一种热泵与锅炉蓄能系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种热泵与锅炉蓄能系统，包括热泵机组、锅炉和末端负荷，所述热泵机组和所述锅炉均与所述末端负荷相连，用于向所述末端负荷供冷或供热，其中，所述蓄能系统还包括：蓄能水槽，所述蓄能水槽用于蓄冷或蓄热后向所述末端负荷供冷或供热；所述蓄能系统还包括循环泵、释能水泵、阀门。本实用新型提供的热泵与锅炉蓄能系统通过设置蓄能水槽进行蓄能，在用电低谷的时段，将热泵机组与锅炉串联，先由热泵将水加热到指定供热温度，然后再用锅炉将水温进一步升高到更高温度蓄存起来，充分利用了用电的峰谷和热泵的高能效比，降低了供热成本，同时也解决了电网用电负荷的波动过大的问题。
【专利说明】一种热泵与锅炉蓄能系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能源蓄能技术，尤其涉及一种热泵与锅炉蓄能系统。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的不断提高，人们对生活环境舒适的要求愈来愈高，冬季供暖，夏季供冷的建筑空调系统应用愈来愈普遍。在我国，传统上冬季供暖采用燃煤热水锅炉，在向用户供热的同时向大气大量排放粉尘和有害气体，严重污染环境空气，是冬季产生雾霾的主要原因之一。为保护环境，逐步以清洁能源和电制热取代燃煤已是大势所趋。
[0003]热泵空调是电制热的主要手段，热泵是一种将热能由低温区向高温区转运的装置。冬季可以使用热泵向建筑物内输供热能，即供暖；夏季可以使用热泵将建筑物内的热能抽出，即供冷。根据冷热源的不同，电驱动热泵可分为空气源热泵、水源热泵和土壤源热泵。
[0004]在一些地区，冬季热负荷大于夏季冷负荷，出于全年负荷平衡的考虑，地源井应该按夏季负荷设计。冬季超出的热负荷依靠与热泵并联的其他热源，如电热水锅炉、燃气热水锅炉等满足。
[0005]热泵空调的负荷变化与电网其他用电负荷的变化基本一致，热泵空调的普遍使用，以及人们的作息时间在白天用电集中，而夜间用电较少，从而加剧了电网用电负荷的峰谷波动，即白天为用电高峰，形成波峰，夜间为用电低谷，形成波谷。电网的峰谷波动过大对电网的经济型、安全性和高质量供电不利。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供一种热泵与锅炉蓄能系统，以解决现有技术中电网用电负荷的波动过大的现象，实现移峰填谷、节约电能的目的。
[0007]本实用新型提供了一种热泵与锅炉蓄能系统，包括热泵机组、锅炉和末端负荷，所述热泵机组和所述锅炉均与所述末端负荷相连，用于向所述末端负荷供冷或供热，其中，所述蓄能系统还包括:蓄能水槽，所述蓄能水槽用于蓄冷或蓄热后向所述末端负荷供冷或供
执.[0008]所述蓄能系统还包括循环泵、释能水泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门；其中，
[0009]热泵机组进水端与循环泵的出水端相连，循环泵的进水端分别与第一阀门的一端、末端负荷的回水端相连，第一阀门的另一端分别与第五阀门的一端、第七阀门的一端相连，第五阀门的另一端分别与蓄能水槽的上端口、第八阀门的一端相连，第八阀门的另一端分别与第六阀门的一端、第二阀门的一端、释能水泵的一端相连，第六阀门的另一端分别与第七阀门的另一端、蓄能水槽的下端口相连，第二阀门的另一端分别与释能水泵的另一端、末端负荷的供水端、第三阀门的一端、第四阀门的一端相连，第四阀门的另一端与锅炉的出水端相连，第三阀门的另一端与热泵机组的出水端相连，热泵机组的出水端与锅炉的进水端相连。[0010]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述热泵机组为土壤源热泵机组、水源热泵机组或空气源热泵机组。
[0011]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述蓄能水槽为金属水槽、混凝土水槽或塑料水槽。
[0012]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述锅炉为电锅炉或燃气热水锅炉。
[0013]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门均为电控阀。
[0014]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门均为手动截止阀。
[0015]如上所述的热泵与锅炉蓄能系统，其中，优选的是:所述循环泵和释能水泵均为变频泵。
[0016]本实用新型提供的热泵与锅炉蓄能系统通过设置蓄能水槽在电价低谷时段进行蓄能，然后在电价高峰时段释能，从而利用峰谷电价差，节约电费。夏季供冷时，在夜间电价低谷时段，利用热泵过剩的制冷能力制备冷水，蓄存在蓄能水槽中。白天非电价高峰时段可以采用热泵机组供冷，电价高峰时段则可以停止热泵运转，使用蓄能水槽单独供冷以节约空调运转电费，当空调负荷超过热泵制冷能力时，可以采用热泵与蓄能水槽共同供冷的方式。冬季制热时，在电价低谷时段，将热泵机组与锅炉串联，先由热泵将水加热到指定供热温度，然后再用锅炉将水温进一步升高到蓄热温度蓄存起来，在电价高峰时段，或热泵供热能力不足时，再将蓄存的高温热水放出供热，从而充分利用了峰谷电价差和热泵的高能效t匕，降低了供热成本，同时也解决了电网用电负荷的波动过大的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型实施例提供的热泵与锅炉蓄能系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。
[0019]图1为本实用新型实施例提供的热泵与锅炉蓄能系统结构示意图，本实用新型实施例提供了一种热泵与锅炉蓄能系统1，包括热泵机组101、锅炉102和末端负荷103，所述热泵机组101和所述锅炉102均与所述末端负荷103相连，用于向所述末端负荷103供冷或供热。
[0020]其中，所述蓄能系统还包括:蓄能水槽104，所述蓄能水槽104用于蓄冷或蓄热后向所述末端负荷103供冷或供热；所述蓄能系统I还包括循环泵P1、释能水泵P2、第一阀门DVl、第二阀门DV2、第三阀门DV3、第四阀门DV4、第五阀门Vl、第六阀门V2、第七阀门V3、第八阀门V4。
[0021]热泵机组101的进水端与循环泵Pl的出水端相连，循环泵Pl的进水端分别与第一阀门DVl的一端、末端负荷103的回水端相连,第一阀门DVl的另一端分别与第五阀门Vl的一端、第七阀门V3的一端相连，第五阀门Vl的另一端分别与蓄能水槽104的上端口、第八阀门V4的一端相连，第八阀门V4的另一端分别与第六阀门V2的一端、第二阀门DV2的一端、释能水泵P2的一端相连，第六阀门V2的另一端分别与第七阀门V3的另一端、蓄能水槽104的下端口相连，第二阀门DV2的另一端分别与释能水泵P2的另一端、末端负荷103的供水端、第三阀门DV3的一端、第四阀门DV4的一端相连，第四阀门DV4的另一端与锅炉102的出水端相连，第三阀门DV3的另一端与热泵机组101的出水端相连，热泵机组101的出水端与锅炉102的进水端相连。
[0022]在上述连接中，第二阀门DV2的两端分别与释能水泵P2的两端相连，形成与释能水泵P2的并联，释能水泵P2和第二阀门DV2的另一端汇接后分别与末端负荷103的供水端、阀门DV3和DV4的汇接端相连。第三阀门DV3所在管路形成锅炉102和电控阀门DV4的并联旁路。
[0023]其中，热泵机组101为电驱动热泵，土壤源、水源或空气源均可；蓄能水槽104夏季蓄冷水，冬季蓄热水。若蓄热水温高于60°C，蓄能水槽104可设置为金属水槽，若水温低于60°C，蓄能水槽104可以设置为混凝土水槽或塑料水槽。末端负荷103可以是末端散热设备也可以是末端分区换热器，锅炉102可以是电锅炉或燃气热水锅炉。Pl为热泵循环泵；P2为释能水泵，Pl和P2优选为变频泵；第一阀门DV1、第二阀门DV2、第三阀门DV3、第四阀门DV4为电控阀门；第五阀门V1、第六阀门V2、第七阀门V3、第八阀门V4为手动截止阀。
[0024]针对夏季供冷期，通过如下工况进行说明:
[0025]夏季供冷期间手动截止阀Vl和V2常开，V3和V4常闭，蓄能水槽处于蓄冷状态。电控阀门第三阀门DV3常开，第四阀门DV4常闭，此时可以不设置锅炉，或者说，锅炉从蓄能系统中脱开。
[0026]工况一、热泵机组直接供冷:第一阀门DVl和第二阀门DV2关闭，来自末端负荷的温回水(通常为12°C)由循环泵Pl加压后，经热泵机组降温成冷冻水(通常为7°C)，经过第三阀门DV3流向末端负荷供冷。
[0027]工况二、热泵机组蓄冷:第一阀门DVl和第二阀门DV2打开，循环泵Pl经第一阀门DVl和第五阀门Vl自蓄能水槽顶部抽取温水(通常为12°C)，加压送入热泵机组降温至蓄冷温度(通常为4°C)，再经第三阀门DV3、第二阀门DV2和第六阀门V2送回到蓄能水槽底部。由于热水轻，冷水重，冷冻水积聚在蓄能水槽下部，温水悬浮于水槽上部，随着时间的延续，蓄能水槽内的温水逐渐减少，冷水增多，直至蓄能水槽几乎全部充满冷水，蓄冷结束。
[0028]工况三、蓄能水槽单独供冷:第一阀门DVl打开，第二阀门DV2和第三阀门DV3关闭，释能水泵P2经过第六阀门V2从蓄能水槽底部抽取冷冻水，加压后送往末端负荷供冷，经末端负荷放冷后的温回水经过第一阀门DVl和第六阀门Vl流回蓄能水槽的顶部，随着时间的延续，水槽上部的温水逐渐增多，下部的冷水逐渐减少，直至蓄能水槽充满温水，释冷结束。
[0029]工况四、热泵机组一边供冷，一边蓄冷:第一阀门DVl和第三阀门DV3完全打开，第二阀门DV2由末端负荷回水温度控制开度。循环泵Pl —方面直接抽取末端温回水，另一方面经过第一阀门DVl和第五阀门Vl抽取蓄能水槽顶部温水，加压后送入热泵机组降温成冷冻水，经过第三阀门DV3后分两路，一路向末端负荷供冷，经过末端负荷放冷后再流回水泵P1，另一路经过第二阀门DV2和第六阀门V2流入蓄能水槽的底部。电控阀门第二阀门DV2的开度由末端回水温度控制，如果末端负荷回水温度低于设定值，说明送向末端负荷的冷冻水过多，则加大第二阀门DV2开度，减少向末端负荷供冷，使更多冷冻水流向蓄能水槽蓄冷；反之则减小第二阀门DV2开度，减小向蓄能水槽的蓄冷流量，使更多冷冻水流向末端负荷。直至蓄能水槽蓄满，关闭第一阀门DVl和第二阀门DV2，系统转入工况一的热泵机组直接供冷；或者直至末端负荷消失，第二阀门DV2完全打开，系统转为工况二热泵机组蓄冷。
[0030]工况五、热泵机组与蓄能水槽共同供冷:第一阀门DVl和第三阀门DV3打开，第二阀门DV2关闭，循环泵Pl和释能水泵P2均运转，循环泵Pl将热泵机组降温的冷冻水送往末端负荷，释能水泵P2从蓄能水槽底部抽取冷冻水送往末端负荷，共同满足超过热泵机组供冷能力的末端负荷需求。如果采取热泵机组优先策略控制供冷，则循环泵Pl按热泵机组效率最高状态定流量运转，释能水泵P2根据末端负荷回水温度调整转速，若回水温度高于设计值，说明供冷量不足，则加大释能泵P2流量，反之则减少释能泵P2流量；如果采取蓄能水槽优先策略控制供冷，则释能P2水泵按蓄能水槽最佳效率定流量运转，循环泵Pl转速根据末端负荷回水温度调整，若回水温度高于设定值，则加大循环泵Pl的流量，反之则减少流量。
[0031]针对冬季供热期，通过如下工况进行说明:
[0032]冬季供热期间手动第五阀门Vl和第六阀门V2常闭，第七阀门V3和第八阀门V4常开，蓄能水槽处于蓄热状态。
[0033]工况六、热泵机组直接供热:第一阀门DV1、第二阀门DV2和第四阀门DV4关闭，第三阀门DV3打开，来自末端负荷的低温回水由循环泵Pl加压后，经热泵机组加温成高温水，经过第三阀门DV3流向末端负荷供热。
[0034]工况七、热泵机组与锅炉串联供热:第一阀门DV1、第二阀门DV2和第三阀门DV3关闭，第四阀门DV4打开，来自末端负荷的低温回水由循环泵Pl加压后，先经热泵机组预加温，再经锅炉进一步加热成高温水，经过第四阀门DV4流向末端供热。
[0035]工况八、热泵机组蓄热:第一阀门DV1、第二阀门DV2和第三阀门DV3打开，第四阀门DV4关闭，循环泵Pl经第一阀门DVl和第七阀门V3自蓄能水槽底部抽取低温水，加压送入热泵机组加温至蓄热温度，再经第三阀门DV3、第二阀门DV2和第八阀门V4送回蓄能水槽顶部。
[0036]工况九、热泵机组与锅炉串联蓄热:第一阀门DV1、第二阀门DV2和第四阀门DV4打开，第三阀门DV3关闭，循环泵Pl经第一阀门DVl和第七阀门V3自蓄能水槽底部抽取低温水，加压先送入热泵机组加温，再经过锅炉加温至蓄热温度，然后经第四阀门DV4、第二阀门DV2和第八阀门V4送回蓄能水槽顶部。
[0037]工况十、蓄能水槽单独供热:第一阀门DVl打开，第二阀门DV2和第三阀门DV3、第四阀门DV4关闭，释能水泵P2经过第八阀门V4从蓄能水槽顶部抽取高温水，加压后送往末端负荷供热，经末端负荷放热后的低温回水经过第一阀门DVl和第七阀门V3流回蓄能水槽的底部。
[0038]工况十一、热泵机组与蓄能水槽共同供热:第一阀门DVl和第三阀门DV3打开，第二阀门DV2关闭，循环泵Pl和释能水泵P2均运转，循环泵Pl将热泵机组加温后的高温水送往末端负荷，释能水泵P2从蓄能水槽顶部抽取高温水送往末端负荷，以应对超过热泵机组供热能力的短时末端极端负荷。两泵的流量控制同样有热泵机组优先和蓄能水槽优先两种策略。
[0039]如果供暖热水温度较低(如地板采暖热水温度低于50°C )，则当实际热负荷低于热泵机组最大供热能力时，不使用锅炉，蓄能水槽仅起到移峰填谷的功能。当实际热负荷超过热泵机组最大供热能力时，蓄能水槽与热泵机组在负荷高峰时共同供热，蓄能水槽不仅起到移峰填谷的作用，还起到补充热泵机组制热量不足的功能。
[0040]如果供暖热水温度较高，热泵能效比低至1.5左右时，应串联锅炉，合理分配热泵机组和锅炉的加热温度范围，使直供能效比达到最高。
[0041]当使用锅炉加热时，蓄热温度应高于供热水温，以提高蓄热量。
[0042]本实用新型实施例提供的热泵与锅炉蓄能系统具有如下优点:
[0043]1、将在用电低谷时段蓄存的热(冷)量在用电高峰时段放出，减少用电高峰时段的热泵机组用电，减少了电网波动；
[0044]2、利用蓄能水槽与热泵机组共同供热(冷)应对最大热(冷)负荷，可以减少热泵机组的装机容量，降低建设初投资；
[0045]3、合理分配热泵机组与锅炉的加热温度范围，充分利用两设备的性能特点，最大限度提高系统能效比。
[0046]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种热泵与锅炉蓄能系统，包括热泵机组、锅炉和末端负荷，所述热泵机组和所述锅炉均与所述末端负荷相连，用于向所述末端负荷供冷或供热，其特征在于，所述蓄能系统还包括:蓄能水槽，所述蓄能水槽用于蓄冷或蓄热后向所述末端负荷供冷或供热； 所述蓄能系统还包括循环泵、释能水泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门；其中， 热泵机组进水端与循环泵的出水端相连，循环泵的进水端分别与第一阀门的一端、末端负荷的回水端相连，第一阀门的另一端分别与第五阀门的一端、第七阀门的一端相连，第五阀门的另一端分别与蓄能水槽的上端口、第八阀门的一端相连，第八阀门的另一端分别与第六阀门的一端、第二阀门的一端、释能水泵的一端相连，第六阀门的另一端分别与第七阀门的另一端、蓄能水槽的下端口相连，第二阀门的另一端分别与释能水泵的另一端、末端负荷的供水端、第三阀门的一端、第四阀门的一端相连，第四阀门的另一端与锅炉的出水端相连，第三阀门的另一端与热泵机组的出水端相连，热泵机组的出水端与锅炉的进水端相连。
2.根据权利要求1所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述热泵机组为土壤源热泵机组、水源热泵机组或空气源热泵机组。
3.根据权利要求1所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述蓄能水槽为金属水槽、混凝土水槽或塑料水槽。
4.根据权利要求1所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述锅炉为电锅炉或燃气热水锅炉。
5.根据权利要求1-4任一所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门均为电控阀。
6.根据权利要求1-4任一所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门均为手动截止阀。
7.根据权利要求1-4任一所述的热泵与锅炉蓄能系统，其特征在于:所述循环泵和释能水泵均为变频泵。
【文档编号】F24F5/00GK203771608SQ201420119322
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】江源泉, 候张炜 申请人:佩尔优节能科技股份有限公司