一种多能互补低碳式供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及建筑物采暖设备和节能系统的技术领域，尤其涉及一种多能互补低碳式供热系统。


背景技术：

2.由于我国大部分区域处于北温带，冬季寒冷，大部分区域都处于零度线以下。冬季取暖在北方消耗的能源较多。目前，据相关资料统计，我国建筑能耗一直维持在社会总能耗的20％至25％，北方城镇采暖能耗约占全国建筑总能耗的36％，为建筑能源消耗的最大组成部分。推进北方地区冬季清洁取暖，关系到北方地区广大群众能否温暖过冬，也对于减少雾霾天具有良好作用。采用清洁能源是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。同时，采用清洁能源和低碳能源进行北方地区采暖，也是减少碳排放，实现我国建筑行业碳中和的重要组成部分。
3.而目前在京津冀鲁、长三角、东北等区域，以及散煤消费较多的农村地区，供热改革的状况不容乐观，存在很多问题：生物质燃料的可用总量有限，原材料的收集和生产比较困难，且成本较高，生物质成型燃料的燃烧炉效率较低，大量的热量通过烟气排出室外，这部分热量也没有回收利用。现有技术中的方案，通常单独采用空气源热泵供热技术供热，空气源热泵在室外温度比较低的情况下，热泵的效率过低，甚至出现停机的现象，而且采用电驱动的空气源热泵，其电费高，整个采暖季的供暖电费高于采用散煤供暖的费用。此外，太阳能作为免费的可再生能源，不能满足整个供暖季的需求，只能作为供暖的补充能源，且太阳能若没有蓄热作为使用条件，其经济性很难保证。
4.根据以上分析，北方地区及一部分夏热冬冷地区，采用单一的能源进行供热，都不能完全达到替代化石能源，减少碳排放的目的。因此需要一种新型的多能源供应的低碳供热系统。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，提高在供热系统中的清洁能源利用率，同时也为了提高生物质燃料锅炉的供暖效率，本技术提出了一种多能互补低碳式供热系统。
6.在根据本实用新型的多能互补低碳式供热系统的一个具体实施方式中，该多能互补低碳式供热系统中可以包括生物质燃料锅炉供热单元、供热水流管道和与供热水流管道连通的热泵供热单元，其中供热系统还包括有空气集热器和蓄热装置，空气集热器通过空气管道连通至蓄热装置的入口；其中，热泵供热单元还设置有热泵蒸发器，热泵蒸发器包括用于回收燃料锅炉所排放的烟气中热量的烟气子换热器和与蓄热装置的出口通过空气管道连通的空气子换热器；空气子换热器通过回流空气总管与蓄热装置和空气集热器连通。
7.根据本实用新型的供热系统的一个优选实施方式中，供热系统还可以包括有气水换热单元；气水换热单元的出水管和入水管均与供热水流管道连通，气水换热单元布置在空气子换热器与蓄热装置的出口之间或者布置在蓄热装置的内部。
8.优选地，在上述的供热系统中，蓄热装置可以为固体蓄热槽，固体蓄热槽内可以布置有相变蓄热材料和/或重型固体蓄热材料。
9.在根据本实用新型的供热系统一个实施方式中，蓄热装置还可以包括有保温层、蓄热槽基础支撑件和布置在蓄热槽内的空气挡板。
10.优选地，供系统中的回流空气总管包括设置在用于控制连通至所述蓄热装置的第一空气支路通断的第一风道控制阀；和用于控制连通至所述空气集热器的第二支路通断的第二风道控制阀。
11.进一步优选地，在空气子换热器的入口管道上还可以设置有管道风机。烟气子换热器也可以设置空气入口和设置在出口的抽气风机。
12.在根据本实用新型的供热系统一个实施方式中，供热系统中的热泵供热单元还可以包括：热泵压缩机、用于与供热水流管道进行热交换的热泵冷凝器和布置在热泵蒸发器的管路上的节流阀。上述的供热系统还可包括建筑环境传感器和总控制面板、燃料锅炉控制面板。
13.通过利用根据本实用新型的技术方案，可以获得的有益效果至少在于：
14.本公开内容的技术方案中，利用多种能源，将太阳能作为能源之一，并且进行有效储存，并且也有效回收了燃料锅炉中的热量，具有较高的热能使用和回收效率。同时也具有较高的经济性。本技术中的技术方案采用带有固体蓄热装置的多能源互补的供热系统，可实现低碳经济的运行。
15.应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。
附图说明
16.参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：
17.图1是根据本实用新型的多能互补低碳式供热系统的一个优选具体实施方式的结构示意图；
18.图2是根据本实用新型的多能互补低碳式供热系统的另一个优选具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
19.通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。
20.根据本实用新型的一个方面，提出了一种多能互补低碳式供热系统。类似于现有技术中的以生物质固体燃料为主的锅炉供暖系统中，该多能互补低碳式供热系统中也可以包括燃料锅炉供热单元、供热水流管道和与供热水流管道连通的热泵供热单元。供热水流管道的末端与采暖末端设备连通，将经过供热系统加热后的热水供应至采暖设备。
21.可以理解的是，本公开内容中所提到的燃料锅炉可以是将燃料进行燃烧后提供热
能输出的任何适宜的锅炉。在北方地区，考虑到燃料成本以及能源碳排放的因素，通常采用生物质燃料锅炉，可以采用农村能够采集到或市场可以买到的生物质燃料。在液化气、沼气和天然气充足的地区，燃料锅炉的燃料也可以是各种能够持续供应的可燃气体。
22.在本技术的供热系统中，还包括有空气集热器和蓄热装置，空气集热器通过空气管道连通至蓄热装置的入口。热泵供热单元还设置有热泵蒸发器，热泵蒸发器包括用于回收燃料锅炉所排放的烟气中热量的烟气子换热器和与蓄热装置的出口通过空气管道连通的空气子换热器；空气子换热器通过回流空气总管与蓄热装置和空气集热器连通。
23.根据本实用新型的供热系统的一个优选实施方式中，供热系统还可以包括有气水换热单元；气水换热单元的出水管和入水管均与供热水流管道连通，气水换热单元布置在空气子换热器与蓄热装置的出口之间(如图1所示)或者布置在蓄热装置的内部(如图2所示)。
24.在下文中，结合附图中所示的优选实施方式来具体阐述根据本技术的供热系统的一个优选构造和该系统的运行原理。
25.可以理解的是，本技术中的供热系统的实施方式，也包括本领域技术人员在阅读本公开文本之后，能够显而易见地理解和实施的各个实施方式的变形和变体，并非只限于附图中所示的具体的优选实施方式的实例。这些变形的实施方式例如包括删减了图中所示的部件、原件和/或管道，或增加其他等同的部件、原件和/或管道的其他实施方式。
26.参照图1，示出了一种本实用新型的多能互补低碳式供热系统，包括燃料锅炉供热单元1、供热水流管道和与供热水流管道连通的热泵供热单元2，空气集热器3和蓄热装置4。空气集热器3通过空气管道连通至蓄热装置4的入口。
27.热泵供热单元2还设置有热泵蒸发器，热泵蒸发器包括用于回收燃料锅炉1所排放的烟气中热量的烟气子换热器15和与蓄热装置的出口通过空气管道连通的空气子换热器11。
28.空气子换热器11通过回流空气总管17与蓄热装置4和空气集热器3连通。
29.回流空气总管17可以包括设置在用于控制连通至蓄热装置4的第一空气支路通断的第一风道控制阀19和用于控制连通至空气集热器3的第二支路通断的第二风道控制阀23。
30.在图1所示的供热系统中，还包括有气水换热单元9。气水换热单元9的出水管18和入水管均与供热水流管道连通。在该实例中，气水换热单元9布置在空气子换热器11与蓄热装置4的出口之间，
31.可选地，在图2所示的供热系统，气水换热单元9布置在蓄热装置4的内部，热水管道在蓄热装置4内，与蓄热装置中的空气进行气水换热。
32.在图1所示的供热系统的实例中，空气子换热器11的入口管道上还设置有管道风机10，以将空气在集热器、蓄热装置、空气子换热系统和回流空气总管的环路中进行循环。烟气子换热器15还设置有空气入口和设置在出口的抽气风机16。
33.蓄热装置用于将空气集热器所采集到热空气中的热能进行储存。蓄热装置4可以为图1和图2所示的固体蓄热槽，固体蓄热槽内布置有相变蓄热材料和/或重型固体蓄热材料。蓄热材料可为相变蓄热材料(pcm)，也可以为重型固体蓄热材料(废铁、多孔陶瓷、多孔介质等)，经过高温空气的流动换热和冲刷，蓄热体的温度可达到200℃以上，并保持较高温
度。
34.蓄热槽还包括有保温层5、蓄热槽基础支撑件7和布置在蓄热槽内的空气挡板8。
35.优选地，热泵供热单元2还包括有：热泵压缩机12、用于与供热水流管道进行热交换的热泵冷凝器14和布置在热泵蒸发器的管路上的节流阀13。
36.供热系统还包括有建筑环境传感器21和总控制面板20、燃料锅炉控制面板22。
37.在根据本技术的多能互补低碳式供热系统中，燃料锅炉供热单元中的燃料锅炉可以为生物质固体燃料锅炉，空气集热器可以为聚光式空气集热器。
38.在下文中，主要结合附图1来具体说明本技术中的供热系统如何运行。
39.1.白天有太阳辐射时，有两种模式
40.(1)太阳能聚光空气加热循环
41.第一风道控制阀19开启，第二风道控制阀23关闭，管道风机10开启。风道内的空气通过空气集热器3加热，温度可达到200℃以上，高温空气流经蓄热槽4。蓄热槽内设置有固体蓄热材料6。蓄热材料可为相变蓄热材料(pcm)，也可以为重型固体蓄热材料(废铁、多孔陶瓷、多孔介质等)。经过高温空气的流动换热和冲刷，蓄热体的温度可达到200℃以上，并保持较高温度。刚开始蓄热时，换热后的空气温度在100℃左右，在长时间空气换热后，空气也可保持在200℃以上，高温空气流经9汽水换热器，把气水换热器9中的冷水加热至50℃左右，换热后的空气温度在50～70℃左右，再流经空气子换热器11的蒸发器换热器，通过空气源热泵进行热回收，提升空气源热泵的蒸发温度，热回收后的空气温度在20℃左右，再回到太阳能聚光空气集热器内，完成空气循环。
42.(2)生物质锅炉+空气源热泵系统
43.生物质燃料锅炉1燃烧后的烟气，通过与空气混合后，进入到蒸烟气子换热器15，提高空气源热泵2的蒸发温度，烟气子换热器15和空气子换热器11进行串联，可极大提高空气源热泵的制热能效比(cop)，节省电能。“生物质锅炉+空气源热泵”系统的热水与汽水换热器的热水进行混合后，联合进行供热。
44.2.无太阳辐射时
45.在没有太阳辐射的白天和夜晚时刻，可开启第二风道控制阀23，关闭第一风道控制阀19。利用蓄热槽4内的蓄热进行气水换热器的供热，当空气温度降至70℃以下时，关闭循环用的管道风机10，不再利用蓄热体内的热量供热，仅采用生物质锅炉+空气源热泵系统进行供热。
46.结合这里披露的本实用新型的说明和实践，本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。