基于压力势能转换的供暖系统的制作方法

1.本发明属于市政供暖技术领域，涉及一种基于压力势能转换的供暖系统。


背景技术：

2.在现有的市政基于压力势能转换的供暖系统中，通常采用如板式换热器等小体积换热器将一次管网的热量传递给二次管网，受板式换热器的换热效率等客观因素的影响，一次管网的回水温度较高，一次管网的供回水温差较小，从而导致基于压力势能转换的供暖系统流量较大，电站冷凝器余热不能充分利用，导致热能利用率低，资源造成浪费。而目前大温差吸收式换热机组体积较大，大部分换热站难以容纳，需要重新征地建设构筑物，导致实施困难。
3.为解决以上问题，需要一种基于压力势能转换的供暖系统以减小一次管网的供回水温差，提高热能利用率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于压力势能转换的供暖系统，利用一次管网和二次管网的压力差，通过将一次管网的高压热水降压之后，直接供给二次管网；同时利用一次管网的压力势能将二次管网的低温低压热水的压力升高之后，输送至一网回水管网中进行加热，如此一来使得一次管网的供回水温差增大，提高了热水换热效率。
5.一种基于压力势能转换的供暖系统，包括一次管网、二次管网和热交换装置，一次管网用于引入高温高压热水；热交换装置用于接收一次管网来的高温高压热水并降压；二次管网用于接收经热交换装置降压后的高温低压热水并用于为采暖用户供暖。一次管网来的高温高压热水将二次管网来的供暖后的低温低压热水增压后输送加热并循环至一次管网。
6.进一步，所述热交换装置包括换热腔ⅰ和换热腔ⅱ，所述换热腔ⅰ和换热腔ⅱ不同时制备高温低压热水和低温高压热水。不同时制备高温低压热水和低温高压热水意为换热腔ⅰ制备高温低压热水时换热腔ⅱ制备低温高压热水，或换热腔ⅰ制备低温高压热水时换热腔ⅱ制备高温低压热水。
7.进一步，还包括换热腔ⅲ，所述换热腔ⅲ用于制备高温低压热水或低温高压热水，所热交换装置具有模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ三种运行模式，模式ⅰ为换热腔ⅰ制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅱ制备并向一次管网输送低温高压热水；模式ⅱ为换热腔ⅱ制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅲ制备并向一次管网输送低温高压热水；模式ⅲ为换热腔ⅲ制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅰ制备并向一次管网输送低温高压热水；所述模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ依次循环运行。模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ依次循环运行意指模式ⅰ运行结束后模式ⅱ运行，模式ⅱ运行结束后模式ⅲ运行，模式ⅲ运行结束后模式ⅰ运行，以使得模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ形成一个工作循环，并持续往复循环，以实现供暖的持续。
8.进一步，还包括用于回收低温高压热水的高压回水管，所述一次管网具有为换热装置输送高温高压热水的高压供水管，所述高压供水管和高压回水管分别对应的与换热腔ⅰ、换热腔ⅱ和换热腔ⅲ连接。
9.进一步，所述二次管网具有为换热装置输送低温低压热水的低压供水管和用于接收高温低压热水的供热管，所述低压供水管和供热管分别对应的与换热腔ⅰ、换热腔ⅱ和换热腔ⅲ连接。
10.进一步，还包括压力平衡阀组，所述压力平衡阀组包括高压平衡阀和低压平衡阀，高压平衡阀组的设置，是为了让一次管网内的压力势能可以转移至低温低压热水，以使得低温低压热水的压力被提高，变成低温高压热水，也就是一次管网的回水；而低压平衡阀组的设置，是为了给高温高压热水提供泄压通道，使得高温高压热水能够降压为高温低压热水，满足供暖的压力需求。所述高压平衡阀包括高压平衡阀ⅰ、高压平衡阀ⅱ和高压平衡阀ⅲ，所述高压平衡阀ⅰ设置于高压供水管与换热腔ⅰ连接的位置处用于平衡高压供水管与换热腔ⅰ之间的压力以提高换热腔ⅰ内的水压，所述高压平衡阀ⅱ设置于高压供水管与换热腔ⅱ连接的位置处用于平衡高压供水管与换热腔ⅰ之间的压力以提高换热腔ⅰ内的水压，所述高压平衡阀ⅲ设置于高压供水管与换热腔ⅲ连接的位置处用于平衡高压供水管与换热腔ⅲ之间的压力以提高换热腔ⅰ内的水压；所述低压平衡阀包括低压平衡阀ⅰ、低压平衡阀ⅱ和低压平衡阀ⅲ，所述低压平衡阀ⅰ设置于供热管与换热腔ⅰ连接的位置处用于平衡供热管与换热腔ⅰ之间的压力以降低换热腔ⅰ内的水压，所述低压平衡阀ⅱ设置于供热管与换热腔ⅱ连接的位置处用于平衡供热管与换热腔ⅰ之间的压力以降低换热腔ⅰ内的水压，所述低压平衡阀ⅲ设置于供热管与换热腔ⅲ连接的位置处用于平衡供热管与换热腔ⅲ之间的压力以降低换热腔ⅰ内的水压。
11.进一步，还包括混水器，所述热交换装置制备的低压高温热水流入混水器与二次管网内的低温低压热水混合并降温后流出用于供暖。二次管网的低温低压热水部分进入热交换装置被升压为低温高压热水然后被送至一次管网加热，剩余则进入混水器与高温低压热水混合后，温度降低至适合供暖的温度，然后再送至用户家中进行供暖。上一循环意指前一个模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ的工作循环，而本基于压力势能转换的供暖系统第一次投入使用时，只需向换热腔ⅰ内注入一次管网中的高温高压热水，向换热腔ⅱ和换热腔ⅲ中注入二次管网来的低温低压热水，便可开始本发明技术方案所提到的工作循环，此为本技术领域的技术人员可以理解或常见的处理方法，在此不赘述。
12.进一步，所述模式ⅰ中，换热腔ⅰ内存放有上一循环模式ⅲ中高压供水管注入的高温高压热水，开启低压平衡阀ⅰ，换热腔ⅰ内的压力降低，高温高压热水变为高温低压热水并被送至供热管，同时低温低压热水进入换热腔ⅰ；打开高压平衡阀ⅱ，换热腔ⅱ中的压力升高，上一循环模式ⅱ中注入换热腔ⅱ的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管，同时高压供水管内的高温高压热水注入换热腔ⅱ。
13.进一步，所述模式ⅱ中，打开低压平衡阀ⅱ，换热腔ⅱ的压力降低，模式ⅰ中注入换热腔ⅱ的高温高压热水的压力降低为高温低压热水并被送至供热管，同时低温低压热水进入换热腔ⅱ；打开高压平衡阀ⅲ，换热腔ⅲ中的压力升高，上一循环模式ⅲ中注入换热腔ⅲ的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管，同时高压供水管内的高温高压热水注入换热腔ⅲ。
14.进一步，所述模式ⅲ中，打开低压平衡阀ⅲ，换热腔ⅲ的压力降低，模式ⅱ中注入换热腔ⅲ的高温高压热水的压力降低为高温低压热水并被送至供热管，同时低温低压热水进入换热腔ⅲ；打开高压平衡阀ⅰ，换热腔ⅰ中的压力升高，模式ⅰ中注入换热腔ⅰ的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管，同时高压供水管内的高温高压热水注入换热腔ⅰ。
15.本发明的有益效果：
16.本发明提供了一种基于压力势能转换的供暖系统，本发明的基于压力势能转换的供暖系统利用一次管网和二次管网的压力差，通过将一次管网的高压热水降压之后，直接供给二次管网；同时将二次管网的低温低压热水的压力升高之后，输送至一次管网回水管网中进行加热，如此一来使得一次管网的供回水温差增大，提高了热水换热效率；本发明利用一次管网的压力势能对二次管网来的低温低压热水进行增压处理，使得一次管网中的高压热水的压力势能可以获得有效回收，使得本发明无需投入额外的驱动源，切实降低了系统的运行费用，实现了节能运行的目的。
附图说明
17.图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
18.图1为本发明的流程示意图。图中箭头为本发明的系统中的介质流向。
19.一种基于压力势能转换的供暖系统，包括一次管网、二次管网和热交换装置，一次管网用于引入高温高压热水；热交换装置用于接收一次管网来的高温高压热水并降压；二次管网用于接收经热交换装置降压后的高温低压热水并用于为采暖用户供暖。一次管网来的高温高压热水将二次管网来的供暖后的低温低压热水增压后输送加热并循环至一次管网。
20.本实施例中，所述热交换装置包括换热腔ⅰ5和换热腔ⅱ6，所述换热腔ⅰ5和换热腔ⅱ6不同时制备高温低压热水和低温高压热水。不同时制备高温低压热水和低温高压热水意为换热腔ⅰ5制备高温低压热水时换热腔ⅱ6制备低温高压热水，换热腔ⅰ5制备低温高压热水时换热腔ⅱ6制备高温低压热水。
21.本实施例中，还包括换热腔ⅲ7，所述换热腔ⅲ7用于制备高温低压热水或低温高压热水，所热交换装置具有模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ三种运行模式，模式ⅰ为换热腔ⅰ5制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅱ6制备并向一次管网输送低温高压热水；模式ⅱ为换热腔ⅱ6制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅲ7制备并向一次管网输送低温高压热水；模式ⅲ为换热腔ⅲ7制备并向二次管网输送高温低压热水，换热腔ⅰ5制备并向一次管网输送低温高压热水；所述模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ依次循环运行。模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ依次循环运行意指模式ⅰ运行结束后模式ⅱ运行，模式ⅱ运行结束后模式ⅲ运行，模式ⅲ运行结束后模式ⅰ运行，以使得模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ形成一个工作循环，三个腔体循环交替，实现高温侧循环和低温侧循环的畅通、连续，以实现供暖的持续。
22.本实施例中，还包括用于回收低温高压热水的高压回水管3，所述一次管网具有为换热装置输送高温高压热水的高压供水管1，所述高压供水管1和高压回水管3分别对应的
与换热腔ⅰ5、换热腔ⅱ6和换热腔ⅲ7连接。高压供水管1与换热腔ⅰ5连接的位置处设置有用于控制高温高压热水进入换热腔ⅰ5的高压进水阀101，高压供水管1与换热腔ⅱ6连接的位置处设置有用于控制高温高压热水进入换热腔ⅱ6的高压进水阀102，高压供水管1与换热腔ⅲ7连接的位置处设置有用于控制高温高压热水进入换热腔ⅲ7的高压进水阀103；高压回水管3与换热腔ⅰ5连接的位置处设置有用于控制低温高压热水流出换热腔ⅰ5至高压回水阀的高压回水阀301，高压回水管3与换热腔ⅱ6连接的位置处设置有用于控制低温高压热水流出换热腔ⅱ6至高压回水阀的高压回水阀302，高压回水管3与换热腔ⅲ7连接的位置处设置有用于控制低温高压热水流出换热腔ⅲ7至高压回水阀的高压回水阀303。高压供水管1和高压回水管3分别连接至供热源如电站锅炉等，供热源内的高温高压热水通过高压供水管1进入热交换系统，而低温高压热水则通过高压回水管3再次回到供热源内进行加热变为高温高压热水。
23.本实施例中，所述二次管网具有为换热装置输送低温低压热水的低压供水管2和用于接收高温低压热水的供热管4，所述低压供水管2和供热管4分别对应的与换热腔ⅰ5、换热腔ⅱ6和换热腔ⅲ7连接。本实施例中，低压供水管2与换热腔ⅰ5连接的位置处设置有用于控制低温低压热水进入换热腔ⅰ5的低压进水阀201，低压供水管2与换热腔ⅱ6连接的位置处设置有用于控制低温低压热水进入换热腔ⅱ6的低压进水阀202，低压供水管2与换热腔ⅲ7连接的位置处设置有用于控制低温低压热水进入换热腔ⅲ7的低压进水阀203；供热管4与换热腔ⅰ5连接的位置处设置有用于控制高温低压热水流出换热腔ⅰ5至供暖管的供暖阀401，供热管4与换热腔ⅱ6连接的位置处设置有用于控制高温低压热水流出换热腔ⅱ6至供暖管的供暖阀402，供热管4与换热腔ⅲ7连接的位置处设置有用于控制高温低压热水流出换热腔ⅲ7至供暖管的供暖阀403。本实施例中的低压进水阀和高压回水阀均为单向阀，在压力的作用下流体可按其设定的流向自发流动，而其他阀门则无特殊规定，可以为电动门或气动门等。如低压进水阀201，则是在供暖阀401打开后，高温低压热水流出换热腔ⅰ5时，低温低压热水在压差作用下自发经低压进水阀201流入换热腔ⅰ5；又如高压回水阀301，则是在高压进水阀101打开后，换热腔ⅰ5内的低温高压热水在高温高压热水的挤压下自发经高压回水阀301流出换热腔ⅰ5，如此设置无需投入额外的驱动源，降低了系统的运行费用。本实施例中，当有相应动作时，对应的阀门开启，动作结束后，对应的阀门则关闭，如当换热腔ⅰ内的高温低压热水需要流入供热管时，则打开对应的供暖阀401，当高温低压热水完全流出换热腔ⅰ后则关闭供暖阀401，此为本技术领域技术人员可以理解的，在此不赘述。
24.本实施例中，还包括压力平衡阀组，所述压力平衡阀组包括高压平衡阀和低压平衡阀；所述高压平衡阀包括高压平衡阀ⅰ12、高压平衡阀ⅱ14和高压平衡阀ⅲ16，所述高压平衡阀ⅰ12设置于高压供水管1与换热腔ⅰ5连接的位置处用于平衡高压供水管1与换热腔ⅰ5之间的压力以提高换热腔ⅰ5内的水压，所述高压平衡阀ⅱ14设置于高压供水管1与换热腔ⅱ6连接的位置处用于平衡高压供水管1与换热腔ⅰ5之间的压力以提高换热腔ⅰ5内的水压，所述高压平衡阀ⅲ16设置于高压供水管1与换热腔ⅲ7连接的位置处用于平衡高压供水管1与换热腔ⅲ7之间的压力以提高换热腔ⅰ5内的水压；所述低压平衡阀包括低压平衡阀ⅰ13、低压平衡阀ⅱ15和低压平衡阀ⅲ17，所述低压平衡阀ⅰ13设置于供热管4与换热腔ⅰ5连接的位置处用于平衡供热管4与换热腔ⅰ5之间的压力以降低换热腔ⅰ5内的水压，所述低压平衡阀ⅱ15设置于供热管4与换热腔ⅱ6连接的位置处用于平衡供热管4与换热腔ⅰ5之间的压力
以降低换热腔ⅰ5内的水压，所述低压平衡阀ⅲ17设置于供热管4与换热腔ⅲ7连接的位置处用于平衡供热管4与换热腔ⅲ7之间的压力以降低换热腔ⅰ5内的水压。
25.本实施例中，还包括混水器10，所述热交换装置制备的低压高温热水流入混水器10与二次管网内的低温低压热水混合并降温后流出用于供暖。二次管网的低温低压热水部分进入热交换装置被升压为低温高压热水然后被送至一次管网加热，剩余则进入混水器10与高温低压热水混合后，温度降低至适合供暖的温度，然后再送至用户11家中进行供暖。上一循环意指前一个模式ⅰ、模式ⅱ和模式ⅲ的工作循环，而本基于压力势能转换的供暖系统第一次投入使用时，只需向换热腔ⅰ5内注入一次管网中的高温高压热水，向换热腔ⅱ6和换热腔ⅲ7中注入二次管网来的低温低压热水，便可开始本发明技术方案所提到的工作循环，此为本技术领域的技术人员可以理解或常见的处理方法，在此不赘述。
26.本实施例中，所述模式ⅰ中，换热腔ⅰ5内存放有上一循环模式ⅲ中高压供水管1注入的高温高压热水，开启低压平衡阀ⅰ13，待换热腔ⅰ5内的压力降低后关闭低压平衡阀ⅰ13，高温高压热水变为高温低压热水并被送至供热管4，同时低温低压热水进入换热腔ⅰ5；打开高压平衡阀ⅱ14，换热腔ⅱ6中的压力升高，上一循环模式ⅱ中注入换热腔ⅱ6的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管3，同时高压供水管1内的高温高压热水注入换热腔ⅱ6。
27.本实施例中，所述模式ⅱ中，打开低压平衡阀ⅱ15，换热腔ⅱ6的压力降低，模式ⅰ中注入换热腔ⅱ6的高温高压热水的压力降低为高温低压热水并被送至供热管4，同时低温低压热水进入换热腔ⅱ6；打开高压平衡阀ⅲ16，换热腔ⅲ7中的压力升高，上一循环模式ⅲ中注入换热腔ⅲ7的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管3，同时高压供水管1内的高温高压热水注入换热腔ⅲ7。
28.本实施例中，所述模式ⅲ中，打开低压平衡阀ⅲ17，换热腔ⅲ7的压力降低，模式ⅱ中注入换热腔ⅲ7的高温高压热水的压力降低为高温低压热水并被送至供热管4，同时低温低压热水进入换热腔ⅲ7；打开高压平衡阀ⅰ12，换热腔ⅰ5中的压力升高，模式ⅰ中注入换热腔ⅰ5的低温低压热水升压为低温高压热水并被送至高压回水管3，同时高压供水管1内的高温高压热水注入换热腔ⅰ5。
29.本实施例中，还设置有二次管网循环泵9和流量调节阀8，二次管网循环泵9设置于低压供水管2靠近用户11的一侧以使得低温低压热水可以顺利的流入热交换装置或混水器10，流量调节阀8设置于低压供水管2靠近热交换装置的一侧用于调节进入热交换装置的低温低压热水的流量，通过对低温低压热水的流量的调节，可以间接调节低温高压热水的流量，而低温高压热水的流量影响到高温高压热水的流量，高温高压热水的流量又会影响到最终用于供暖的热水的温度，故流量调节阀8通过调节低温低压热水的流量，调节了本发明的最终供暖的温度。本实施例中的换热腔ⅰ5、换热腔ⅱ6、换热腔ⅲ7和混水器10为可抗压的具有保温功能的水管，热水直接在管内进行升、降压或混合换热，如此设计可以降低运行成本，也便于维护，当然也可以选用混合式换热器等可实现同等功能的构件，次为本技术领域技术人员可以理解的技术方法，在此不赘述。
30.本实施例中，小区供暖站通常采用板式换热器将一次侧的热量传递至二次管网，一次管网的供、回水温度通常分别为95℃和65℃；由于地暖的普及，二次管网供、回水温度通常分别为58℃和39℃。一次管网的高温高压热水经过热交换转置处理之后，变成高温低
压热水，由于存在一定的损失，高温热水温度由95℃降低至94～94.5℃；二次管网的低温低压热水经过热交换转置处理之后，变成高压低温水，温度在40℃左右，由此可见，一次侧管网供回水温度分别变成95℃和40℃。此时，一次管网的供、回水温度差由30℃变成55℃，则同样的循环流量下，一次网供回水温差由30℃增加到55℃，则载热量增加了83％，供热面积可以扩大接近83％。对于已建成的管网而言，无需新增投资，大大降低了热力网建设投资成本。对于集中供热电厂等供热单位而言，更低的回水温度可以提高电站余热利用率，极大的提高了经济效益。
31.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。