CN110645732B - 一种基于可逆膨胀机的综合能源***及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可逆膨胀机的综合能源***及运行方法，它包括太阳能集热器和燃气辅热器构成的热源***；所述热源***与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置并联，所述储冷、储热一体化装置同时与第一换热器并联，所述第一换热器通过可逆膨胀机与第二换热器相串联，在第一换热器和第二换热器串联回路上安装有膨胀阀和工质泵，并共同构成的有机朗肯循环发电‑热泵一体化机组；所述第二换热器与地埋管换热器和辐射换热器相连；还包括控制***。结合一体化储冷、储热装置构成的综合能源***，来实现太阳能、浅层地热能、电能的综合高效利用的目的。

Description

一种基于可逆膨胀机的综合能源***及运行方法
技术领域
本发明涉及综合供能领域的一种能源***，特别涉及一种基于可逆膨胀机的，以太阳能、天然气、浅层地热（地表水、空气）和电源为能源的冷、热、电综合供应的能源***。
背景技术
能源问题一直是限制社会发展的重要因素，随着人类社会对自然资源的不断攫取，自然***的耐受能力已逼近极限，随之而来的环境问题已成为发展过程中必要的考量因素。发展可再生能源、提高能源***综合效率是现阶段全人类社会的共识。太阳能、风能为代表的可再生能源有不稳定性和特殊的周期性的特征，如何提供一种稳定的供能方式，甚至主动调节消纳这部分不稳定电力，综合能源供能***应运而生。综合能源***一般以小区和园区为单位，主要包含发电、供冷、供热和储能等要素。
有机工质在常温区间可通过加热对膨胀机进行做功输出动力进而发电，又可通过压缩循环在环境温度两侧提供一个稳定的温差实现制冷或制热。前者可以构建以中低温热能为热源的动力循环，例如太阳能驱动的有机朗肯循环发电***（Solar-ORC EnergyPlant），其优势在于对于利用不稳定热源时可以通过储热装置将热能进行时空上的转移，其成本远低于储电；而后者可以构建通过电力驱动的，以自然环境（地表水、地热、室外空气等）为热源的热泵***（Heat Pump），其优势在于利用能源主要以可再生能源为主若提供储热装置，就可以实现电力的时空转换，进而主动配合电网输出，调蓄过余电力。二者是综合能源***中的重要角色。
为实现能源的调蓄，储能装置必不可少，现阶段应用于综合能源***中的储能手段主要有储冷、储热、储电和惯性储能等技术。其中储电成本高，惯性储能应用有诸多限制因素，而储冷、储热因为技术成熟可靠，被较为广泛的认可与应用。为进一步提高可再生能源利用率，提出了基于可逆膨胀机（压缩机），以太阳能、天然气、浅层地热（地表水、空气）和电源为能源的且含有储能的冷、热、电综合供应的能源***。
发明内容
本发明是基于可逆膨胀机构建有机工质发电和热泵的一体化循环装置，结合一体化储冷、储热装置构成的综合能源***，来实现太阳能、浅层地热能、电能的综合高效利用的目的。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于可逆膨胀机的综合能源***，它包括太阳能集热器和燃气辅热器构成的热源***；所述热源***与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置并联，所述储冷、储热一体化装置同时与第一换热器并联，所述第一换热器通过可逆膨胀机与第二换热器相串联，在第一换热器和第二换热器串联回路上安装有膨胀阀和工质泵，并共同构成的有机朗肯循环发电-热泵一体化机组；所述第二换热器与地埋管换热器和辐射换热器相连；还包括控制***。
所述储冷、储热一体化装置内部设置有第一内部换热器、第二内部换热器和第三内部换热器；所述第一内部换热器与热源***构成串联***；所述第二内部换热器与辐射换热器相连并向建筑供冷或热，所述第三内部换热器与第一换热器相连用于储冷或热。
所述太阳能集热器采用槽式或者碟式，太阳能集热器及其旁通与燃气辅热器及其旁通相串连，与储冷、储热一体化装置的第一内部换热器、第一换热器、第二换热器、地埋管换热器和辐射换热器构成的并联***串联，具体连通方式根据运行模式而定。
所述可逆膨胀机可实现膨胀输出功，也可在动力输入时完成对工质压缩，可逆膨胀机在热泵工况下其两端的四通换向***可以另所需蒸发器、冷凝器换向，以实现制冷、制热工况的切换。
所述地埋管换热器可以在供热周期内为***提供低品位热，当进入非供热季或供热季太阳能富余则作为可再生能源的储热容器。
所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，当太阳资源良好，或建筑冷负荷较低时，为工作模式一：
此时太阳能集热器可同时满足辐射换热器对建筑采暖的需求以及储冷、储热一体化装置的储热需求；剩余部分通过地埋管换热器向土壤中储存热量；根据以上所述，太阳能集热器作为工作模式一的全部热源，其出口分别接至一体化储热、储冷装置中第一内部换热器进口，以及第一换热器外部循环的进口处；太阳能集热器进口分别接至储冷、储热一体化装置中第一内部换热器出口，以第一换热器外部循环的出口处；此时太阳能集热器为第一内部换热器的储热过程，和由第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和工质泵内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器外循环带走的余热，进行辐射换热器的建筑供热过程和地埋管换热器土壤储热过程；此时，第二换热器外循环出口分别接于辐射换热器和地埋管换热器进口；第二换热器外循环进口分别与辐射换热器和地埋管换热器进口的出口相连；此模式是由控制***判断并控制阀门、管路的连接，并以建筑采暖先于储冷、储热一体化装置储热，先于土壤储热这一优先级进行实施。
当太阳资源减弱但是依然可以满足建筑冷负荷时，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性，为工作模式二：
此时太阳能集热器与燃气辅热串联可满足辐射换热器对建筑采暖的需求；根据以上所述，太阳能集热器串联燃气辅热作为工作模式二的全部热源，燃气辅热出口接至第一换热器外部循环的进口处；太阳能集热器进口与第一换热器外部循环的出口处相连；此时太阳能集热器串联燃气辅热为由第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和工质泵内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器外循环带走的余热，进行辐射换热器的建筑供热过程；此时，第二换热器外循环出口接于辐射换热器的入口处；换热器外循环进口与辐射换热器的出口相连；此模式是由控制器判断并控制阀门、管路的连接和实施，其中燃气只用于保持热源的稳定性。
当太阳资源减弱无法实现储热或无法满足建筑冷负荷时，太阳能集热器及燃气辅热完全停机，为工作模式三：
此时利用储冷、储热一体化装置中储存的热量为建筑或者发电循环进行供热，根据以上所述，储冷、储热一体化装置作为工作模式三的全部热源，储冷、储热一体化装置中的第三内部换热器出口接至第一换热器外循环的进口处；储冷、储热一体化装置中的第三内部换热器进口与第一换热器外循环的出口处相连；此时储冷、储热一体化装置为由第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和工质泵内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器外循环带走的余热结合储冷、储热一体化装置中的第三内部换热器带走的热量，进行辐射换热器的建筑供热过程；此时，第二换热器外循环出口接于辐射换热器的入口处；第二换热器外循环进口与辐射换热器的出口相连，储冷、储热一体化装置中的第二内部换热器出口接至辐射换热器的进口处；储冷、储热一体化装置中的第二内部换热器进口与辐射换热器的出口处相连，此模式是由控制器判断并控制阀门、管路的连接和调整储冷、储热一体化装置中热量分配的具体实施。
当夜间较为恶劣的气象条件建筑冷负荷时较高时，为工作模式四：
此时利用储冷、储热一体化装置中储存的热量为建筑进行供热，必要时开启电驱动热泵循环和燃气补热循环，根据以上所述，燃气辅热与储冷、储热一体化装置中第一内部换热器串联，燃气辅热出口与第一内部换热器入口相连，燃气辅热进口与第一内部换热器出口相连，该循环可根据情况选择为储冷、储热一体化装置进行补热；同时，第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和工质泵内部循环构成的动力循环进行倒转则成为由可逆膨胀机、第一换热器、膨胀阀和第二换热器构成热泵循环，必要时开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置补热，其中第一换热器外部循环进口与储冷、储热一体化装置内第三内部换热器出口相连；第一换热器外部循环出口与储冷、储热一体化装置内第三内部换热器进口相连，第二换热器外部循环进口与地埋管换热器出口相连；第二换热器外部循环出口与地埋管换热器入口相连；储冷、储热一体化装置内第二内部换热器出口与辐射换热器入口相连；第二内部换热器进口与辐射换热器出口相连，实现为建筑供暖，此模式是由控制器判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置热量不足或电价较低时开启热泵***进行储热联合供热，当出现极端天气开启燃气辅热进行补充。
当为建筑供冷情况时，为工作模式五：
此时利用储冷、储热一体化装置中储存的冷量为建筑进行供冷，根据电价情况和冷负荷需求开启电驱动热泵循环进行储冷；根据以上所述，第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和膨胀阀内部循环构成热泵循环，其中压缩机两侧四通换向装置开启；适时的开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置补冷，其中第一换热器外部循环进口与储冷、储热一体化装置内第三内部换热器出口相连；第一换热器外部循环出口与储冷、储热一体化装置内第三内部换热器进口相连；第二换热器外部循环进口与地埋管换热器出口相连；第二换热器外部循环出口与地埋管换热器入口相连，储冷、储热一体化装置内第二内部换热器出口与辐射换热器入口相连；第二内部换热器进口与辐射换热器出口相连，实现为建筑供冷；此模式是由控制器判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置冷量不足或电价较低时开启热泵***进行储冷联合供冷。
当过度季节利用太阳能发电并向土壤内部储热，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性时，为工作模式六：
此时太阳能集热器作为发电循环的唯一热源，根据以上所述，太阳能集热器出口分别接至储冷、储热一体化装置中第一内部换热器进口、第一换热器外部循环的进口处、埋管换热器进口处；太阳能集热器进口分别与储冷、储热一体化装置中第一内部换热器出口、第一换热器外部循环的出口处、埋管换热器出口处相连，此时太阳能集热器由第一换热器、可逆膨胀机、第二换热器和工质泵内部循环构成的动力循环进行供热、或为储冷、储热一体化装置、或通过埋管换热器向土壤储热，并实现发电并网，此外第二换热器外循环的余热，也通过地埋管换热器向土壤储热；此时，第二换热器外循环出口接于埋管换热器的入口处；第二换热器外循环进口与埋管换热器的出口相连；此模式是由控制器判断并控制阀门、管路的连接和根据太阳能辐照强度进以先发电后对储冷、储热一体化装置储热再向土壤储热的优先级进行，当太阳无法继续提供热量，由储冷、储热一体化装置为发电循环提供热量。
本发明有如下有益效果：
1、本发明所述可逆膨胀机可以作为膨胀机实现膨胀输出功；和作为压缩机通过电力输入压缩循环工质。
2、本发明以太阳能、天然气、浅层地热（地表水、空气）和电源为能源输入，带储冷、储热一体化装置和土壤储能两种形式，供能形式为供冷、供暖和供电。通过管路、部件作用和循环方向的变换来实现多种运行方式和能源的综合利用。
3、本发明在工况模式一，该模式适应场景为太阳资源极其良好或建筑冷负荷较低时太阳能过余，太阳能通过朗肯循环先发电其余热用于供热，太阳能的过余部分储存在储冷、储热一体化装置吸纳不了部分排入土壤。
4、本发明在工况模式二，该模式适应场景为太阳资源减弱但是依然可以满足建筑冷负荷时，考虑到太阳本身及建筑负荷的波动特性，通过用燃气***对太阳能进行补充，二者直接推动朗肯循环发电余热用于供热。
5、本发明在工况模式三，该模式适应场景为太阳资源减弱无法实现储热或无法满足建筑冷负荷时，利用储冷、储热一体化装置内储存的热量为推动朗肯循环发电余热用于供热。
6、本发明在工况模式四，该模式适应场景为夜间较为恶劣的气象条件建筑冷负荷时较高时；储冷、储热一体化装置直接为建筑进行供暖，若出热量不足则开启电力输入朗肯循环逆转进入热泵循环，从土壤中提热平排入储冷、储热一体化装置，必要时开启燃气辅热同时向储冷、储热一体化装置补热，其中热泵循环可通过变频主动配合电网波动。
7、本发明在工况模式五，该模式适应场景为建筑供冷情况，所述热泵循环中压缩机两侧四通换向装置开启，电力输入冷量从土壤中提取并输入储冷、储热一体化装置并通过储冷、储热一体化装置为建筑供冷，其中通过变频主动配合电网波动。
8、本发明在工况模式六，该模式适应场景为过度季节利用太阳能发电并向土壤内部储热，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性。此时太阳能向储冷、储热一体化装置中储热并通过储冷、储热一体化装置推动朗肯循环发电，余热通过地埋管换热排入土壤进行跨季节储热；太阳过余部分可并行排入地下进行跨季节储热，同样通过朗肯循环与储冷、储热一体化装置调节向电网出力。
9、本发明所述可逆膨胀机及其循环，可通过调节可逆膨胀机供能实现朗肯循环和热泵循环的切换，通过四通换向装置实现热泵循环的制冷、制热过程切换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1本发明综合能源***示意图。
图2本发明实施例的综合能源***供热工况模式一示意图。
图3本发明实施例的综合能源***供热工况模式二示意图。
图4本发明实施例的综合能源***供热工况模式三示意图。
图5本发明实施例的综合能源***供热工况模式四示意图。
图6本发明实施例的综合能源***供冷工况模式五示意图。
图7本发明实施例的综合能源***发电工况模式六示意图。
图8本发明发电/热泵循环发电循环示意图。
图9本发明发电/热泵循环发热泵（供热）循环示意图。
图10本发明发电/热泵循环发热泵（制冷）循环示意图。
图中：可逆膨胀机1、第一换热器2、第二换热器3、膨胀阀4、工质泵5、储冷、储热一体化装置6、辐射换热器7、太阳能集热器8、地埋管换热器9、燃气辅热器10、第一内部换热器11、第二内部换热器12、第三内部换热器13、控制***14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
请参阅图1-10，一种基于可逆膨胀机的综合能源***，它包括太阳能集热器8和燃气辅热器10构成的热源***；所述热源***与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置6并联，所述储冷、储热一体化装置6同时与第一换热器2并联，所述第一换热器2通过可逆膨胀机1与第二换热器3相串联，在第一换热器2和第二换热器3串联回路上安装有膨胀阀4和工质泵5，并共同构成的有机朗肯循环发电-热泵一体化机组；所述第二换热器3与地埋管换热器9和辐射换热器7相连；还包括控制***14。
进一步的，所述储冷、储热一体化装置6内部设置有第一内部换热器11、第二内部换热器12和第三内部换热器13；所述第一内部换热器11与热源***构成串联***；所述第二内部换热器12与辐射换热器7相连并向建筑供冷或热，所述第三内部换热器13与第一换热器2相连用于储冷或热。
进一步的，所述太阳能集热器8采用槽式或者碟式，太阳能集热器8及其旁通与燃气辅热器10及其旁通相串连，与储冷、储热一体化装置6的第一内部换热器11、第一换热器2、第二换热器3、地埋管换热器9和辐射换热器7构成的并联***串联，具体连通方式根据运行模式而定。
进一步的，所述可逆膨胀机1可实现膨胀输出功，也可在动力输入时完成对工质压缩，可逆膨胀机1在热泵工况下其两端的四通换向***可以另所需蒸发器、冷凝器换向，以实现制冷、制热工况的切换。
进一步的，所述地埋管换热器9可以在供热周期内为***提供低品位热，当进入非供热季或供热季太阳能富余则作为可再生能源的储热容器。
实施例2：
如图2，所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，当太阳资源良好，或建筑冷负荷较低时，为工作模式一：
此时太阳能集热器8可同时满足辐射换热器7对建筑采暖的需求以及储冷、储热一体化装置6的储热需求；剩余部分通过地埋管换热器9向土壤中储存热量；根据以上所述，太阳能集热器8作为工作模式一的全部热源，其出口分别接至一体化储热、储冷装置6中第一内部换热器11进口，以及第一换热器2外部循环的进口处；太阳能集热器8进口分别接至储冷、储热一体化装置6中第一内部换热器11出口，以第一换热器2外部循环的出口处；此时太阳能集热器8为第一内部换热器11的储热过程，和由第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器3外循环带走的余热，进行辐射换热器7的建筑供热过程和地埋管换热器9土壤储热过程；此时，第二换热器3外循环出口分别接于辐射换热器7和地埋管换热器9进口；第二换热器3外循环进口分别与辐射换热器7和地埋管换热器9进口的出口相连；此模式是由控制***14判断并控制阀门、管路的连接，并以建筑采暖先于储冷、储热一体化装置6储热，先于土壤储热这一优先级进行实施。
实施例3：
如图3，当太阳资源减弱但是依然可以满足建筑冷负荷时，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性，为工作模式二：
此时太阳能集热器8与燃气辅热10串联可满足辐射换热器7对建筑采暖的需求；根据以上所述，太阳能集热器8串联燃气辅热10作为工作模式二的全部热源，燃气辅热10出口接至第一换热器2外部循环的进口处；太阳能集热器8进口与第一换热器2外部循环的出口处相连；此时太阳能集热器8串联燃气辅热10为由第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器3外循环带走的余热，进行辐射换热器7的建筑供热过程；此时，第二换热器3外循环出口接于辐射换热器7的入口处；换热器3外循环进口与辐射换热器7的出口相连；此模式是由控制器14判断并控制阀门、管路的连接和实施，其中燃气只用于保持热源的稳定性。
实施例4：
如图4，当太阳资源减弱无法实现储热或无法满足建筑冷负荷时，太阳能集热器8及燃气辅热10完全停机，为工作模式三：
此时利用储冷、储热一体化装置6中储存的热量为建筑或者发电循环进行供热，根据以上所述，储冷、储热一体化装置6作为工作模式三的全部热源，储冷、储热一体化装置6中的第三内部换热器13出口接至第一换热器2外循环的进口处；储冷、储热一体化装置6中的第三内部换热器13进口与第一换热器2外循环的出口处相连；此时储冷、储热一体化装置6为由第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器3外循环带走的余热结合储冷、储热一体化装置6中的第三内部换热器13带走的热量，进行辐射换热器7的建筑供热过程；此时，第二换热器3外循环出口接于辐射换热器7的入口处；第二换热器3外循环进口与辐射换热器7的出口相连，储冷、储热一体化装置6中的第二内部换热器12出口接至辐射换热器7的进口处；储冷、储热一体化装置6中的第二内部换热器12进口与辐射换热器7的出口处相连，此模式是由控制器14判断并控制阀门、管路的连接和调整储冷、储热一体化装置6中热量分配的具体实施。
实施例5：
如图5，当夜间较为恶劣的气象条件建筑冷负荷时较高时，为工作模式四：
此时利用储冷、储热一体化装置6中储存的热量为建筑进行供热，必要时开启电驱动热泵循环和燃气补热循环，根据以上所述，燃气辅热10与储冷、储热一体化装置6中第一内部换热器11串联，燃气辅热10出口与第一内部换热器11入口相连，燃气辅热10进口与第一内部换热器11出口相连，该循环可根据情况选择为储冷、储热一体化装置6进行补热；同时，第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成的动力循环进行倒转则成为由可逆膨胀机1、第一换热器2、膨胀阀4和第二换热器3构成热泵循环，必要时开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置6补热，其中第一换热器2外部循环进口与储冷、储热一体化装置6内第三内部换热器13出口相连；第一换热器2外部循环出口与储冷、储热一体化装置6内第三内部换热器13进口相连，第二换热器3外部循环进口与地埋管换热器9出口相连；第二换热器3外部循环出口与地埋管换热器9入口相连；储冷、储热一体化装置6内第二内部换热器12出口与辐射换热器7入口相连；第二内部换热器12进口与辐射换热器7出口相连，实现为建筑供暖，此模式是由控制器14判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置6热量不足或电价较低时开启热泵***进行储热联合供热，当出现极端天气开启燃气辅热进行补充。
实施例6：
如图6，当为建筑供冷情况时，为工作模式五：
此时利用储冷、储热一体化装置6中储存的冷量为建筑进行供冷，根据电价情况和冷负荷需求开启电驱动热泵循环进行储冷；根据以上所述，第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和膨胀阀4内部循环构成热泵循环，其中压缩机两侧四通换向装置开启；适时的开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置6补冷，其中第一换热器2外部循环进口与储冷、储热一体化装置6内第三内部换热器13出口相连；第一换热器2外部循环出口与储冷、储热一体化装置6内第三内部换热器13进口相连；第二换热器3外部循环进口与地埋管换热器9出口相连；第二换热器3外部循环出口与地埋管换热器9入口相连，储冷、储热一体化装置6内第二内部换热器12出口与辐射换热器7入口相连；第二内部换热器12进口与辐射换热器7出口相连，实现为建筑供冷；此模式是由控制器14判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置6冷量不足或电价较低时开启热泵***进行储冷联合供冷。
实施例7：
如图7，当过度季节利用太阳能发电并向土壤内部储热，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性时，为工作模式六：
此时太阳能集热器8作为发电循环的唯一热源，根据以上所述，太阳能集热器8出口分别接至储冷、储热一体化装置6中第一内部换热器11进口、第一换热器2外部循环的进口处、埋管换热器9进口处；太阳能集热器8进口分别与储冷、储热一体化装置6中第一内部换热器11出口、第一换热器2外部循环的出口处、埋管换热器9出口处相连，此时太阳能集热器8由第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成的动力循环进行供热、或为储冷、储热一体化装置6、或通过埋管换热器9向土壤储热，并实现发电并网，此外第二换热器3外循环的余热，也通过地埋管换热器9向土壤储热；此时，第二换热器3外循环出口接于埋管换热器9的入口处；第二换热器3外循环进口与埋管换热器9的出口相连；此模式是由控制器14判断并控制阀门、管路的连接和根据太阳能辐照强度进以先发电后对储冷、储热一体化装置6储热再向土壤储热的优先级进行，当太阳无法继续提供热量，由储冷、储热一体化装置6为发电循环提供热量。
根据图8，供热工况模式一、模式二、模式三和模式六由第一换热器2、可逆膨胀机1、第二换热器3和工质泵5内部循环构成循环为动力循环。循环内部走有机工质，例如R245fa等，第一换热器2作为蒸发器、第二换热器3作为冷凝器。此时可逆膨胀机1作为膨胀机使用，动力***对外做功，可用于发电并网。
根据图9，供热工况模式四由可逆膨胀机1、第一换热器2、膨胀阀4和第二换热器3构成热泵循环。循环内部走有机工质，例如R245fa等，第一换热器2作为冷凝器、第二换热器3作为蒸发器，此时可逆膨胀机1作为压缩机使用，通过电力的输入，将热量由低温环境泵入高温环境。
根据图10，供冷工况模式五由可逆膨胀机1、第二换热器3、膨胀阀4和第一换热器2构成热泵循环。循环内部走有机工质，第一换热器2作为蒸发器、第二换热器3作为冷凝器，此时可逆膨胀机1作为压缩机使用，可逆膨胀机1两侧的四通换向装置可实现管路不变，而蒸发器冷凝器的位置调换。通过电力的输入，将热量由低温环境泵入高温环境。

Claims (8)

1.一种基于可逆膨胀机的综合能源***，其特征其在于：它包括太阳能集热器（8）和燃气辅热器（10）构成的热源***；所述热源***与内部带有多组换热器的储冷、储热一体化装置（6）相联，所述储冷、储热一体化装置（6）同时与第一换热器（2）相联，所述第一换热器（2）通过可逆膨胀机（1）与第二换热器（3）相串联，在第一换热器（2）和第二换热器（3）串联回路上安装有膨胀阀（4）和工质泵（5），并共同构成的有机朗肯循环发电-热泵一体化机组；所述第二换热器（3）与地埋管换热器（9）和辐射换热器（7）相连；还包括控制***（14）；
所述储冷、储热一体化装置（6）内部设置有第一内部换热器（11）、第二内部换热器（12）和第三内部换热器（13）；所述第一内部换热器（11）与热源***构成串联***；所述第二内部换热器（12）与辐射换热器（7）相连并向建筑供冷或热，所述第三内部换热器（13）与第一换热器（2）相连用于储冷或热；
所述太阳能集热器（8）采用槽式或者碟式，太阳能集热器（8）及其旁通与燃气辅热器（10）及其旁通相串连，与储冷、储热一体化装置（6）的第一内部换热器（11）、第一换热器（2）、第二换热器（3）、地埋管换热器（9）和辐射换热器（7）构成串联，具体连通方式根据运行模式而定。
2.根据权利要求1所述的一种基于可逆膨胀机的综合能源***，其特征在于：所述可逆膨胀机（1）可实现膨胀输出功，也可在动力输入时完成对工质压缩，可逆膨胀机（1）在热泵工况下其两端的四通换向***可以令所需蒸发器、冷凝器换向，以实现制冷、制热工况的切换。
3.根据权利要求1所述的一种基于可逆膨胀机的综合能源***，其特征在于：所述地埋管换热器（9）可以在供热周期内为***提供低品位热，当进入非供热季或供热季太阳能富余则作为可再生能源的储热容器。
4.采用权利要求1-3任意一项所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，其特征在于，当太阳资源良好，或建筑冷负荷较低时，为工作模式一：
此时太阳能集热器（8）可同时满足辐射换热器（7）对建筑采暖的需求以及储冷、储热一体化装置（6）的储热需求；剩余部分通过地埋管换热器（9）向土壤中储存热量；根据以上所述，太阳能集热器（8）作为工作模式一的全部热源，其出口分别接至一体化储热、储冷装置（6）中第一内部换热器（11）进口，以及第一换热器（2）外部循环的进口处；太阳能集热器（8）进口分别接至储冷、储热一体化装置（6）中第一内部换热器（11）出口，以第一换热器（2）外部循环的出口处；此时太阳能集热器（8）为第一内部换热器（11）的储热过程，和由第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和工质泵（5）内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器（3）外循环带走的余热，进行辐射换热器（7）的建筑供热过程和地埋管换热器（9）土壤储热过程；此时，第二换热器（3）外循环出口分别接于辐射换热器（7）和地埋管换热器（9）进口；第二换热器（3）外循环进口分别与辐射换热器（7）和地埋管换热器（9）进口的出口相连；此模式是由控制***（14）判断并控制阀门、管路的连接，并以建筑采暖先于储冷、储热一体化装置（6）储热，先于土壤储热这一优先级进行实施。
5.根据权利要求4所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，其特征在于，当太阳资源减弱但是依然可以满足建筑冷负荷时，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性，为工作模式二：
此时太阳能集热器（8）与燃气辅热（10）串联可满足辐射换热器（7）对建筑采暖的需求；根据以上所述，太阳能集热器（8）串联燃气辅热（10）作为工作模式二的全部热源，燃气辅热（10）出口接至第一换热器（2）外部循环的进口处；太阳能集热器（8）进口与第一换热器（2）外部循环的出口处相连；此时太阳能集热器（8）串联燃气辅热（10）为由第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和工质泵（5）内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器（3）外循环带走的余热，进行辐射换热器（7）的建筑供热过程；此时，第二换热器（3）外循环出口接于辐射换热器（7）的入口处；换热器（3）外循环进口与辐射换热器（7）的出口相连；此模式是由控制器（14）判断并控制阀门、管路的连接和实施，其中燃气只用于保持热源的稳定性。
6.根据权利要求4所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，其特征在于，当太阳资源减弱无法实现储热或无法满足建筑冷负荷时，太阳能集热器（8）及燃气辅热（10）完全停机，为工作模式三：
此时利用储冷、储热一体化装置（6）中储存的热量为建筑或者发电循环进行供热，根据以上所述，储冷、储热一体化装置（6）作为工作模式三的全部热源，储冷、储热一体化装置（6）中的第三内部换热器（13）出口接至第一换热器（2）外循环的进口处；储冷、储热一体化装置（6）中的第三内部换热器（13）进口与第一换热器（2）外循环的出口处相连；此时储冷、储热一体化装置（6）为由第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和工质泵（5）内部循环构成的动力循环进行供热，并实现发电并网；此时第二换热器（3）外循环带走的余热结合储冷、储热一体化装置（6）中的第三内部换热器（13）带走的热量，进行辐射换热器（7）的建筑供热过程；此时，第二换热器（3）外循环出口接于辐射换热器（7）的入口处；第二换热器（3）外循环进口与辐射换热器（7）的出口相连，储冷、储热一体化装置（6）中的第二内部换热器（12）出口接至辐射换热器（7）的进口处；储冷、储热一体化装置（6）中的第二内部换热器（12）进口与辐射换热器（7）的出口处相连，此模式是由控制器（14）判断并控制阀门、管路的连接和调整储冷、储热一体化装置（6）中热量分配的具体实施。
7.根据权利要求4所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，其特征在于，当夜间较为恶劣的气象条件建筑冷负荷时较高时，为工作模式四：
此时利用储冷、储热一体化装置（6）中储存的热量为建筑进行供热，必要时开启电驱动热泵循环和燃气补热循环，根据以上所述，燃气辅热（10）与储冷、储热一体化装置（6）中第一内部换热器（11）串联，燃气辅热（10）出口与第一内部换热器（11）入口相连，燃气辅热（10）进口与第一内部换热器（11）出口相连，该循环可根据情况选择为储冷、储热一体化装置（6）进行补热；同时，第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和工质泵（5）内部循环构成的动力循环进行倒转则成为由可逆膨胀机（1）、第一换热器（2）、膨胀阀（4）和第二换热器（3）构成热泵循环，必要时开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置（6）补热，其中第一换热器（2）外部循环进口与储冷、储热一体化装置（6）内第三内部换热器（13）出口相连；第一换热器（2）外部循环出口与储冷、储热一体化装置（6）内第三内部换热器（13）进口相连，第二换热器（3）外部循环进口与地埋管换热器（9）出口相连；第二换热器（3）外部循环出口与地埋管换热器（9）入口相连；储冷、储热一体化装置（6）内第二内部换热器（12）出口与辐射换热器（7）入口相连；第二内部换热器（12）进口与辐射换热器（7）出口相连，实现为建筑供暖，此模式是由控制器（14）判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置（6）热量不足或电价较低时开启热泵***进行储热联合供热，当出现极端天气开启燃气辅热进行补充。
8.根据权利要求4所述基于可逆膨胀机的综合能源***的运行方法，其特征在于，当为建筑供冷情况时，为工作模式五：
此时利用储冷、储热一体化装置（6）中储存的冷量为建筑进行供冷，根据电价情况和冷负荷需求开启电驱动热泵循环进行储冷；根据以上所述，第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和膨胀阀（4）内部循环构成热泵循环，其中压缩机两侧四通换向装置开启；适时的开启地源热泵***为储冷、储热一体化装置（6）补冷，其中第一换热器（2）外部循环进口与储冷、储热一体化装置（6）内第三内部换热器（13）出口相连；第一换热器（2）外部循环出口与储冷、储热一体化装置（6）内第三内部换热器（13）进口相连；第二换热器（3）外部循环进口与地埋管换热器（9）出口相连；第二换热器（3）外部循环出口与地埋管换热器（9）入口相连，储冷、储热一体化装置（6）内第二内部换热器（12）出口与辐射换热器（7）入口相连；第二内部换热器（12）进口与辐射换热器（7）出口相连，实现为建筑供冷；此模式是由控制器（14）判断并控制阀门、管路的连接和实现储冷、储热一体化装置（6）冷量不足或电价较低时开启热泵***进行储冷联合供冷；
当过度季节利用太阳能发电并向土壤内部储热，需考虑太阳本身及建筑负荷的波动特性时，为工作模式六：
此时太阳能集热器（8）作为发电循环的唯一热源，根据以上所述，太阳能集热器（8）出口分别接至储冷、储热一体化装置（6）中第一内部换热器（11）进口、第一换热器（2）外部循环的进口处、埋管换热器（9）进口处；太阳能集热器（8）进口分别与储冷、储热一体化装置（6）中第一内部换热器（11）出口、第一换热器（2）外部循环的出口处、埋管换热器（9）出口处相连，此时太阳能集热器（8）由第一换热器（2）、可逆膨胀机（1）、第二换热器（3）和工质泵（5）内部循环构成的动力循环进行供热、或为储冷、储热一体化装置（6）、或通过埋管换热器（9）向土壤储热，并实现发电并网，此外第二换热器（3）外循环的余热，也通过地埋管换热器（9）向土壤储热；此时，第二换热器（3）外循环出口接于埋管换热器（9）的入口处；第二换热器（3）外循环进口与埋管换热器（9）的出口相连；此模式是由控制器（14）判断并控制阀门、管路的连接和根据太阳能辐照强度进以先发电后对储冷、储热一体化装置（6）储热再向土壤储热的优先级进行，当太阳无法继续提供热量，由储冷、储热一体化装置（6）为发电循环提供热量。
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