一種蓄熱系統和分時蓄熱聯供系統的製作方法

2023-05-14 21:49:47

本發明涉及採暖供熱技術領域，尤其涉及一種蓄熱系統和分時蓄熱聯供系統。

背景技術：

隨著社會經濟的日益發展，各行各業能耗節節攀升，節能減排成為了社會大眾的共識。建築、機電等耗能的產業和行業都朝著節能、可靠、降低投資等方向發展。

眾所周知，電熱水鍋爐系統具有噪音小、無排放、熱效率高、自動化程度高、操作簡單等優點，但它也存在運行成本高、運行條件限制大等不足。在缺少集中供熱、燃氣、煤、燃油等受限制地方及重要的科研實驗室，仍被廣泛應用。

目前，常見的電熱水鍋爐蓄熱供熱系統有兩種，圖1為現有技術中蓄熱系統方案一的工藝流程圖；圖2為現有技術中蓄熱系統方案一的工藝流程圖。如圖1所示，第一種系統具有四個電動閥22、一次側具有一套循環驅動泵23，可以實現蓄熱兼供熱、電鍋爐單獨供熱、蓄熱水箱單獨供熱的功能。如圖2所示，第二種系統設置一個電動三通調節閥、兩套循環驅動泵23，亦可實現上述功能。

然而，上述第一種電熱水鍋爐蓄熱供熱系統由於電動閥22較多，功能簡單無法解決能量供求時間不匹配，蓄熱水箱白天時段供熱不足的問題；上述第二種電熱水鍋爐蓄熱供熱系統儘管電動調節閥減少結構簡化，但系統增加一組蓄熱循環泵，增加泵系統能耗。另外傳統蓄熱電鍋爐系統依靠高品位電能，沒有充分利用低品味能源，造成運行費偏高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種蓄熱系統和分時蓄熱聯供系統，以解決現有技術中的電鍋爐蓄熱供熱系統故障率高、運行成本高以及蓄熱水箱白天時段供熱不足的問題。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

本發明提供的一種蓄熱系統，包括一次側蓄熱環路；所述一次側蓄熱環路上依次設置有主熱源組件、蓄熱循環泵、三通控制閥、第一換熱器、蓄熱水箱、第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門；所述主熱源組件、所述蓄熱循環泵、所述三通控制閥、所述第一換熱器和所述第一閥門通過管道連通形成閉合迴路；所述主熱源組件、所述蓄熱循環泵、所述三通控制閥、所述第一換熱器、所述第二閥門、所述蓄熱水箱和所述第四閥門通過管道連通形成閉合迴路；所述主熱源組件、所述蓄熱循環泵、所述三通控制閥、所述第三閥門、所述蓄熱水箱和所述第四閥門通過管道連通形成閉合迴路。

優選地，所述主熱源組件為電鍋爐或者熱泵。該技術方案的技術效果在於：電熱水鍋爐為常規的供熱設備，其製作生產成本較低、技術條件成熟，運行維護成本也更低；熱泵技術是近年來在全世界倍受關注的新能源技術，常見的有空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵和雙源熱泵等類型，具有高效、節能、環保、安全等諸多優點。

本發明還提供一種分時蓄熱聯供系統，包括一次側輔助蓄熱環路和上述的蓄熱系統；所述一次側輔助蓄熱環路包括太陽能集熱器、集熱循環泵、第二換熱器、換熱循環泵；所述太陽能集熱器、所述集熱循環泵和所述第二換熱器通過管道連通形成閉合迴路；所述蓄熱水箱、所述換熱循環泵和所述第二換熱器通過管道連通形成閉合迴路。

進一步，分時蓄熱聯供系統還包括補液箱和補液泵，所述補液箱通過所述補液泵與所述太陽能集熱器所在閉合迴路連通。該技術方案的技術效果在於：由於流動的熱媒可能出現滲漏、蒸發等狀況導致流失減少，補液箱和補液泵的作用在於及時補充足夠的熱媒，保障迴路中集熱換熱工作的正常運行。

進一步，分時蓄熱聯供系統還包括膨脹罐，所述膨脹罐與所述太陽能集熱器所在閉合迴路連通。該技術方案的技術效果在於：膨脹罐的作用是在工作介質溫度升高體積膨脹時吸收膨脹罐量，防止迴路中壓力升高過快，而在工作介質溫度降低體積收縮時釋放罐內的液體補充到迴路中，避免迴路壓力下降過快，以減少安全閥的洩壓次數和補液泵的工作次數。

進一步，分時蓄熱聯供系統還包括第一熱量表、第二熱量表和控制組件；所述第一熱量表位於所述太陽能集熱器所在閉合迴路；所述第二熱量表位於所述換熱循環泵所在閉合迴路；所述控制組件分別連接所述第一熱量表、所述第二熱量表和所述換熱循環泵。該技術方案的技術效果在於：太陽能集熱器所在閉合迴路中設置控制組件，用於根據第一熱量表和第二熱量表測量的換熱溫差，調節換熱循環泵的啟動頻率及時間。

優選地，所述太陽能集熱器為平板式、全玻璃真空管式或者U型管式集熱器。該技術方案的技術效果在於：根據不同的實際需要、安裝條件以及外部天氣條件，可選用平板式、全玻璃真空管式或者U型管式等不同的太陽能集熱器。

進一步，所述太陽能集熱器所在閉合迴路的管道從內至外依次包括鋼管、保溫管和保溫層。該技術方案的技術效果在於：鋼管能夠為管道提供足夠的結構強度，減低系統震動、彎曲帶來的應力；而保溫管能夠減少熱媒在管道中流動時的熱量流失；保溫層一方面用於固定保溫管，另一方面防止保溫管受到破壞。

優選地，所述保溫管的材質為阻燃橡塑。該技術方案的技術效果在於：阻燃橡塑的保溫性能好，同時不容易在熱媒的高溫下燃燒。並且阻燃橡塑裡面不含有有害的氯氟化物，符合國際環保認證要求，在安裝過程和使用中，不會產生任何對人身體健康有危害的汙染氣體。並且，由於其材質柔軟，且無須其它輔助層，施工安裝簡易快捷。

優選地，所述保溫層的材質為金屬鋁。該技術方案的技術效果在於：金屬鋁具有較高的機械強度，而同時密度低，光潔度高且不易腐蝕。

本發明的有益效果是：

1、分別形成三個閉合迴路，在蓄熱循環泵的驅動下，能夠實現主熱源組件單獨供熱、蓄熱水箱單獨供熱、主熱源組件向蓄熱水箱進行蓄熱的功能，並且，簡化了管路中的設備從而降低了故障率和運行成本，且控制簡單實現了節能減排。

2、在蓄熱系統之外設置一次側輔助蓄熱環路，能夠實現太陽能與傳統電鍋爐的能源相結合，利用可再生的太陽能分時集熱蓄熱，解決蓄熱水箱白天時段供熱不足的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式的技術方案，下面將對具體實施方式描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中蓄熱系統方案一的工藝流程圖；

圖2為現有技術中蓄熱系統方案一的工藝流程圖；

圖3為本發明提供的蓄熱系統中一次側蓄熱環路的工藝流程圖；

圖4為本發明提供的蓄熱系統中一次側輔助蓄熱環路的工藝流程圖；

圖5為本發明提供的蓄熱系統中閉合環路中管道的斷面示意圖。

附圖標記：

1-主熱源組件； 2-蓄熱循環泵； 3-三通控制閥；

4-第一換熱器； 5-蓄熱水箱； 6-第一閥門；

7-第二閥門； 8-第三閥門； 9-第四閥門；

10-太陽能集熱器； 11-集熱循環泵； 12-第二換熱器；

13-換熱循環泵； 14-補液箱； 15-補液泵；

16-膨脹罐； 17-第一熱量表； 18-第二熱量表；

19-鋼管； 20-保溫管； 21-保溫層；

22-電動閥； 23-循環驅動泵。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明提供了一種蓄熱系統，其中：圖3為本發明提供的蓄熱系統中一次側蓄熱環路的工藝流程圖。如圖3所示，蓄熱系統的結構包括一次側蓄熱環路。具體地，一次側蓄熱環路上依次設置有主熱源組件1、蓄熱循環泵2、三通控制閥3、第一換熱器4、蓄熱水箱5、第一閥門6、第二閥門7、第三閥門8和第四閥門9。主熱源組件1、蓄熱循環泵2、三通控制閥3、第一換熱器4和第一閥門6通過管道連通形成閉合迴路；同時，主熱源組件1、蓄熱循環泵2、三通控制閥3、第一換熱器4、第二閥門7、蓄熱水箱5和第四閥門9通過管道連通形成閉合迴路；並且，主熱源組件1、蓄熱循環泵2、三通控制閥3、第三閥門8、蓄熱水箱5和第四閥門9通過管道連通形成閉合迴路。

如圖3所示，優選地，主熱源組件1優先選擇使用電鍋爐或者熱泵。在本實施例中，電熱水鍋爐為常規的供熱設備，其製作生產成本較低、技術條件成熟，運行維護成本也更低；而熱泵技術是近年來在全世界倍受關注的新能源技術，常見的有空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵和雙源熱泵等類型，具有高效、節能、環保、安全等諸多優點。

需要說明的是：

為了滿足不同的供熱環境的需要，第一換熱器4可以選用板式換熱器或者管殼式換熱器，其材質為304不鏽鋼，傳熱係數為3000kcal/(m2·℃·h)。

為了提高循環迴路的可靠性，蓄熱循環泵2可以採用一組水泵或者多組並列布置的水泵，多組水泵中設置備用泵組。

為了便於迴路中熱媒的流通和控制的便利，三通控制閥3優先選擇電動調節閥，第一閥門6、第二閥門7、第三閥門8或第四閥門9優選使用電動蝶閥。

本發明還提供一種分時蓄熱聯供系統。分時蓄熱聯供系統包括一次側輔助蓄熱環路和上述的蓄熱系統。圖4為本發明提供的蓄熱系統中一次側輔助蓄熱環路的工藝流程圖。具體地，如圖3、4所示，一次側輔助蓄熱環路包括太陽能集熱器10、集熱循環泵11、第二換熱器12、換熱循環泵13。其連通關係和迴路結構為：太陽能集熱器10、集熱循環泵11和第二換熱器12通過管道連通形成閉合迴路，蓄熱水箱5、換熱循環泵13和第二換熱器12通過管道連通形成閉合迴路。

在現有常見的電熱水鍋爐蓄熱供熱系統中，存在管路複雜、閥門和泵組過多的情況。並且，蓄熱水箱5常常在用水高峰期和白天時段出現供熱不足的問題。本發明的分時蓄熱聯供系統，能夠較好地解決上述問題，通過在一次側蓄熱環路之外增設一次側輔助蓄熱環路，將太陽能與傳統電鍋爐的能源相結合，利用可再生的太陽能分時集熱蓄熱，解決蓄熱水箱5白天時段、用水高峰期供熱不足的問題。

在本實施例的可選方案中，如圖4所示，進一步地，分時蓄熱聯供系統還包括補液箱14和補液泵15。其中，補液箱14通過補液泵15與太陽能集熱器10所在的閉合迴路連通。在本實施例中，由於流動的熱媒可能出現滲漏、蒸發等狀況導致流失減少，補液箱14和補液泵15的作用在於及時補充足夠的熱媒，保障迴路中集熱換熱工作的正常運行。特別地，補液箱14內膽採用304不鏽鋼製作，外殼使用201不鏽鋼。同時可在補液箱14內補充標準為-25攝氏度的丙二醇溶液製作的防凍液。

在本實施例的可選方案中，如圖4所示，進一步地，分時蓄熱聯供系統還包括膨脹罐16。具體地，膨脹罐16與太陽能集熱器10所在的閉合迴路連通。在本實施例中，膨脹罐16的作用是在工作介質溫度升高體積膨脹時吸收膨脹罐16量，防止迴路中壓力升高過快，而在工作介質溫度降低體積收縮時釋放罐內的液體補充到迴路中，避免迴路壓力下降過快，以減少安全閥的洩壓次數和補液泵15的工作次數。

在本實施例的可選方案中，如圖4所示，進一步地，分時蓄熱聯供系統還包括第一熱量表17、第二熱量表18和控制組件。具體地，第一熱量表17位於太陽能集熱器10所在閉合迴路，第二熱量表18位於換熱循環泵13所在閉合迴路，而控制組件分別連接第一熱量表17、第二熱量表18和換熱循環泵13。根據第一熱量表17和第二熱量表18測量的換熱溫差，利用太陽能集熱器10所在閉合迴路中設置的控制組件控制調節換熱循環泵13的啟動頻率及時間，達到在合適的時間、所需的時段實現太陽能集熱迴路的補充蓄熱。

在本實施例的可選方案中，如圖4所示，優選地，太陽能集熱器10可以選用平板式、全玻璃真空管式或者U型管式的集熱器，以滿足不同的供熱需要、安裝條件以及外部天氣條件。

圖5為本發明提供的蓄熱系統中閉合環路中管道的斷面示意圖。在本實施例的可選方案中，如圖5所示，進一步地，太陽能集熱器10所在閉合迴路的管道從內至外依次包括鋼管19、保溫管20和保溫層21。在本實施例中，鋼管19能夠為管道提供足夠的結構強度，減低系統震動、彎曲帶來的應力；而保溫管20能夠減少熱媒在管道中流動時的熱量流失；保溫層21一方面用於固定保溫管20，另一方面防止保溫管20受到破壞。

在本實施例的可選方案中，如圖5所示，優選地，保溫管20的材質為阻燃橡塑。在本實施例中，阻燃橡塑的保溫性能好，同時不容易在熱媒的高溫下燃燒。並且阻燃橡塑裡面不含有有害的氯氟化物，符合國際環保認證要求，在安裝過程和使用中，不會產生任何對人身體健康有危害的汙染氣體。並且，由於其材質柔軟，且無須其它輔助層，施工安裝簡易快捷。優選地，阻燃橡塑保溫管20可設置30毫米厚，並且採用B1級材質。

在本實施例的可選方案中，如圖5所示，優選地，保溫層21的材質為金屬鋁。金屬鋁具有較高的機械強度，而同時密度低，光潔度高且不易腐蝕。鋁質保溫層21的厚度可設置為0.2毫米。

上述的分時蓄熱聯供系統同時通過電鍋爐和太陽能進行蓄熱集熱，其經濟效益成果顯著，簡述如下：

1、太陽能日產熱量

根據北京市地區的太陽能輻照資源，考慮太陽能的效率、保證率、熱損的等因素影響，本工程太陽能日產熱量按下式計算：

ΔQSAVE＝ACJTηcd(1-ηL)

式中：

ΔQSAVE——日平均節能量；

AC——太陽集熱器的面積，單位㎡；本系統太陽能面積總共為264㎡；

JT——太陽集熱器採光面的太陽輻照量，單位KJ/㎡。北京地區為17.28MJ/(㎡·d)；

365——一年的天數；

ηcd——太陽集熱器效率，無量綱。取0.6；

ηL——管路及貯水箱熱損失，無量綱。取0.2；

帶入上述數據計算得：ΔQSAVE＝2189.7MJ。即：太陽能日產熱量為2189.7MJ。全年365天產熱量為：2189.7MJ×365＝799248.4MJ

2、太陽能系統每年節約電量

W＝ΔQSAVE/(3.6×η)×365

式中：

W——系統壽命內年節約電量，Kwh；

η——輔助熱源熱效率，0.9；

代入數據計算得，太陽能系統年節約電量為246681.6Kwh。

3、太陽能系統每年節約總費用

(1)年節約電費

F＝W×CC

式中：

F——年節約的電費，元；

W——年節約電量，246681.6KWH；

CC——常規能源價格，1.26元/KWH；

帶入數據計算得，年節約的電費為310818.76元。

(2)太陽能系統年維護費用

太陽能系統總投資的1％，本項目總1198500元，即：1198500×1％＝11985元。

(3)太陽能系統年節約總費用

年節約的電費-太陽能系統年維護費用，即:310818.76-11985＝298833.76元。

4、太陽能系統投資回收期計算

太陽能每年節約的總費用為298833.76元，太陽能系統投資為1198500元，則安裝太陽能的回收期為：

5、環保效益

太陽能系統的環保效益主要通過系統節能的環保效益來體現：因節省常規能源而減少了汙染物的排放，主要指標為二氧化碳的減排量。將系統壽命期的節能量折算成標準煤，然後將標準煤中的碳含量折算成二氧化碳，即為該太陽能系統的二氧化碳的減排量，其計算公式為：

QCO2＝(-ΔQSAVE)/q×365×n×2.47

式中：

QCO2——系統壽命期內二氧化碳的排放量，噸；

q——標準煤熱值，29308KJ/kg；

2.47——每kg標準煤燃燒產生2.47kgCO2；

n——系統壽命期，按15年計算；

代入數據得：QCO2＝1010噸，則每年二氧化碳減排量為：67.4噸。年節約標煤量為：67.4/2.47＝27.3噸。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。