蓄冷动力循环。

在蓄冷放冷模式下：第一、第二、第三、第四、第五、第六阀门处于关闭状态，第七、第八阀门处于打开状态，系统回水通过第一输送泵51经过第七阀门67输送至第二储能装置20与相变材料进行换热，相变材料储存的能量释放出来，冷水经过第八阀门68供给用户。

在一实施例中，储热材料的使用温度为-20℃～120℃。采用该种储热材料的储能装置与传统储能技术相比，至少具有以下优势：可应用于低温储热领域，可使用的温度区间大；储热热源具有高效能的特点；结构简单，无需对传统供暖工艺进行改造。

在一实施例中，相变材料的相变温度为8℃，蓄冷时，相变材料由液体变为固体，放冷时，相变材料由固体变为液体。

在一实施例中，热泵30在供冷时的出水温度在4～12℃范围内，例如出水温度控制在4℃、6℃、8℃、10℃、12℃。系统中供冷工程的相变蓄冷技术与传统冰蓄冷技术相比，至少具有以下优势：相变材料储能密度大，设备占用空间小；投资小；维护成本低。

在一实施例中，热泵30在供暖时的出水温度在40～80℃范围内，例如出水温度控制在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。

在一实施例中，热泵30设有与控制单元联接的第一热泵机组和第二热泵机组，控制单元根据冷暖联供系统所处的工作模式开启和关闭第一热泵机组和第二热泵机组。第一热泵机组可控制出水温度在40～80℃范围内可调，第二热泵机组可控制出水温度在4～12℃范围内可调，在不同的工作模式下，控制单元控制开启其中一个机组、关闭另一个机组，或者将两个机组都关闭，系统可实现24小时连续可控且不间断地供暖供冷。

在一实施例中，冷暖联供系统还包括设于热泵30、第一储能装置10、第二储能装置20和循环管路40上的多个温度探头(图未示)，各温度探头均与控制单元连接。各部件可分别设有多个温度探头，以使检测结果更为准确。

以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1. 冷暖联供系统，其特征在于：包括：

   第一储能装置，设有储热材料；

   第二储能装置，设有相变材料；

   热泵和循环管路，所述循环管路连接于所述热泵、第一储能装置、第二储能装置及用户端之间，所述循环管路内设有换热介质，所述换热介质为水；

   输送泵，设于所述循环管路上，为所述换热介质提供循环动力；

   控制单元，用于控制所述循环管路的连通与截断以及控制所述输送泵的工作状态，使所述冷暖联供系统能在不同环境下切换工作模式。
2. 根据权利要求1所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述工作模式包括：

   供暖储能模式，所述热泵可利用时，对应的所述输送泵将所述热泵产生的热水经所述循环管路一部分供给给所述用户端、一部分经所述第一储能装置将热量存储；

   储热放热模式，所述热泵利用不理想时，所述循环管路中的水通过对应的所述输送泵输送至所述第一储能装置进行换热，以将换热后的水供给给所述用户端；

   供冷蓄冷模式，所述热泵可利用时，对应的所述输送泵将所述循环管路中的水输送至所述热泵产生冷冻水，并将一部分冷冻水供给给所述用户端、将一部分冷冻水经所述第二储能装置将冷量存储；

   蓄冷放冷模式，所述热泵利用不理想时，对应的所述输送泵将所述循环管路中的水输送至所述第二储能装置进行换热，以将换热后的冷水供给给所述用 户端。
3. 根据权利要求2所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述输送泵包括与所述控制单元联接的第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵，所述循环管路上设有与所述控制单元联接的多个电动阀门，所述电动阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门；所述冷暖联供系统处于所述供暖储能模式时，所述第一输送泵经过所述第一阀门将回路中的水输送至所述热泵产生热水，一部分热水经过所述第二阀门供给给所述用户端，一部分热水经过所述第三阀门进入所述第一储能装置将热量存储，所述第二输送泵用于为所述第一储能装置提供储热循环动力；所述冷暖联供系统处于所述储热放热模式时，所述第一输送泵经过所述第四阀门将回路中的水输送至所述第一储能装置进行换热，产生的热水经过所述第五阀门供给所述用户端；所述冷暖联供系统处于所述供冷蓄冷模式时，所述第一输送泵经过所述第一阀门将回路中的水输送至所述热泵产生冷冻水，一部分冷冻水经过所述第二阀门供给所述用户端，一部分冷水经过所述第六阀门进入所述第二储能装置将能量存储，所述第三输送泵用于为所述第二储能装置提供蓄冷循环动力；所述冷暖联供系统处于所述蓄冷放冷模式时，所述第一输送泵经过所述第七阀门将回路中的水输送至所述第二储能装置进行换热，换热后的冷水经过所述第八阀门供给给所述用户端。
4. 根据权利要求3所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述循环管路包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路和第八管路；第一管路连接于所述热泵的出水口与用户端的进水口之间，所述第二管路连接于所述热泵的进水口与用户端的出水口之间，所述第三管路和第四管路均连接于所述第一管路和所述第二管路之间，所述第一储能装置设于 所述第三管路上，所述第二储能装置设于所述第四管路上；所述第五管路连接于所述第一管路与所述第一储能装置之间，所述第六管路连接于所述第二管路与所述第一储能装置之间，所述第七管路连接于所述第一管路与所述二储能装置之间，所述第八管路连接于所述第二管路与所述第二储能装置之间；所述第一输送泵设于所述第一管路上，所述第二输送泵设于所述第六管路上；所述第一阀门位于所述第三管路与所述第六管路之间的第二管路上，所述第二阀门位于所述第三管路与所述第五管路之间的第一管路上，所述第三阀门设于所述第五管路上，所述第四阀门设于所述第一储能装置与所述第二管路之间的所述第三管路上，所述第五阀门设于所述第一储能装置与所述第一管路之间的所述第三管路上，所述第六阀门设于所述第七管路上，所述第七阀门设于所述第二储能装置与所述第二管路之间的所述第四管路上，所述第八阀门设于第二储能装置与所述第一管路之间的所述第四管路上。
5. 根据权利要求1所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述储热材料的使用温度为-20℃～120℃。
6. 根据权利要求1所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述相变材料的相变温度为8℃，蓄冷时，所述相变材料由液体变为固体。
7. 根据权利要求1所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述热泵在供冷时的出水温度在4～12℃范围内。
8. 根据权利要求7所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述热泵在供暖时的出水温度在40～80℃范围内。
9. 根据权利要求1所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述热泵设有与所述控制单元联接的第一热泵机组和第二热泵机组，所述控制单元根据所述冷暖联供系统所处的工作模式开启和关闭所述第一热泵机组和第二热泵机组。
10. 根据权利要求1～9任一项所述的冷暖联供系统，其特征在于：所述冷暖联供系统还包括设于所述热泵、第一储能装置、第二储能装置和所述循环管路上的多个温度探头，各所述温度探头均与所述控制单元连接。

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