一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統的製作方法

2023-06-09 18:20:11 2

專利名稱：一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於集中供熱技術領域，特別涉及一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系 統，具體為一種具有蓄能功能的太陽能和地熱能複合熱源集中供熱系統。
背景技術：
在目前的集中供熱系統中，一次網的供水溫度一般在130°C，某些新建管網的設計 供水溫度甚至達到150°C，一次網的回水溫度受到二次網水溫的限制，一般在60 70°C左 右。而對於熱力站後的二次網而言，實際運行的供回水溫度一般在70/50°C左右，這樣就存 在著一次網與二次網之間的較大的換熱溫差，隨著地板採暖等低溫末端的逐漸普及，二次 網水溫可進一步降低，由此導致熱力站換熱過程產生非常大的不可逆傳熱損失。另外，太陽能和地熱能作為可再生能源現在已經被廣泛應用，但是由於其品位較 低，因此回收利用這部分能量需要採用熱泵技術才能實現，因此，利用集中供熱系統一次網 和二次網之間的溫差，採用吸收式熱泵技術回收太陽能和地熱能，減少一二次熱網之間的 不可逆損失，增加二次網的供熱量，從而提高了目前熱力站的換熱效率。

發明內容
本發明的目的是實現太陽能和地熱能可再生能源引入集中供熱系統並減少熱力 站的換熱不可逆損失提高換熱效率的系統形式。一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源、吸 收式熱泵、熱用戶、太陽能集熱器、地埋管、若干循環水泵以及各種連接管路和附件，來自熱 源的一次熱網高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵的低位熱源，吸收式熱 泵蒸發器與地埋管相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式熱泵蒸發器中放熱；在採暖期太陽能 集熱器作為供熱系統輔助熱源與地埋管聯合供熱，在非採暖期太陽能集熱器作為回灌熱 源，用以恢復地埋管周圍土壤溫度，維持土壤熱能的收支平衡；二次熱網的回水通過吸收式 熱泵被加熱後通過二次熱網送至熱用戶。所述吸收式熱泵是採用一次熱網的高溫熱水作為驅動熱源並吸收地埋管地熱能 的熱量進行供熱的熱泵機組。所述太陽能集熱器在採暖期作為輔助熱源與地埋管聯合供熱時，一種方式為吸 收式熱泵的蒸發器出水分兩部分，一部分通過太陽能集熱器吸收太陽能熱量，另一部分進 入地埋管吸收土壤的熱量，兩部分水吸熱後會合，最後返回到吸收式熱泵的蒸發器放熱。所述太陽能集熱器在採暖期作為輔助熱源與地埋管聯合供熱時，另一種方式為 所述太陽能集熱器與地埋管串聯，吸收式熱泵的蒸發器出水先通過太陽能集熱器吸收太陽 能熱量，再進入地埋管吸收土壤的熱量，最後返回到吸收式熱泵的蒸發器放熱；或者吸收式 熱泵的蒸發器出水先通過地埋管吸收土壤的熱量，再進入太陽能集熱器吸收太陽能熱量， 最後返回到吸收式熱泵的蒸發器放熱。所述太陽能集熱器在非採暖期作為回灌熱源時，通過調節閥門和循環水泵的開啟和閉合，使太陽能集熱器與地埋管串聯循環，太陽能集熱器所收集的熱量循環至地埋管，補 充土壤的熱量。所述太陽能集熱器在夜間或陰天其出水溫度較低時，太陽能集熱器停止工作。一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源、吸 收式熱泵、熱用戶、太陽能集熱器、地埋管、若干循環水泵以及各種連接管路和附件，來自熱 源的一次熱網高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵的低位熱源，吸收式熱 泵蒸發器與地埋管相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式熱泵蒸發器中放熱；採用一次熱網進 行回灌補熱，用以恢復地埋管周圍土壤溫度，維持土壤熱能的收支平衡，並採用太陽能集熱 器作為供熱系統輔助熱源，直接將太陽能集熱器收集的熱量補充到一次熱網中；二次熱網 的回水通過吸收式熱泵被加熱後通過二次熱網送至熱用戶。一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源、吸 收式熱泵、熱用戶、太陽能集熱器、地埋管、若干循環水泵以及各種連接管路和附件，來自熱 源的一次熱網高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵的低位熱源，吸收式熱 泵蒸發器與地埋管相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式熱泵蒸發器中放熱；所述太陽能集熱 器可以通過管路切換，在採暖期直接接入二次網，與吸收式熱泵並聯或串聯；並聯方式熱 用戶出口的二次網回水分兩路，一路進入吸收式熱泵加熱，一路進入太陽能集熱器加熱，兩 路會合後通過二次網供水送到熱用戶；串聯方式熱用戶出口的二次網回水先進入吸收式 熱泵加熱，再進入太陽能集熱器加熱，或先進入太陽能集熱器加熱，再進入吸收式熱泵加 熱，最後再通過二次網供水送到熱用戶。本發明在熱力站設置地熱源吸收式熱泵機組，以集中供熱系統一次網高溫熱水驅 動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵的低位熱源，吸收式熱泵蒸發器與地埋管相連，熱 媒從土壤中吸熱後到熱泵蒸發器中放熱，吸收的地熱用於二次網供熱。為了恢復土壤溫度， 維持地下熱能的收支平衡，該系統採用太陽能作為輔助熱源，採暖季太陽能與地熱能互為 補充，非採暖季則單獨使用太陽能回灌熱量於地下，以恢復土壤溫度，使得土壤溫度全年平本發明的有益效果為1、與常規的集中供熱方式相比，該系統以吸收式熱泵代替了水水換熱器，通過回 收土壤和太陽能的熱量提高系統供熱量；2、與常規的太陽能供熱利用方式相比，該系統以太陽能集熱器聯合土壤蓄熱方式 大大提高了太陽能集熱器和地埋管利用率；3、與傳統電驅動地源熱泵相比，該系統以熱網水驅動熱泵，節省了大量電力消耗， 運行成本低。以太陽能輔助土壤溫度的恢復，提高了地埋管換熱系統的穩定性。


圖1是實施例1中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖2是實施例2中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖3是實施例3中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖4是實施例4中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖5是實施例5中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖6是實施例6中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖7是實施例7中太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統流程示意圖；圖中標號1_熱源；2-地熱源吸收式熱泵；3-熱用戶；4-太陽能集熱器；5-地埋 管；6-地埋管循環水泵；7-太陽能集熱器循環水泵；8-水泵；9- 一次熱網；10- 二次熱網； 11-閥門；12-閥門；13-閥門；14-閥門。
具體實施例方式下面結合附圖本發明作進一步說明具體的實施方式實施例1 如圖1所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，供熱系統是由熱源1、地熱源 吸收式熱泵2、熱用戶3、太陽能集熱器4、地埋管5、地埋管循環水泵6、太陽能集熱器循環 水泵7、閥門11、閥門13、一次熱網9、二次熱網10以及各種連接管路和附件組成。來自熱 源1的一次熱網9水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵2的低位熱源，吸收式熱泵 2蒸發器與地埋管5相連，熱媒從土壤中吸熱，到吸收式熱泵2蒸發器中放熱，二次熱網10 的回水通過地熱源吸收式熱泵2的冷凝器被加熱後，熱量通過二次熱網10送至熱用戶。為 了恢復地埋管5周圍土壤溫度，維持土壤熱能的收支平衡，該系統採用太陽能集熱器4作為 補充熱源。太陽能集熱器4在採暖期為輔助熱源，與地埋管5聯合併聯供熱，閥門11、閥門 13打開，地埋管循環水泵6、太陽能集熱器循環水泵7也均打開。吸收式熱泵2的蒸發器出 水分兩部分，一部分通過太陽能集熱器4吸收太陽能熱量，另一部分進入地埋管5吸收土壤 的熱量，兩部分水吸熱後會合，最後返回到吸收式熱泵2的蒸發器放熱。太陽能集熱器4在 非採暖期為回灌熱源，閥門13和地埋管循環水泵6關閉，閥門11和太陽能集熱器循環水泵 7開啟，太陽能集熱器4與地埋管5串聯循環，太陽能集熱器4所收集的熱量循環至地埋管 5，補充土壤的熱量。太陽能集熱器4在夜間或陰天其出水溫度較低時，閥門11關閉，太陽 能集熱器循環水泵7關閉，此時太陽能集熱器停止工作。實施例2 如圖2所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其中的太陽能集熱器4和地埋 管5是聯合串聯供熱。採暖供熱時閥門12、閥門14關閉，閥門11、閥門13打開，吸收式熱 泵2的蒸發器出水先經過太陽能集熱器4，再進入地埋管5吸收土壤的熱量，最後返回到吸 收式熱泵2的蒸發器放熱。太陽能集熱器4在非採暖期為回灌熱源，閥門12和閥門13關 閉，閥門11和閥門14開啟，太陽能集熱器4與地埋管5串聯循環，太陽能集熱器4所收集 的熱量循環至地埋管5，補充土壤的熱量。太陽能集熱器4在夜間或陰天其出水溫度較低 時，閥門11關閉，開啟閥門12，此時太陽能集熱器停止工作。其餘與實施例1相同。實施例3:如圖3所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，與實施例2不同在於，吸收式 熱泵2的蒸發器出水先經過地埋管5吸收土壤的熱量，再進入太陽能集熱器4，最後返回到 吸收式熱泵2的蒸發器放熱。其餘與實施例2相同。實施例4 如圖4所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，供熱系統是由熱源1、地熱源 吸收式熱泵2、熱用戶3、太陽能集熱器4、地埋管5、地埋管循環熱泵6、太陽能集熱器循環水泵7、閥門11、閥門13、閥門14、一次熱網9、二次熱網10以及各種連接管路和附件組成。來 自熱源1的一次熱網9水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵2的低位熱源，吸收式 熱泵2蒸發器與地埋管5相連，熱媒從土壤中吸熱，到吸收式熱泵2蒸發器中放熱，二次熱 網10的回水通過地熱源吸收式熱泵2的冷凝器被加熱後，熱量通過二次熱網10送至熱用 戶。沒有條件設置太陽集熱器4的熱力站，為了恢復地埋管5周圍土壤溫度，維持土壤熱能 的收支平衡，在非採暖季，閥門14開啟，該系統可以採用一次熱網9進行回灌補熱。有條件 設置太陽能集熱器4的地方，可以直接把太陽能集熱器4收集的熱量補充到一次熱網9中。實施例5 如圖5所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，供熱系統是由熱源1、地熱源 吸收式熱泵2、熱用戶3、太陽能集熱器4、地埋管5、地埋管循環熱泵6、太陽能集熱器循環水 泵7、閥門11、閥門12、閥門13、閥門14、一次熱網9、二次熱網10以及各種連接管路和附件 組成。來自熱源1的一次熱網9水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵2的低位熱 源，吸收式熱泵2蒸發器與地埋管5相連，熱媒從土壤中吸熱，到吸收式熱泵2蒸發器中放 熱，二次熱網10的回水通過地熱源吸收式熱泵2的冷凝器被加熱後，熱量通過二次熱網10 送至熱用戶。所述太陽能集熱器4直接接入二次網10，與吸收式熱泵2並聯，熱用戶3出口 的二次網10回水分兩路，一路進入吸收式熱泵2加熱，一路進入太陽能集熱器4加熱，兩路 會合後通過二次網10供水送到熱用戶3。太陽能集熱器4在夜間或陰天其出水溫度較低 時，閥門11關閉，水泵7關閉，此時太陽能集熱器停止工作。為了恢復地埋管5周圍土壤溫 度，維持土壤熱能的收支平衡，在非採暖季，閥門14開啟，該系統可以採用一次熱網9進行 回灌補熱。實施例6 如圖6所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，與實例5不同在於，太陽能集 熱器4直接接入二次網10，與吸收式熱泵2串聯，熱用戶3出口的二次網10回水先進入太 陽能集熱器4加熱，再進入吸收式熱泵2加熱，最後再通過二次網10供水送到熱用戶。其 餘與實施例5相同。實施例7 如圖7所示，太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，與實例6不同在於，熱用戶3 出口的二次網10回水先進入吸收式熱泵2加熱，再進入太陽能集熱器4加熱，最後再通過 二次網10供水送到熱用戶。其餘與實施例6相同。
權利要求
一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源(1)、吸收式熱泵(2)、熱用戶(3)、太陽能集熱器(4)、地埋管(5)、若干循環水泵以及各種連接管路和附件，來自熱源(1)的一次熱網(9)高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵(2)的低位熱源，吸收式熱泵(2)蒸發器與地埋管(5)相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式熱泵(2)蒸發器中放熱；在採暖期太陽能集熱器(4)作為供熱系統輔助熱源與地埋管(5)聯合供熱，在非採暖期太陽能集熱器(4)作為回灌熱源，用以恢復地埋管(5)周圍土壤溫度，維持土壤熱能的收支平衡；二次熱網(10)的回水通過吸收式熱泵(2)被加熱後通過二次熱網(10)送至熱用戶(3)。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，所 述吸收式熱泵(2)是採用一次熱網(9)的高溫熱水作為驅動熱源並吸收地埋管(5)地熱能 的熱量進行供熱的熱泵機組。
3.根據權利要求1所述的一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，所 述太陽能集熱器(4)在採暖期作為輔助熱源與地埋管(5)聯合供熱時，吸收式熱泵(2)的 蒸發器出水分兩部分，一部分通過太陽能集熱器(4)吸收太陽能熱量，另一部分進入地埋 管(5)吸收土壤的熱量，兩部分水吸熱後會合，最後返回到吸收式熱泵(2)的蒸發器放熱。
4.根據權利要求1所述的一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，所 述太陽能集熱器(4)在採暖期作為輔助熱源與地埋管(5)聯合供熱時，所述太陽能集熱器 (4)與地埋管(5)串聯，吸收式熱泵(2)的蒸發器出水先通過太陽能集熱器(4)吸收太陽 能熱量，再進入地埋管(5)吸收土壤的熱量，最後返回到吸收式熱泵(2)的蒸發器放熱；或 者吸收式熱泵(2)的蒸發器出水先通過地埋管(5)吸收土壤的熱量，再進入太陽能集熱器 (4)吸收太陽能熱量，最後返回到吸收式熱泵(2)的蒸發器放熱。
5.根據權利要求3或4所述的一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於， 所述太陽能集熱器(4)在非採暖期作為回灌熱源時，通過調節閥門和循環水泵的開啟和閉 合，使太陽能集熱器(4)與地埋管(5)串聯循環，太陽能集熱器(4)所收集的熱量循環至地 埋管(5)，補充土壤的熱量。
6.根據權利要求1至4任意一個權利要求所述的一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱 系統，其特徵在於，所述太陽能集熱器(4)在夜間或陰天其出水溫度較低時，太陽能集熱器 停止工作。
7.一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源(1)、 吸收式熱泵(2)、熱用戶(3)、太陽能集熱器(4)、地埋管(5)、若干循環水泵以及各種連接管 路和附件，來自熱源(1)的一次熱網(9)高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱 泵(2)的低位熱源，吸收式熱泵(2)蒸發器與地埋管(5)相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式 熱泵(2)蒸發器中放熱；採用一次熱網(9)進行回灌補熱，用以恢復地埋管(5)周圍土壤溫 度，維持土壤熱能的收支平衡，並採用太陽能集熱器(4)作為供熱系統輔助熱源，直接將太 陽能集熱器(4)收集的熱量補充到一次熱網(9)中；二次熱網(10)的回水通過吸收式熱泵 (2)被加熱後通過二次熱網(10)送至熱用戶(3)。
8.一種太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統，其特徵在於，該供熱系統包括熱源(1)、 吸收式熱泵(2)、熱用戶(3)、太陽能集熱器(4)、地埋管(5)、若干循環水泵以及各種連接管 路和附件，來自熱源(1)的一次熱網(9)高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱 2泵(2)的低位熱源，吸收式熱泵(2)蒸發器與地埋管(5)相連，熱媒從土壤中吸熱到吸收式 熱泵(2)蒸發器中放熱；所述太陽能集熱器(4)直接接入二次網(10)，與吸收式熱泵(2)並 聯或串聯；並聯方式熱用戶(3)出口的二次網(10)回水分兩路，一路進入吸收式熱泵(2) 加熱，一路進入太陽能集熱器(4)加熱，兩路會合後通過二次網(10)供水送到熱用戶(3)； 串聯方式熱用戶(3)出口的二次網(10)回水先進入吸收式熱泵(2)加熱，再進入太陽能 集熱器(4)加熱，或先進入太陽能集熱器(4)加熱，再進入吸收式熱泵(2)加熱，最後再通 過二次網(10)供水送到熱用戶。
全文摘要
本發明公開了屬於集中供熱技術領域的太陽能與地熱能輔助型集中供熱系統。在熱力站設置地熱源吸收式熱泵機組，以集中供熱系統一次網高溫熱水驅動吸收式熱泵，以土壤源作為吸收式熱泵的低位熱源，熱媒從土壤中吸熱後到熱泵蒸發器中放熱，吸收的地熱用於二次網供熱。為了恢復土壤溫度，該系統採用太陽能作為輔助熱源，採暖季太陽能與地熱能互為補充，非採暖季則單獨使用太陽能回灌熱量於地下，以恢復土壤溫度，使得土壤溫度全年平衡。該系統以吸收式熱泵代替了水水換熱器，通過回收環境熱量提高系統供熱量；以太陽能土壤蓄熱方式提高了太陽能集熱器的利用率和系統穩定性；以熱網水驅動熱泵，節省了大量電力消耗，運行費用降低。
文檔編號F24J2/00GK101922753SQ20101026558
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者付林, 劉華, 張世鋼, 李巖, 江億, 羅勇 申請人:清華大學;北京華清泰盟科技發展有限公司