CN115949983A - 一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，包括：一次管网、二次管网、水源热泵、热水型吸收式制冷机组、换热器、蓄热罐、蓄冷罐，在冬季利用一次管网驱动吸收式制冷机组进行供冷，同时利用水源热泵和吸收式制冷机组的吸收热和冷凝热向二次侧供热；在夏季利用水源热泵和吸收式制冷机组制冷，回收冷凝热和吸收热用于供生活热水。该技术可以在冬季同时供冷和补充供热、在夏季供冷和提供生活热水，将热力站原有装置、一次管网、二次管网与热泵机组有机结合，实现了热泵所产生能量的最大化应用，同时又降低能耗。

Description

一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***。

背景技术

随着城市化的快速推进，城镇集中供热的需求不断增加，对现有集中供热***的供热能力和热源都提出了新的挑战。在传统的集中供热***中，通常以锅炉房或热电厂余热为热源加热一次管网，一次管网通过热力站加热二次管网，二次管网向用户侧供热。在这种供热方式中，热能以热源为中心逐渐向外辐射至用户，输送距离长，传输损失大，调节响应速度慢。并且随着双碳目标的提出，传统燃煤、燃气热源的供热能力受到很大限制，难以匹配当下供热需求的不断增长。

热泵是一种消耗少量驱动能源，应用逆卡诺循环原理，将热能从低温热源向高温热源转移的装置。制冷剂经过蒸发器向低温热源吸热，提取低温热源的热量，消耗驱动能源变为高温高压状态，经过冷凝器向高温热源释放热量，完成热量从低温热源到高温热源的转移。热泵具有应用范围广、限制条件少、高效节能、稳定可靠、清洁无污染等优点。以水源热泵为例，常规水源热泵在标准工况下的能效比可高达4，甚至更高，可大幅降低供热能耗和运行费用。因此使用热泵进行集中供热可能是解决供热能力与供热需求之间矛盾的可行解。

但热泵的效率受热源温度影响，随着高温热源温度升高或低温热源温度降低，热泵的效率和供热量随之下降。一次网温度较高，若在一次网使用直接进行补热，热泵的效率和供热能力势必大打折扣，而集中供热***换热站作为连接一次网和二次网的中介，适合利用热泵设备，向二次网进行补充供热。此外，随着科技进步和生产力提高，建筑功能进一步趋向多样化，这也引起了建筑负荷的变化。建筑在不同季节同时需要供热与供冷的场景越来越多，因此如何利用好一次管网、换热站设备、二次管网满足终端用户的冷、热需求，来实现热泵所产生能量的最大化应用，又能降低能耗是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，用以解决现有技术中无法在冬季同时供冷和补充供热、在夏季供冷和提供生活热水的问题。

本发明提供一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，包括：一次管网、二次管网、水源热泵、热水型吸收式制冷机组；

所述一次管网的供水口分别与热水型吸收式制冷机组的发生器进水口、换热器的高温侧进水口、蓄热罐的高温侧换热盘管下端连接；所述一次管网的回水口分别与换热器的高温侧出水口、水源热泵的蒸发器出水口连接；

所述二次管网的供水口分别与所述蓄热罐的低温侧换热盘管出水口、换热器低温侧出水口、所述水源热泵的冷凝器出水口连接，所述二次管网的回水口分别与热水型吸收式制冷机组的吸收器进水口、换热器的低温侧进水口、所述蓄热罐的低温侧换热盘管进水口连接。

可选地，所述换热器的高温侧出水口与水源热泵的蒸发器进水口连接，所述换热器的高温侧进水口与所述热水型吸收式制冷机组的发生器出水口、所述蓄热罐的高温侧换热盘管上端连接，所述热水型吸收式制冷机组的冷凝器出水口与所述水源热泵的冷凝器进水口连接，所述水源热泵的蒸发器进口连接有蓄冷罐的换热盘管出口，所述水源热泵的蒸发器出口与蓄冷罐内部换热盘管进口连接；所述蓄热罐的高温侧换热盘管下端分别与所述水源热泵的冷凝器进口、所述热水型吸收式制冷机组的吸收器进口连接，所述水源热泵的冷凝器出口与所述蓄热罐的高温侧换热盘管上端连接，所述水源热泵的冷凝器出口与所述锅炉的进水口连接。

可选地，所述一次管网的供水口通过一次加压泵再分别与热水型吸收式制冷机组的发生器进水口、换热器的高温侧进水口、蓄热罐高温侧换热盘管下端连接。

可选地，所述二次管网的回水口通过二次循环泵再分别与热水型吸收式制冷机组的吸收器进水口、换热器的低温侧进水口、所述蓄热罐的低温侧换热盘管进水口连接。

可选地，所述蓄热罐的高温侧换热盘管下端通过集热循环泵分别与所述水源热泵的冷凝器进口、所述热水型吸收式制冷机组的吸收器进口连接。

可选地，所述蓄热罐的下部进水口连接有自来水补水管，所述自来水补水管还连接有生活热水供水管，所述蓄热罐的上部出水口与所述生活热水供水管连接。

可选地，所述自来水补水管通过自来水补水泵后分别与所述生活热水供水管、所述蓄热罐下部进水口连接。

本发明提供的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***具有以下有益效果：本发明利用水源热泵和吸收式制冷机组在热力站结合一次管网和二次管网进行供冷与供热的技术方案，该技术可以在冬季同时供冷和补充供热、在夏季供冷和提供生活热水，将热力站原有装置、一次管网、二次管网与热泵机组有机结合。

具体地，在冬季利用一次管网驱动吸收式制冷机组进行供冷，同时利用水源热泵和吸收式制冷机组的吸收热和冷凝热向二次侧供热，避免了对热源和一次管网的扩建，同时降低了输配能耗和能量损失，为城镇集中供热补充了清洁高效的热源；在夏季利用水源热泵和吸收式制冷机组制冷，回收冷凝热和吸收热用于供生活热水。该技术可以在冬季同时供冷和补充供热、在夏季供冷和提供生活热水，避免了热力浪费，实现了能量的梯级利用，有效降低了热量损失。将热力站原有装置、一次管网、二次管网与热泵机组有机结合，实现了热泵所产生能量的最大化应用，同时又降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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他的附图。

图1是本发明提供的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***的结构示意图；

图2是本发明提供的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***的冬季运行模式示意图；

图3是本发明提供的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***的夏季和过渡季运行模式示意图；

附图标记：

1：一次加压泵；2：蓄热罐；3：换热器；4：水源热泵；5：锅炉；6：热水型吸收式制冷机组；7：冷水循环泵；8：蓄冷罐；9：蓄冷循环泵；10：二次循环泵；11：集热循环泵；12：自来水补水泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图3描述本发明的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***。

如图1所示，本实施例提供一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，包括一次管网、二次管网、蓄热罐2、换热器3、水源热泵4、燃气锅炉5、热水型吸收式制冷机组6、蓄冷罐8；

该***在冬季运行时，一次管网分别与热水型吸收式制冷机组6、换热器3、蓄热罐2连接，换热器3与水源热泵4连接；二次管网分别与热水型吸收式制冷机组6、换热器3、蓄热罐2连接；冷水回水管分别与蓄冷罐8、冷水供水管连接；蓄冷罐8与冷水供水管连接；热水型吸收式制冷机组6与蓄冷罐8连接；

具体地，由热水型吸收式制冷机组6和蓄冷罐8承担用户冷负荷，向用户侧供冷；用户的热负荷由板式换热器3、水源热泵4、热水型吸收式制冷机组6和蓄热罐2共同承担，上述设备通过二次管网向用户供热；一次网供水通过板式换热器3将热量传递给二次管网，通过蓄热罐2储存热量，还为热水型吸收式制冷机组6提供驱动热源，为水源热泵4提供低位热源。

该***在夏季运行时，冷水回水管分别与冷水供水管、蓄冷罐8连接；蓄冷罐8分别与冷水供水口、热水型吸收式制冷机组6、水源热泵4连接；蓄热罐2分别与水源热泵4、热水型吸收式制冷机组6、生活热水供水管连接；水源热泵4通过燃气锅炉5与热水型吸收式制冷机组6连接；自来水补水管分别与生活热水供水管、蓄热罐2连接。

具体地，由水源热泵4、热水型吸收式制冷机组6和蓄冷罐8共同承担用户冷负荷，向用户侧供冷；用户的生活热水由蓄热罐2加热，由水源热泵4、热水型吸收式制冷机组6加热生活热水，满足用户生活热水需求。燃气锅炉5用于加热水源热泵4冷凝器出水，作为驱动热源驱动热水型吸收式制冷机组6进行制冷。

在一个实施例中，该***在冬季运行时，一次管网供水管分别与热水型吸收式制冷机组6的发生器进水口、板式换热器3高温侧进水口、蓄热罐2换热盘管下端连接；板式换热器3的高温侧出水口分别与水源热泵4蒸发器进水口、一次管网的回水口、水源热泵4的蒸发器出水口连接；热水型吸收式制冷机组6的发生器出水口与所述板式换热器3的高温侧进水口连接，将经过发生器后仍处于高温状态的热水送至板式换热器3。蓄热罐2的高温侧换热盘管上端连接所述板式换热器3的高温侧进水口；板式换热器3的高温侧出口分为两个支路：其中一个支路连接水源热泵4的蒸发器入口，作为水源热泵4的低位热源，水源热泵4的蒸发器出口连接一次管网的回水管，提高了水源热泵低位热源温度，提高了水源热泵的效率，同时降低了供热一次网回水温度，增大了供热一次网供回水温差，降低了输配能耗；另一个支路连接一次管网的回水管。

二次管网的回水管与热水型吸收式制冷机组6的吸收器进水口连接，作为冷却水吸收热水型吸收式制冷机组6的吸收热，热水型吸收式制冷机组6的吸收器出口与热水型吸收式制冷机组6的冷凝器进口连接，为冷凝器提供冷却水并进一步回收热量，实现热量的充分回收，热水型吸收式制冷机组6的冷凝器的出口与水源热泵4的冷凝器进口连接，水温被进一步加热，而后水源热泵4的冷凝器出口与二次管网供水管连接，用于向用户供热；

二次管网的回水管与板式换热器3的低温侧进水口连接，被板式换热器3加热，板式换热器3的低温侧出水口连接二次管网供水，向用户侧提供热量；二次管网的回水管与蓄热罐2低温侧进水口连接，该处的水被加热，蓄热罐2的低温侧换热盘管出水口连接二次管网供水管向用户供热；

冷水回水管分别与蓄冷罐8的进水口、冷水供水管连接；蓄冷罐8的出水口与冷水供水管连接；热水型吸收式制冷机组6的蒸发器出水口与蓄冷罐8的内部换热盘管进口连接，将蓄冷罐8降温。

在一个实施例中，该***在夏季运行时，水源热泵4的蒸发器出口与蓄冷罐8的内部换热盘管进口连接；自来水补水管分别与生活热水供水管、蓄热罐2下部进水口连接；所述蓄热罐2的上部出水口与生活热水供水管连接。蓄冷罐8的内部换热盘管出口分别与热水型吸收式制冷机组6的蒸发器进口、水源热泵4的蒸发器进口连接。热水型吸收式制冷机组6的蒸发器出水口与蓄冷罐8的内部换热盘管进口连接，水源热泵4的蒸发器出口与蓄冷罐8的内部换热盘管进口连接，为蓄冷罐8降温。蓄热罐2的内部换热盘管的出口分别与水源热泵4的冷凝器进口、热水型吸收式制冷机组6的吸收器进口连接，热水型吸收式制冷机组6的吸收器出口与其冷凝器进口连接，热水型吸收式制冷机组6的冷凝器出口与水源热泵4的冷凝器进口连接。

水源热泵4的冷凝器出口与蓄热罐2的内部换热盘管的进口连接，用于加热生活热水，水源热泵4的冷凝器出口还与燃气锅炉5连接，被加热至高温后连接热水型吸收式制冷机组6的发生器进口，作为驱动热源驱动吸收式制冷机组进行制冷。热水型吸收式制冷机组6的发生器出口与蓄热罐2内部换热盘管的进口连接，用于加热生活热水。

在一个实施例中，如图2所示，该***在冬季运行时，一次管网的供水管与一次加压泵1连接，一次管网的供水管通过一次加压泵1后，分为三个支路，其中一个支路连接热水型吸收式制冷机组6的发生器进水口，为其提供驱动热源；另一个支路连接板式换热器3高温侧进水口，将热量通过板式换热器传给二次管网；又一个支路连接蓄热罐2的高温侧换热盘管下端，将热量传递给蓄热罐2。

在一个实施例中，如图2所示，在冬季运行时，二次管网的回水管连接二次循环泵10，经过二次循环泵后将二次管网回水分为三个支路：其中一个支路连接所述热水型吸收式制冷机组6的吸收器进水口，另一个支路连接所述板式换热器3的低温侧进水口，又一个支路连接所述蓄热罐2的低温侧换热盘管进水口。

在一个实施例中，如图2所示，在冬季运行时，冷水回水管通过所述冷水循环泵7后分为两个支路，其中一个支路连接蓄冷罐8的进水口，另一个支路连接冷水供水管作为旁通；蓄冷罐8出水口连接冷水供水管。所述蓄冷罐8内部换热盘管出口经过蓄冷循环泵9后连接热水型吸收式制冷机组6的蒸发器进口。

进一步的，冬季运行工况的控制方式具体为：

(1)供冷控制

通过冷水供水管处的温度传感器检测冷水供水温度，及蓄冷罐8底部的温度传感器监测蓄冷罐的温度；根据冷水供水温度和蓄冷罐的温度，调节冷水循环泵7、蓄冷循环泵9的流量、冷水回水旁通量和热水型吸收式制冷机组的功率，对用户侧冷水回水进行降温，以满足用户冷负荷。

(2)供热控制

利用温度传感器对二次管网的回水温度进行监测，根据回水温度的不同，***的控制原则如下：

a.在单独启用板式换热器3和回收热水型吸收式制冷机组6的吸收热和冷凝热进行供热，用户的回水温度能够满足设定需求时，则关闭阀门V6、V15，不启动水源热泵4和蓄热罐2进行供热，同时利用一次网的部分供水在蓄热罐2存储热量；

b.在单独启用板式换热器3和回收热水型吸收式制冷机组6的吸收热和冷凝热进行供热，用户的回水温度不能够满足设定需求时，则关闭阀门V3、V6，启动蓄热罐2、板式换热器3和热水型吸收式制冷机组6同时进行供热；

c.在单独启用板式换热器3、回收热水型吸收式制冷机组6的吸收热和冷凝热并且开启蓄热罐2进行供热，用户的回水温度不能够满足设定需求时，则关闭阀门V5、V15，不再启动蓄热罐2进行供热，启动水源热泵4进行补充供热，水源热泵4、板式换热器3和回收热水型吸收式制冷机组6同时进行供热，同时利用一次网的部分供水在蓄热罐2存储热量；

在一个实施例中，如图3所示，该***在夏季运行时，冷水回水管连接冷水循环泵7，经过冷水循环泵7后冷水回水分为两个支路，其中一个支路经过阀门V9后连接冷水供水管作为旁通，另一个支路连接蓄冷罐8进水口。蓄冷罐8出水口与冷水供水口连接。蓄冷罐8的内部换热盘管出口经过蓄冷循环泵9后分为两个支路，其中一个支路连接热水型吸收式制冷机组6的蒸发器进口，另一个支路连接所述水源热泵4的蒸发器进口。

在一个实施例中，如图3所示，蓄热罐2内部高温侧换热盘管下端连接集热循环泵11，经过集热循环泵11后分为两个支路，其中一个支路连接水源热泵4的冷凝器进口，另一个支路连接热水型吸收式制冷机组6的吸收器进口，热水型吸收式制冷机组6的吸收器出口与其冷凝器进口连接，热水型吸收式制冷机组6的冷凝器出口与水源热泵4的冷凝器进口连接。

在一个实施例中，如图3所示，自来水补水管通过自来水补水泵12后分为两个支路，其中一个支路连接生活热水供水管作为旁通，另一个支路连接蓄热罐2下部进水口。所述蓄热罐2上部出水口连接生活热水供水管。

进一步的，夏季运行工况的控制方式有如下情况：

(1)利用冷水供水管、生活热水供水管处的温度传感器监测供水温度是否满足需求，若冷负荷、生活热水负荷能够由水源热泵4单独运行满足需求。则阀门V11、V16、V19、V21关闭，蓄冷罐8换热盘管出口经蓄冷循环泵9后连接水源热泵4蒸发器进口被冷却，而后水源热泵4蒸发器出口连接蓄冷罐8换热盘管进口，将冷量带回蓄冷罐。蓄热罐2高温侧换热盘管下端经蓄热循环泵11后连接水源热泵4冷凝器进口后被加热，水源热泵4冷凝器出口连接蓄热罐2高温侧换热盘管上端加热生活热水。

(2)利用冷水供水管、生活热水供水管处的温度传感器监测供水温度是否满足需求，若水源热泵4单独运行不能满足冷负荷或生活热水需求。则阀门V20关闭。蓄冷罐8换热盘管出口经蓄冷循环泵9后分为两个支路，支路一连接水源热泵4蒸发器进口，支路二连接热水型吸收式制冷机组6的蒸发器进口，水源热泵4蒸发器出口连接蓄冷罐8换热盘管进口，热水型吸收式制冷机组6的蒸发器出口连接蓄冷罐8换热盘管进口，水源热泵4和热水型吸收式制冷机组6共同工作将蓄冷罐8温度降低。蓄热罐2高温侧换热盘管下端经蓄热循环泵11后连接热水型吸收式制冷机组6的吸收器进口，热水型吸收式制冷机组6的吸收器连接其冷凝器进口，其冷凝器出口连接水源热泵4冷凝器进口，热水先经过热水型吸收式制冷机组6回收吸收热和冷凝热，而后被水源热泵4进一步加热。水源热泵4冷凝器出口分为两个支路，支路一连接蓄热罐2高温侧换热盘管上端，将热量传给生活热水；支路二连接燃气锅炉5进口，被加热后作为驱动热源连接到热水型吸收式制冷机组6的发生器进口，驱动热水型吸收式制冷机组6进行制冷，而后发生器出口连接蓄热罐2换热盘管上端，将仍处于较高温度的热水输送至蓄热罐2，提高其温度。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，包括：一次管网、二次管网、水源热泵(4)、热水型吸收式制冷机组(6)；

所述一次管网的供水口分别与热水型吸收式制冷机组(6)的发生器进水口、换热器(3)的高温侧进水口、蓄热罐(2)的高温侧换热盘管下端连接；所述一次管网的回水口分别与换热器(3)的高温侧出水口、水源热泵(4)的蒸发器出水口连接；

所述二次管网的供水口分别与所述蓄热罐(2)的低温侧换热盘管出水口、换热器(3)的低温侧出水口、所述水源热泵(4)的冷凝器的出水口连接，所述二次管网的回水口分别与热水型吸收式制冷机组(6)的吸收器进水口、换热器(3)的低温侧进水口、所述蓄热罐(2)的低温侧换热盘管进水口连接。

2.根据权利要求1所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述换热器(3)的高温侧出水口与水源热泵(4)的蒸发器进水口连接，所述换热器(3)的高温侧进水口与所述热水型吸收式制冷机组(6)的发生器出水口、所述蓄热罐(2)的高温侧换热盘管上端连接，所述热水型吸收式制冷机组(6)的冷凝器出水口与所述水源热泵(4)的冷凝器进水口连接，所述水源热泵(4)的蒸发器进口连接有蓄冷罐(8)的换热盘管出口，所述水源热泵(4)的蒸发器出口与蓄冷罐(8)内部换热盘管进口连接；所述蓄热罐(2)的高温侧换热盘管下端分别与所述水源热泵(4)的冷凝器进口、所述热水型吸收式制冷机组(6)的吸收器进口连接，所述水源热泵(4)的冷凝器出口与所述蓄热罐(2)的高温侧换热盘管上端连接，所述水源热泵(4)的冷凝器出口与所述锅炉(5)的进水口连接。

3.根据权利要求1所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述一次管网的供水口通过一次加压泵(1)分别与热水型吸收式制冷机组(6)的发生器进水口、换热器(3)的高温侧进水口、蓄热罐(2)的高温侧换热盘管下端连接。

4.根据权利要求1所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述二次管网的回水口通过二次循环泵(10)分别与热水型吸收式制冷机组(6)的吸收器进水口、换热器(3)的低温侧进水口、所述蓄热罐(2)的低温侧换热盘管进水口连接。

5.根据权利要求2所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述蓄热罐(2)的高温侧换热盘管下端通过集热循环泵(11)分别与所述水源热泵(4)的冷凝器进口、所述热水型吸收式制冷机组(6)的吸收器进口连接。

6.根据权利要求2所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述蓄热罐(2)的下部进水口连接有自来水补水管，所述自来水补水管还连接有生活热水供水管，所述蓄热罐(2)的上部出水口与所述生活热水供水管连接。

7.根据权利要求6所述的用于集中供热热力站的热泵冷热联供***，其特征在于，所述自来水补水管通过自来水补水泵(12)后分别与所述生活热水供水管、所述蓄热罐(2)下部进水口连接。

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