基於熱機的冷熱聯供系統的製作方法
2023-12-10 13:39:22 6
基於熱機的冷熱聯供系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於熱機的冷熱聯供系統，包括熱機、發電機組、餘熱回收換熱器、工況切換閥、熱水換熱器、吸收式制冷機組、HVAC設備；熱機的軸功輸出端與發電機組相連接，發電機組的電力輸出端與HVAC設備的輸入端相連接；熱機的餘熱輸出端與餘熱回收換熱器相連接，餘熱回收換熱器與工況切換閥的一端相連接；工況切換閥的另一端選擇性地與吸收式制冷機組和熱水換熱器中的一個相連接；吸收式制冷機組和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的冷負荷；熱水換熱器和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的熱負荷。本發明的系統能量輸出完全面向熱負荷和冷負荷，不涉及電負荷，因而可以更簡單有效地實現系統的控制和運行。
【專利說明】基於熱機的冷熱聯供系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及建築供能領域，尤其涉及一種基於熱機的冷熱聯供系統。
【背景技術】
[0002]在發達國家，50%的建築能耗來源於暖通空調設備。隨著我國城鎮化率的快速推進和居民生活水平的提高，建築耗能也在明顯提升。尤其是在冬季和夏季，建築供暖和供冷帶來了巨大的能耗，一方面引起了區域性供電的季節性波動，為電廠生產和電網調度增添了壓力，另一方面增加了煤炭消耗，引起環境汙染。另外，近些年我國各地電荒以及拉匣限電時有發生，其中一個重要的因素就是冬季或夏季用電負荷較高。如果能夠將冬季以及夏季的空調負荷從電網分離，則能有效地緩解電力需求的季節性波動、減少燃煤電廠的汙染。
[0003]將空調負荷從電網分離的有效思路是推廣分布式供能。其中以基於燃氣內燃機的聯產系統應用最廣、技術最為成熟。一般分布式供能都是基於天然氣等相對潔淨的燃料。通過分布式供能來解決區域用戶的供能問題，可以緩解電網壓力，減少煤炭消耗。通過對現有專利技術進行檢索，發現有兩類技術能夠實現將空調負荷從電網分離。
[0004]申請號為CN201120012538.6的中國發明專利申請公開了一種小型內燃機冷熱電聯供模塊化集成系統為代表的冷熱電聯供系統。該類冷熱電聯供系統至少包括熱機、餘熱回收換熱器、溴化鋰吸收機。一般思路是熱機的餘熱被回收後，用以在夏季驅動吸收式製冷熱備或者在冬季直接供暖；熱機產生的功用以驅動發電機發電，用以滿足用戶電力需求。該類系統效率高、功能全，但其高效性需要通過優化集成和優化運行予以保障。而電負荷和熱(冷)負荷往往各自具有一定波動性，這使得系統在實現熱電兩全方面面臨著比較複雜的優化控制問題。並且，冷熱電聯產系統的發電效率並不高，系統整體的高效性在於有效地回收利用了系統餘熱。在過渡季節，當用戶沒有熱(冷)需求時，冷熱電聯產系統的運行將失去經濟性和節能性。
[0005]申請號為CN200610155965.3的中國發明專利申請公開了一種燃氣熱泵空調裝置及其運行控制方法為代表的燃氣空調熱泵系統。該類系統至少包括燃氣發動機、壓縮機等設備，其一般特徵是燃氣發動機做功直接驅動壓縮機運轉，實現熱泵工質的壓縮循環。這類系統消耗燃料，完全只輸出熱量和冷量。發動機餘熱也可以同時回收加以利用以提高系統效率。但此種系統的壓縮機直接由發動機驅動，與現有的電驅動HVAC設備不兼容，在應用推廣時必須撤掉建築原有的HVAC系統。這使得此種技術在優勢不太明顯的情況下難以得到推廣。
[0006]另外，傳統建築聯供系統主要是熱電聯供或者冷熱電聯供，其旨在滿足用戶的電力需求和熱量(冷量)需求；但因為電力負荷和熱(冷)負荷往往不是同步變化的，致使系統實際運行中的控制問題複雜化。
[0007]因此，本領域的技術人員致力於開發一種基於熱機的以冷量輸出和熱量輸出為目的的冷熱聯供系統，系統的能量輸出僅僅面向用戶的熱量或冷量需求，系統簡單、兼容性聞。
【發明內容】
[0008]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種基於熱機的以冷量輸出和熱量輸出為目的的冷熱聯供系統，能夠在簡化系統控制的同時，更具針對性地解決季節性空調負荷對電網造成的負擔，減少燃煤電廠的汙染。
[0009]為實現上述目的，本發明提供了一種基於熱機的冷熱聯供系統，包括熱機、發電機組、餘熱回收換熱器、工況切換閥、熱水換熱器、吸收式制冷機組、HVAC設備；熱機的軸功輸出端與發電機組相連接，發電機組的電力輸出端與HVAC設備的輸入端相連接；熱機的餘熱輸出端與餘熱回收換熱器相連接，餘熱回收換熱器與工況切換閥的一端相連接；工況切換閥的另一端選擇性地與吸收式制冷機組和熱水換熱器中的一個相連接；吸收式制冷機組和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的冷負荷；熱水換熱器和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的熱負荷。
[0010]其中，HVAC(Heating, Ventilation, Air-conditioning and Cooling)是指空氣調節系統，是包含溫度、溼度、空氣清淨度以及空氣循環的控制系統。
[0011]其中，軸功是指系統通過機器軸與外界傳遞的功。
[0012]進一步地，工況切換閥為三通閥，工況切換閥的第一埠與餘熱回收換熱器相連接，工況切換閥的第二埠與吸收式制冷機組相連接，工況切換閥的第三埠與熱水換熱器相連接。
[0013]進一步地，熱機是燃氣內燃機、燃氣輪機、微型燃氣輪機或斯特林機中的任一種。
[0014]進一步地，HVAC設備是暖通製冷空調、通風除溼設備或電驅動熱泵中的任一種，HVAC設備用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。
[0015]可選地，HVAC設備是暖通製冷空調、通風除溼設備和電驅動熱泵中的任意兩個的組合，或者三個的組合，HVAC設備用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。
[0016]進一步地，冷負荷由HVAC設備的冷量輸出和吸收式制冷機組的冷量輸出同時滿足，系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入一軸功輸出一電力輸出一HVAC設備的冷量輸出一總冷量輸出，以及燃料能量輸入一餘熱輸出一熱水輸出一吸收式制冷機組的熱源一吸收式制冷機組的冷量輸出一總冷量輸出。
[0017]進一步地，熱負荷由HVAC設備的熱量輸出和熱水換熱器的熱量輸出同時滿足，系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入一軸功輸出一電力輸出一HVAC設備的熱量輸出一總熱量輸出，以及燃料能量輸入一餘熱輸出一熱水輸出一熱水換熱器的熱源一熱水換熱器的熱量輸出一總熱量輸出。
[0018]進一步地，系統的能量輸出大小由熱機的部分負荷率調節實現。
[0019]進一步地，HVAC設備的輸入端還與市電電能相連接。
[0020]進一步地，市電電能為HVAC設備供電，冷負荷由HVAC設備的冷量輸出滿足，系統的能量輸出路徑為:市電電能一HVAC設備的冷量輸出一總冷量輸出。
[0021]進一步地，市電電能為HVAC設備供電，熱負荷由HVAC設備的熱量輸出滿足，系統的能量輸出路徑為:市電電能一HVAC設備的熱量輸出一總熱量輸出。
[0022]由此可見，本發明具有如下技術效果:
[0023]1、本發明的系統能量輸出完全面向熱負荷和冷負荷，不涉及電負荷，因而可以更簡單有效地實現系統的控制和運行。一般來說，傳統的冷熱電系統運行時，需要同時兼顧熱(冷)輸出和電輸出，系統能量輸出大小不僅取決於熱機的部分負荷率，也取決於其它的一些變量，實際運行和調節中比較複雜；而本發明的冷熱聯供系統在運行時，只單一提供熱輸出或冷輸出，熱輸出或冷輸出大小與熱機的部分負荷率存在 對應關係，因此便於直接操作和調節。
[0024]2、空調負荷是建築能耗季節性波動的最主要因素，而其它建築設備的電負荷基本無季節性波動，本發明將用戶的空調負荷從電網分離有利於電網的各季節負荷均勻化，有利於降低發電站及輸電系統的配置容量，使電廠設備利用率提高。
[0025]3、本發明採用普通的HVAC設備，只需在建築原有的HVAC系統基礎上添加熱機發電機組和餘熱回收設備，就能完成系統改造而不對原來系統造成影響。更重要的是，改造後的系統仍可以隨時切換到市電電能連接，獲取所需的市電電能，用於所述熱機或其它設備出現故障等不能正常運轉時，HVAC設備從電網獲取所需要的市電電能，提供用戶的熱負荷和冷負荷。因此，本發明所提出的系統模式相較於燃氣熱泵空調系統而言，更易於推廣應用，更加安全可靠。
[0026]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的基於熱機的冷熱聯供系統的一個實施例的原理圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，在本發明的一個實施例中，一種基於熱機的冷熱聯供系統，包括熱機、發電機組、餘熱回收換熱器、工況切換閥、熱水換熱器、吸收式制冷機組、HVAC設備等。
[0029]熱機優選為燃氣內燃機。燃氣內燃機的輸入端與燃料能量輸入I相連接，燃氣內燃機的軸功輸出端2與發電機組相連接,發電機組的電力輸出7與HVAC設備的輸入端相連接。燃氣內燃機的缸套水循環和煙氣管路分別與餘熱回收換熱器的低溫段和高溫段相連，缸套水餘熱和煙氣餘熱形成燃氣內燃機的餘熱輸出3。燃氣內燃機的餘熱輸出3與餘熱回收換熱器的一端相連接，將產生的餘熱輸出到餘熱回收換熱器。其中，餘熱回收換熱器泛指將熱機的各種餘熱予以回收的換熱器系統。
[0030]餘熱回收換熱器的另一端與工況切換閥的一端相連接；工況切換閥的另一端選擇性地與吸收式制冷機組和熱水換熱器中的一個相連接。優選地，工況切換閥為三通閥，工況切換閥的第一埠與餘熱回收換熱器相連接，工況切換閥的第二埠與吸收式制冷機組相連接，工況切換閥的第三埠與熱水換熱器相連接。
[0031]吸收式制冷機組和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的冷負荷；熱水換熱器和HVAC設備與用戶相連接，用於滿足用戶的熱負荷。
[0032]可選地，熱機還可以為燃氣輪機、微型燃氣輪機或斯特林機中的任一種。
[0033]HVAC (Heating, Ventilation, Air-conditioning and Cooling)是指空氣調節系統，是包含溫度、溼度、空氣清淨度以及空氣循環的控制系統。本實施例中，HVAC設備是暖通製冷空調、通風除溼設備或電驅動熱泵中的任一種，用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。HVAC設備也可以是暖通製冷空調、通風除溼設備和電驅動熱泵中的任意兩個的組合，或者三個的組合，用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。
[0034]本實施例的冷熱聯供系統運行時，燃料能量輸入I被熱機利用，產生軸功輸出2和餘熱輸出3。軸功輸出2用於驅動發電機，產生電力輸出7，電力輸出7全部用於驅動HVAC設備。HVAC設備在冬季時輸出熱量供給空調末端用於採暖，HVAC設備在夏季時輸出冷量供給空調末端用於供冷。餘熱輸出3被餘熱回收換熱器回收，產生熱水輸出4，熱水輸出4的溫度可以達到95°C，但熱水輸出4所在的水路只參與換熱而不直接供給用戶，熱水輸出4的水路是一個流經餘熱回收換熱器、工況切換閥、吸收式制冷機組和熱水換熱器的閉式循環水路，熱水輸出4受工況切換閥控制；在冬季時熱水輸出4被切換成熱水換熱器的熱源5，熱水換熱器吸收的熱量產生熱水換熱器的熱水輸出8全部輸出供給空調末端用於採暖；在夏季時熱水輸出4被切換成吸收式制冷機組的熱源6，吸收式制冷機組消耗所有熱量並產生吸收式制冷機組的冷量輸出9供給空調末端用於供冷。
[0035]換言之，本實施例的系統運行模式可分為夏季模式和冬季模式。具體為:
[0036]夏季模式:冷負荷由HVAC設備的冷量輸出10和吸收式制冷機組的冷量輸出9同時滿足，系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入I —軸功輸出2 —電力輸出7 — HVAC設備的冷量輸出10 —總冷量輸出13，以及燃料能量輸入I —餘熱輸出3 —熱水輸出4 —吸收式制冷機組的熱源6 —吸收式制冷機組的冷量輸出9 —總冷量輸出13。
[0037]冬季模式:熱負荷由HVAC設備的熱量輸出和熱水換熱器的熱量輸出同時滿足，系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入I —軸功輸出2 —電力輸出7 — HVAC設備的熱量輸出11 —總熱量輸出12，以及燃料能量輸入I —餘熱輸出3 —熱水輸出4 —熱水換熱器的熱源5 —熱水換熱器的熱量輸出8 —總熱量輸出12。
[0038]進一步，系統的能量輸出大小由熱機的部分負荷率調節實現。
[0039]此外，本實施例中，HVAC設備的輸入端還與市電電能相連接，用於提供在特殊時候保障系統的運行的備用模式。當熱機或者其它設備不能正常運行時，可以通過市電直接給HVAC設備供電，提供用戶的冷負荷和熱負荷。其中，對於冷負荷，獨立由HVAC設備的冷量輸出10滿足，系統的能量輸出路徑為:市電電能14 —HVAC設備的冷量輸出10—總冷量輸出13。對於熱負荷，獨立由HVAC設備的熱量輸出11滿足，系統的能量輸出路徑為:市電電能14 — HVAC設備的熱量輸出11 —總熱量輸出12。
[0040]由此可見，本發明的實施例提供了一種基於熱機的冷熱聯供系統，系統的能量輸出僅僅面向用戶的熱量或冷量需求。這種冷熱聯供系統比冷熱電聯供系統簡單、比燃氣熱泵系統更靈活更加易於推廣，不僅完全避免了傳統冷熱電聯供系統所面臨的控制難題，同時也具有良好的節能性、經濟性，能夠有效緩解市電負荷的季節性波動。
[0041]此外,本實施例的系統能量輸出完全面向熱負荷和冷負荷,不涉及電負荷，因而可以更簡單有效地實現系統的控制和運行。一般來說，傳統的冷熱電系統運行時，需要同時兼顧熱(冷)輸出和電輸出，系統能量輸出大小不僅取決於熱機的部分負荷率，也取決於其它的一些變量，實際運行和調節中比較複雜；而本發明的冷熱聯供系統在運行時，只單一提供熱輸出或冷輸出，熱輸出或冷輸出大小與熱機的部分負荷率存在 對應關係，因此便於直接操作和調節。
[0042]空調負荷是建築能耗季節性波動的最主要因素，而其它建築設備的電負荷基本無季節性波動，本實施例的冷熱聯供系統將用戶的空調負荷從電網分離有利於電網的各季節負荷均勻化，有利於降低發電站及輸電系統的配置容量，使電廠設備利用率提高。
[0043]本實施例採用普通的HVAC設備，只需在建築原有的HVAC系統基礎上添加熱機、發電機組和餘熱回收設備，就能完成系統改造而不對原來系統造成影響。更重要的是，改造後的系統仍可以隨時切換到市電連接，獲取所需的市電。因此，本實施例提出的系統模式相較於燃氣熱泵空調系統而言，更易於推廣應用，更加安全可靠。
[0044]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，包括熱機、發電機組、餘熱回收換熱器、工況切換閥、熱水換熱器、吸收式制冷機組、HVAC設備；所述熱機的軸功輸出端與所述發電機組相連接，所述發電機組的電力輸出端與所述HVAC設備的輸入端相連接；所述熱機的餘熱輸出端與所述餘熱回收換熱器相連接，所述餘熱回收換熱器與所述工況切換閥的一端相連接；所述工況切換閥的另一端選擇性地與所述吸收式制冷機組和所述熱水換熱器中的一個相連接；所述吸收式制冷機組和所述HVAC設備與用戶相連接，用於滿足所述用戶的冷負荷；所述熱水換熱器和所述HVAC設備與用戶相連接，用於滿足所述用戶的熱負荷。
2.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述工況切換閥為三通閥，所述工況切換閥的第一埠與所述餘熱回收換熱器相連接，所述工況切換閥的第二埠與所述吸收式制冷機組相連接，所述工況切換閥的第三埠與所述熱水換熱器相連接。
3.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述熱機是燃氣內燃機、燃氣輪機、微型燃氣輪機或斯特林機中的任一種。
4.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述HVAC設備是暖通製冷空調、通風除溼設備或電驅動熱泵中的任一種，所述HVAC設備用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。
5.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述HVAC設備是暖通製冷空調、通風除溼設備和電驅動熱泵中的任意兩個的組合，或者三個的組合，所述HVAC設備用於選擇性地實現冷量輸出或熱量輸出。
6.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述冷負荷由HVAC設備的冷量輸出和吸收式制冷機組的冷量輸出同時滿足，所述系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入一軸功輸出一電力輸出一HVAC設備的冷量輸出一總冷量輸出，以及燃料能量輸入一餘熱輸出一熱水輸出一吸收式制冷機組的熱源一吸收式制冷機組的冷量輸出一總冷量輸出。
7.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述熱負荷由HVAC設備的熱量輸出和熱水換熱器的熱量輸出同時滿足，所述系統的能量輸出路徑包括:燃料能量輸入一軸功輸出一電力輸出一HVAC設備的熱量輸出一總熱量輸出，以及燃料能量輸入—餘熱輸出一熱水輸出一熱水換熱器的熱源一熱水換熱器的熱量輸出一總熱量輸出。
8.如權利要求1所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述HVAC設備的輸入端還與市電電能相連接。
9.如權利要求8所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述市電電能為所述HVAC設備供電，所述冷負荷由HVAC設備的冷量輸出滿足，所述系統的能量輸出路徑為:市電電能一HVAC設備的冷量輸出一總冷量輸出。
10.如權利要求8所述的基於熱機的冷熱聯供系統，其特徵在於，所述市電電能為所述HVAC設備供電，所述熱負荷由HVAC設備的熱量輸出滿足，所述系統的能量輸出路徑為:市電電能一HVAC設備的熱量輸出一總熱量輸出。
【文檔編號】F25B29/00GK103673389SQ201310656878
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】王加龍, 吳靜怡, 鄭春元 申請人:上海交通大學