一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统的制作方法

1.本发明属于分布式供热技术领域，涉及一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统。


背景技术：

2.经济建设发展稳步提升，城市建筑面积持续扩张，随之而来建筑采暖负荷需求亦逐年增大，目前供热行业主要依赖热电厂做基础热源，城市集中供热系统对化石能源依赖严重，煤价高涨，碳达峰、碳中和政策也逐步实施，供热行业面临着高供热成本与艰巨的低碳、减碳任务。在此背景下，要求开发一种清洁低碳的采暖技术路线，在转型阶段可以作为现有集中供热系统的替代或补充，以推动行业发展。
3.目前清洁采暖技术路线较为单一，电锅炉、太阳能、各类热泵等设备采暖均存在不同弊端，造成供热成本偏高、供热效果不理想等情况，如何针对用户热负荷建立一种经济可靠、节能减排的清洁采暖系统是目前亟待解决的首要问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中清洁能源采暖的路线和能源种类较为单一，依靠锅炉等设备采暖的供暖成本高，能耗及碳排放量大的问题，提供一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统，包括空气源热泵单元、土壤源热泵单元、污水源热泵单元、太阳能热泵单元、热网回水母管和热网供水母管；
7.所述热网供水母管依次连接空气源热泵单元入口、土壤源热泵单元入口、污水源热泵单元入口和太阳能热泵单元入口，太阳能热泵单元的出口连接热网供水母管；
8.所述土壤源热泵单元包括第一热泵组件和热井地埋管道，所述第一热泵组件高温侧的热侧入口和出口分别连接空气源热泵单元的出口和污水源热泵单元的入口，第一热泵组件低温侧入口和出口分别连接热井地埋管道的出口和入口。
9.本发明的进一步改进在于：
10.所述第一热泵组件包括第一冷凝器和第一蒸发器；
11.所述第一冷凝器的热侧入口和出口分别连接空气源热泵单元的出口和污水源热泵单元的入口，所述第一冷凝器的冷侧出口连接第一蒸发器的冷侧入口，第一蒸发器的冷侧出口连接第一冷凝器的冷侧入口，第一蒸发器的热侧出口连接热井地埋管道的入口，热井地埋管道的出口连接第一蒸发器的热侧入口。
12.所述第一蒸发器的热侧出口和热井地埋管道的入口之间设置有土壤源循环泵；
13.所述第一蒸发器的冷侧出口与第一冷凝器的冷侧入口之间设置有第一压缩机。
14.所述热井地埋管道的出口与第一蒸发器的热侧入口之间设置有第二过滤器。
15.所述污水源热泵单元包括第二热泵组件和污水输送母管；
16.所述第二热泵组件高温侧热侧入口连接第一冷凝器的热侧出口，第二热泵组件的低温侧热侧出口连接太阳能热泵单元的入口；
17.所述第二热泵组件低温侧热侧入口连接污水输送母管的输入端，第二热泵组件低温侧热侧出口连接污水输送母管的输出端。
18.所述第二热泵组件包括第二冷凝器和第二蒸发器；
19.所述第二冷凝器的热侧入口连接污水输送母管的输入端，第二冷凝器的热侧出口连接污水输送母管的输出端，第二冷凝器的冷侧入口连接第二蒸发器的冷侧出口，第二冷凝器的冷侧出口连接第二蒸发器的冷侧入口，第二蒸发器的热侧入口连接第一蒸发器的热侧出口，第二蒸发器的热侧出口连接太阳能热泵单元的入口。
20.所述污水输送母管的输入端设置有污水循环泵；
21.所述第二蒸发器的冷侧出口与第二蒸发器的冷侧入口之间设置有第三压缩机。
22.所述空气源热泵单元包括第三冷凝器和第三蒸发器；
23.所述第三冷凝器的热侧出口连接热网供水母管，第三冷凝器的热侧出口连接第一热泵组件高温侧的入口；第三冷凝器的冷侧出口连接第三蒸发器的入口，第三蒸发器的出口连接第三冷凝器的冷侧入口。
24.所述太阳能热泵单元包括太阳能集热器，所述太阳能集热器的入口连接污水源热泵单元的出口，太阳能热集热器的出口连接热网供水母管；
25.所述太能能集热器的入口与污水源热泵单元的出口之间设置有太阳能循环泵，太能能集热器的出口与热网供水母管之间设置有第三过滤器。
26.所述热网回水母管的输出端设置有第一过滤器和热网循环水泵。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明公开了一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统，热网供水母管依次连接空气源热泵单元入口、土壤源热泵单元入口、污水源热泵单元入口和太阳能热泵单元入口，太阳能热泵单元的出口连接热网供水母管；热网回水母管中的热网循环水依次经过空气源热泵单元、土壤源热泵单元、污水源热泵单元和太阳能热泵单元梯级加热后实现用户供水，将不同低品位热源按温度梯级排列，将热网循环水分为不同温度区间，缩小各级加热温差，提高热泵制热性能系数，降低供热成本与污染物排放，同时将不同种类清洁能源综合，极大降低了煤改电过程中的供暖电耗，提高清洁能源供暖占比，降低污染物排放，提高用户供热质量及可靠性，实现了能量梯级利用，提高能源利用率，降低了清洁能源的浪费。
29.进一步的，本发明在系统中加入了太能集热器，降低其他热泵电耗，提高可再生能源消纳能力，降低供能成本。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
31.图1为本发明的结构示意图；
32.其中：1-第一过滤器；2-热网循环水泵；3-第一电动调节阀；4-第一球阀；5-第二电
动调节阀；6-第二球阀；7-第三电动调节阀；8-第三球阀；9-第四电动调节阀；10-第四球阀；11-第五球阀；12-第三冷凝器；13-第一压缩机；14-第三蒸发器；15-第一膨胀阀；16-第六球阀；17-第七球阀；18-第一冷凝器；19-第二膨胀阀；20-第一蒸发器；21-第二压缩机；22-土壤源循环泵；23-热井地埋管道；24-第二过滤器；25-第八球阀；26-第九球阀；27-第二冷凝器；28-第三膨胀阀；29-第二蒸发器；30-第三压缩机；31-污水循环泵；32-第十球阀；33-第十一球阀；34-太阳能循环泵；35-太阳能集热器；36-第三过滤器；37-第十二球阀。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.参见图1，本发明实施例公开了一种地光电污水互补的梯级加热清洁采暖系统，包括通过热网回水母管和热网供水母管依次相连的空气源热泵单元、土壤源热泵单元、污水源热泵单元和太阳能热泵单元；其中空气源热泵提取空气能加热热网循环水，土壤源热泵提取土壤中低品位余热加热热网循环水，污水源热泵将用户生活污水中蕴含的低品位余热提取用于加热热网循环水，太阳能集热器利用太阳能加热热网循环水。系统供暖时，热网循环水回水全部或部分流量依次三种热泵与集热器，实现热网循环水梯级加热。
41.具体包括以下部件：
42.第一过滤器1；热网循环水泵2；第一电动调节阀3；第一球阀4；第二电动调节阀5；第二球阀6；第三电动调节阀7；第三球阀8；第四电动调节阀9；第四球阀10；第五球阀11；第三冷凝器12；第一压缩机13；第三蒸发器14；第一膨胀阀15；第六球阀16；第七球阀17；第一冷凝器18；第二膨胀阀19；第一蒸发器20；第二压缩机21；土壤源循环泵22；热井地埋管道23；第二过滤器24；第八球阀25；第九球阀26；第二冷凝器27；第三膨胀阀28；第二蒸发器29；第三压缩机30；污水循环泵31；第十球阀32；第十一球阀33；太阳能循环泵34；太阳能集热器35；第三过滤器36和第十二球阀37。
43.本发明实施例中，热网回水母管的输出端依次连接第一过滤器1和热网循环水泵2，经热网循环水泵2加压后一部分的热网水通过第五球阀11进入第三冷凝器12的热侧入口，在第三冷凝器12中与冷凝器内部的闭式循环水换热，吸热侧的循环水通过第三冷凝器12的热侧出口和第六球阀16后与热网回水母管中的热网水汇合后通过第七球阀17进入第一冷凝器18的热侧入口；第三冷凝器12中被吸热后的循环水通过冷侧出口和第一膨胀阀15后进入第三蒸发器14，第三蒸发器14中的循环水提取空气中的热量后再回到第三冷您器12中，将热量传递给热网循环水，实现空气源热泵单元的供热循环。
44.进入第一冷凝器18热侧入口的热网水吸收内部热井地埋管道23传递的热量后依次通过第一冷凝器18的热侧出口和第八球阀25汇入热网回水母管中；其中，井地埋管道23吸收土壤的热量后通过井地埋管道23的出口和第二过滤器24后进入第一蒸发器20的冷侧入口，将热量换递给内部高温侧的循环水后通过第一蒸发器20的冷侧出口和土壤源循环泵22后回到井地埋管道23中，吸热后的循环水通过第一蒸发器20的冷侧出口和第二压缩机21后进入第一冷凝器18的冷侧入口，在内部将热量传递给高温侧的热网循环水，被吸热后的循环水通过第二膨胀阀19回到第一蒸发器20的冷侧入口，实现土壤源热泵单元热量的热量传递。
45.第一冷凝器18的热网水汇至热网回水母管后一部分热网水通过第九球阀26进入第二冷凝器27的热侧入口，在污水源热泵单元中，生活污水的输入端通过污水循环泵31进入第二蒸发器29的热侧入口，将热量传递给内部的闭式循环水后经第二蒸发器29的热侧出口排出，吸热后的闭式循环水通过第二蒸发器29的冷侧出口和第三压缩机30后进入第三冷凝器27的冷侧入口，在第三冷凝器27中将热量传递给热侧的热网循环水后通过第三膨胀阀28后回到第三蒸发器29中，吸热后的热网水汇至热网供水回水母管。
46.通过污水源热泵单元加热后的部分热网水通过第十一球阀33和太阳能循环泵34后进入太阳能集热器35中，吸收太阳能集热器35中的热量后经第三过滤器36和第十二球阀37进入热网回水母管，与热网回水母管中的热网水汇合后汇至热网供水母管，实现热网水的梯级和分区域加热。
47.本发明实施例在热网回水母管上还依次设置有第一电动调节阀3、第一球阀4、第二电动调节阀5、第二球阀6、第三电动调节阀7、第三球阀8、第四电动调节阀9和第四球阀10。
48.本发明实施例公开的系统，将热网水首先在经过空气源热泵单元，空气源热泵单元内部闭式循环水提取空气中蕴含的低品位热能完成循环后在第三冷凝器12中放热加热热网循环水，完成热网循环水的一级加热；随后进入土壤源热泵单元，吸收土壤中的低品位热能，完成二级加热；再进入污水源热泵单元，吸收污水低品位余热，热网循环水完成三级
加热，最后进入太阳能热泵单元，太阳能辐射升温，加热至用户供水温度后首先用户供热，实现热网循环水回水的梯级加热，实现了能量梯级利用，将三种不同类型的热泵联合，对热网循环水进行梯级加热，缩小每级加热温差，提高热泵制热性能系数，同时，引入太阳能集热器，降低其他热泵电耗，提高可再生能源消纳能力，降低供能成本，将太阳能、污水能、地热能、空气能高效耦合，极大降低了煤改电过程中的供暖电耗，提高清洁能源供暖占比，降低污染物排放，提高用户供热质量及可靠性。
49.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。