基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统

本发明涉及暖通空调，尤其涉及基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统。

背景技术：

1、开发利用中深层地热能等可再生能源是构建城市新型能源体系的关键，有助于促进城镇建筑能源系统低碳化转型。我国的中深层水热型地热资源丰富且与供热负荷区空间分布一致，其具有温度高、能源密度大等特点，是实现城镇低碳区域供热供冷的绿色低碳集中热源之一。传统的高温中深层地热供热系统存在传热过程中不可逆损失大、低温地热资源利用率低及碳排放量较大等问题。对于传统的低温中深层地热供热系统由于其工艺过程简单，导致其经济输热距离较短，不能充分开发利用低温中深层地热资源。因此，需要一种基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统来解决以上问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统，包括热源站、中继能源站、一次热网管路、能源站、二次热网管路；其中，热源站通过一次热网管路与中继能源站连接，中继能源站通过一次热网管路与能源站连接，能源站通过二次热网管路与末端用户连接。

2、其中热源站可以包括采水井、回灌井、第一水-水换热器、循环水泵和地热水泵；中继能源站可以包括直燃型溴化锂吸收式热泵和燃气锅炉；能源站可以为由半效溴化锂吸收式热泵和第二水-水换热器耦合而成的低温型吸收式换热机组；

3、其中，采水井通过地热水泵与第一水-水换热器相连，第一水-水换热器与回灌井相连，第一水-水换热器经一次供水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器相连，第一水-水换热器通过循环水泵经一次回水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器相连，直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路与低温型吸收式换热机组相连，燃气锅炉经一次供水管路分别与低温型吸收式换热机组、直燃型溴化锂吸收式热泵的冷凝器相连。

4、以上基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统的运行方法，其特征在于，地热出水温度为50～75℃，一次供水温度为80～85℃，一次回水温度降至25～20℃；二次供/回水温度为50℃/40℃或50℃/35℃；热源站与中继能源站间的输热距离为2000～30000m，中继能源站与能源站的输热距离为500～10000m；

5、来自采水井的中深层地热水由地热水泵输配至第一水-水换热器，以加热来自中继能源站的一次回水；放热降温后的地热水返回至回灌井；在供热期的高负荷运行阶段，地热水以最大流量运行，全部第一水-水换热器最大负荷运行；随着室外温度升高，热负荷变小，地热水流量减小以满足热负荷调节需求，部分第一水-水换热器减小供热负荷逐步退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，地热水流量相应增大直至最大流量运行以满足热负荷调节需求，此时部分第一水-水换热器逐步增大供热负荷直至全部最大负荷运行；

6、在供热期的高负荷运行阶段，来自能源站的一次回水首先进入中继能源站的直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器，放热降温后被输配至热源站；来自热源站的一次热网循环水依次进入直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器、燃气锅炉，被逐级加热升温后经一次供水管路输配至各个能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，中继能源站中的燃气锅炉首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵减小供热负荷直至退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，直燃型溴化锂吸收式热泵开始投入运行并增大供热负荷直至全部运行；当供热负荷进一步变大，中继能源站中的燃气锅炉开始投入运行并逐步增大供热负荷直至最大负荷；

7、来自中继能源站的一次供水依次进入低温型吸收式换热机组进行放热降温；降温后的一次热网循环水返回至中继能源站；来自末端用户的二次回水首先分为两路，其中一路进入半效溴化锂吸收式热泵，另一路进入第二水-水换热器，加热升温后的两路二次循环水汇合作为二次供水经由二次供水管路输配至末端用户。

8、基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统，其特征在于，其中热源站还可以包括采水井、回灌井、第一水-水换热器、升温型溴化锂吸收式热泵和地热水泵；中继能源站还可以包括直燃型溴化锂吸收式热泵和燃气锅炉；能源站还可以为由半效溴化锂吸收式热泵和第二水-水换热器耦合而成的低温型吸收式换热机组；

9、其中，采水井通过地热水泵分别与升温型溴化锂吸收式热泵的蒸发器、第一水-水换热器相连，回灌井分别与升温型溴化锂吸收式热泵的发生器、第一水-水换热器相连，第一水-水换热器分别经一次供水管路、一次回水管路与升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器相连；升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器经一次供水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器相连；升温型溴化锂吸收式热泵的冷凝器通过循环水泵经一次回水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器相连；直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路与低温型吸收式换热机组相连；燃气锅炉经一次供水管路分别与低温型吸收式换热机组、直燃型溴化锂吸收式热泵的冷凝器相连。

10、以上基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统的运行方法，其特征在于，地热出水温度为50～75℃，一次供水温度为80～85℃，一次回水温度降至25～20℃；二次供/回水温度为50℃/40℃或50℃/35℃；热源站与中继能源站间的输热距离为2000～30000m，中继能源站与能源站的输热距离为500～10000m；

11、在供热期的高负荷运行阶段，来自中继能源站的一次回水依次进入升温型溴化锂吸收式热泵的冷凝器、第一水-水换热器、升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器，被梯级加热升温，升温后的一次热网循环水经一次供水管路输配至中继能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，热源站中的升温型溴化锂吸收式热泵首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，部分第一水-水换热器减小供热负荷直至退出运行，此时地热水流量减小以满足热负荷调节需求；随着室外温度降低，热负荷变大，热源站中的第一水-水换热器投入运行直至最大供热负荷；当热负荷进一步变大，热源站中的升温型溴化锂吸收式热泵增大供热负荷直至最大负荷；中深层地热水分两路，一路作为加热热源进入第一水-水换热器，加热来自升温型溴化锂吸收式热泵冷凝器的一次循环水；另一路作为驱动热源依次进入升温型溴化锂吸收式热泵的蒸发器、发生器放热降温，降温后的两路地热水汇合后返至回灌井；随着室外温度升高，热负荷变小，地热水流量减小以满足热负荷调节需求；随着室外温度降低，热负荷变大，地热水流量增大直至最大流量；

12、在供热期的高负荷运行阶段，来自能源站的一次回水首先进入中继能源站的直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器，放热降温后被输配至热源站；来自热源站的一次循环水依次进入直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器和燃气锅炉，被逐级加热升温后经一次供水管路输配至各个能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，中继能源站中的燃气锅炉首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵减小供热负荷直至退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，直燃型溴化锂吸收式热泵开始投入运行并增大供热负荷直至全部运行；当供热负荷进一步变大，中继能源站中的燃气锅炉开始投入运行并逐步增大供热负荷直至最大负荷；

13、来自中继能源站的一次供水进入低温型吸收式换热机组进行放热降温；降温后的一次循环水返回至中继能源站；来自末端用户的二次回水首先分为两路，其中一路进入半效溴化锂吸收式热泵，另一路进入第二水-水换热器，加热升温后的两路二次循环水汇合作为二次供水经由二次供水管路输配至末端用户。

14、基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统，其特征在于，其中热源站还可以包括采水井、回灌井、循环水泵、第一水-水换热器和地热水泵；中继能源站还可以包括直燃型溴化锂吸收式热泵和燃气锅炉；能源站还可以为由半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵耦合而成的超低温大温差换热机组；

15、其中，采水井通过地热水泵与第一水-水换热器相连，第一水-水换热器与回灌井相连，第一水-水换热器经一次供水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器相连，第一水-水换热器通过循环水泵经一次回水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器相连，直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路与电动压缩式热泵的蒸发器相连，燃气锅炉经一次供水管路分别与半效溴化锂吸收式热泵的高压发生器、直燃型溴化锂吸收式热泵的冷凝器相连。

16、以上基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统的运行方法，其特征在于，地热出水温度为50～75℃，一次供水温度为80～85℃，一次回水温度降至20～15℃；二次供/回水温度为50℃/40℃或50℃/35℃；热源站与中继能源站间的输热距离为2000～30000m，中继能源站与能源站的输热距离为500～10000m；

17、来自采水井的中深层地热水由地热水泵输配至第一水-水换热器，以加热来自中继能源站的一次回水；放热降温后的地热水返回至回灌井；在供热期的高负荷运行阶段，地热水以最大流量运行，热源站中的全部第一水-水换热器最大负荷运行；随着室外温度升高，热负荷变小，地热水流量减小以满足热负荷调节需求，部分第一水-水换热器减小供热负荷逐步退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，地热水流量相应增大直至最大流量运行以满足热负荷调节需求，此时部分第一水-水换热器逐步增大供热负荷直至全部最大负荷运行；

18、在供热期的高负荷运行阶段，来自能源站的一次回水首先进入中继能源站的直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器，放热降温后被输配至热源站；来自热源站的一次循环水依次进入直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器、燃气锅炉，被逐级加热升温后经一次供水管路输配至各个能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，中继能源站中的燃气锅炉首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵减小供热负荷直至退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，热源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵开始投入运行并增大供热负荷直至全部运行；当供热负荷进一步变大，中继能源站中的燃气锅炉开始投入运行并逐步增大供热负荷直至最大负荷；

19、来自中继能源站的一次供水依次进入半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵进行梯级放热降温；降温后的一次循环水返回至中继能源站；来自末端用户的二次回水首先分为三路，其中第一路进入半效溴化锂吸收式热泵吸热升温，第二路进入电动压缩式热泵吸热升温，第三路进入第二水-水换热器被一次循环水加热升温，加热升温后的三路二次循环水汇合作为二次供水经二次供水管路输配至末端用户。

20、基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统，其特征在于，其中热源站还可以包括采水井、回灌井、第一水-水换热器、升温型溴化锂吸收式热泵和地热水泵；中继能源站还可以包括直燃型溴化锂吸收式热泵和燃气锅炉；能源站还可以为由半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵耦合而成的超低温大温差换热机组；

21、其中，采水井通过地热水泵分别与升温型溴化锂吸收式热泵的蒸发器、第一水-水换热器相连，回灌井分别与升温型溴化锂吸收式热泵的发生器、第一水-水换热器相连，第一水-水换热器分别经一次供水管路、一次回水管路与升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器相连；升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器经一次供水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器相连；升温型溴化锂吸收式热泵的冷凝器通过循环水泵经一次回水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器相连；直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路与电动压缩式热泵的蒸发器相连；燃气锅炉经一次供水管路分别与半效溴化锂吸收式热泵的高压发生器、直燃型溴化锂吸收式热泵的冷凝器相连。

22、以上基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统的运行方法，其特征在于，地热出水温度为50～75℃，一次供水温度为80～85℃，一次回水温度降至20～15℃；二次供/回水温度为50℃/40℃或50℃/35℃；热源站与中继能源站间的输热距离为2000～30000m，中继能源站与能源站的输热距离为500～10000m；

23、在供热期的高负荷运行阶段，来自中继能源站的一次回水依次进入升温型溴化锂吸收式热泵的冷凝器、第一水-水换热器、升温型溴化锂吸收式热泵的吸收器，被梯级加热升温，升温后的一次热网循环水经一次供水管路输配至中继能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，热源站中的升温型溴化锂吸收式热泵首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，部分第一水-水换热器减小供热负荷直至退出运行，此时地热水流量减小以满足热负荷调节需求；随着室外温度降低，热负荷变大，热源站中的第一水-水换热器投入运行直至最大供热负荷；当热负荷进一步变大，热源站中的升温型溴化锂吸收式热泵增大供热负荷直至最大负荷；中深层地热水分两路，一路作为加热热源进入第一水-水换热器，加热来自升温型溴化锂吸收式热泵冷凝器的一次循环水；另一路作为驱动热源依次进入升温型溴化锂吸收式热泵的蒸发器、发生器放热降温，降温后的两路地热水汇合后返至回灌井；随着室外温度升高，热负荷变小，地热水流量减小以满足热负荷调节需求；随着室外温度降低，热负荷变大，地热水流量增大直至最大流量；

24、在供热期的高负荷运行阶段，来自能源站的一次回水首先进入中继能源站的直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器，放热降温后被输配至热源站；来自热源站的一次循环水依次进入直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器、燃气锅炉，被逐级加热升温后经一次供水管路输配至各个能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，中继能源站中的燃气锅炉首先减小供热负荷直至退出运行；当供热负荷进一步变小，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵减小供热负荷直至退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，热源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵开始投入运行并增大供热负荷直至全部运行；当供热负荷进一步变大，中继能源站中的燃气锅炉开始投入运行并逐步增大供热负荷直至最大负荷；

25、来自中继能源站的一次供水依次进入半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵进行梯级放热降温；降温后的一次循环水返回至中继能源站；来自末端用户的二次回水首先分为三路，其中第一路进入半效溴化锂吸收式热泵吸热升温，第二路进入电动压缩式热泵吸热升温，第三路进入第二水-水换热器被一次循环水加热升温，加热升温后的三路二次循环水汇合作为二次供水经二次供水管路输配至末端用户。

26、基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统，其特征在于，其中热源站还可以包括采水井、回灌井、第一水-水换热器、循环水泵和地热水泵；中继能源站还可以包括直燃型溴化锂吸收式热泵；能源站还可以包括蓄冰罐、电动压缩式制冰机、冷却塔、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵；

27、其中，采水井通过地热水泵与第一水-水换热器相连，第一水-水换热器与回灌井相连，第一水-水换热器经一次供水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器相连，第一水-水换热器通过循环水泵经一次回水管路与直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器相连；直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路依次通过第七三通、第六三通分别与半效溴化锂吸收式热泵的低压发生器出口、第二水-水换热器热侧入口相连；直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器经一次回水管路依次通过第七三通、第四三通与电动压缩式热泵的蒸发器出口相连；直燃型溴化锂吸收式热泵的冷凝器通过一次供水管路与半效溴化锂吸收式热泵的高压发生器入口相连；第十六三通设置于二次供水管路，且直接与半效溴化锂吸收式热泵的冷凝器出口相连；第十六三通通过第一三通依次与水-水换热器冷侧出口、电动压缩式热泵的冷凝器出口相连；

28、冷却塔通过第十五三通、第十四三通分别并联至二次供水管路、二次回水管路，且冷却塔与二次回水管路之间设置第一循环泵；第十四三通通过第三三通与电动压缩式热泵的冷凝器入口相连；第三三通通过第二三通分别与半效溴化锂吸收式热泵的低压吸收器入口、水-水换热器冷侧入口相连；蓄冰罐设置于冷冻水供水管路，其依次通过第十三三通、第十二三通、第八三通与半效溴化锂吸收式热泵的蒸发器出口相连，依次通过第十三三通、第四三通与电动压缩式热泵的蒸发器出口相连，依次通过第十三三通、第十二三通与电动压缩式制冰机相连，且蓄冰罐与电动压缩式制冰机之间设置第二循环泵；电动压缩式制冰机依次通过第十二三通、第八三通与半效溴化锂吸收式热泵的蒸发器出口相连，依次通过第十一三通、第九三通与半效溴化锂吸收式热泵的蒸发器入口相连，且第十一三通与第九三通之间设置第三循环泵；第九三通与水-水换热器热侧出口相连；电动压缩式制冰机依次通过第十一三通、第十三通、第五三通与电动压缩式热泵的蒸发器入口相连，且第十三通设置于冷冻水回水管路；第八三通与第五三通相连。

29、以上基于中深层水热型地热的低碳区域建筑能源系统的运行方法，其特征在于，地热出水温度为75～95℃，一次供水温度为85～95℃，一次回水温度降至20～15℃；二次供/回水温度为50℃/40℃或50℃/35℃，冷冻水供/回水温度为3℃/12℃；热源站与中继能源站间的输热距离为2000～30000m，中继能源站与能源站的输热距离为500～10000m；

30、供热季：来自采水井的中深层地热水由地热水泵输配至第一水-水换热器，以加热来自中继能源站的一次回水；放热降温后的地热水返回至回灌井；在供热期的高负荷运行阶段，地热水以最大流量运行，全部第一水-水换热器最大负荷运行；随着室外温度升高，热负荷变小，地热水流量减小以满足热负荷调节需求，部分第一水-水换热器减小供热负荷逐步退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，地热水流量相应增大直至最大流量运行以满足热负荷调节需求，此时部分第一水-水换热器逐步增大供热负荷直至全部最大负荷运行；

31、在供热期的高负荷运行阶段，来自能源站的一次回水首先进入中继能源站的直燃型溴化锂吸收式热泵的蒸发器，放热降温后被输配至热源站；来自热源站的一次热网循环水依次进入直燃型溴化锂吸收式热泵的吸收器、冷凝器，被逐级加热升温后经一次供水管路输配至各个能源站；随着室外温度升高，热负荷变小，直燃型溴化锂吸收式热泵减小供热负荷直至退出运行；随着室外温度降低，热负荷变大，直燃型溴化锂吸收式热泵开始投入运行并增大供热负荷直至最大负荷；

32、来自中继能源站的一次供水依次进入半效溴化锂吸收式热泵、第二水-水换热器、电动压缩式热泵进行梯级放热降温，降温后的一次循环水返回至中继能源站；来自末端用户的二次回水首先分为三路，第一路进入半效溴化锂吸收式热泵吸热升温；第二路进入电动压缩式热泵吸热升温；第三路进入第二水-水换热器，被一次循环水加热升温；加热升温后的三路二次循环水汇合作为二次供水经二次供水管路输配至末端用户；

33、供冷季：来自采水井的中深层地热水由地热水泵输配至第一水-水换热器，以加热来自能源站的一次回水；降温后的地热水返回至回灌井，其水流量保持不变，以实现地热能最大化利用；在整个供冷期，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵停止运行；来自热源站的一次供水进入半效溴化锂吸收式热泵放热降温后作为一次回水经一次回水管路经由中继能源站返回至热源站；

34、来自冷却塔的冷却水分别进入半效溴化锂吸收式热泵、电动压缩式热泵，被加热升温后均返回至冷却塔进行放热降温；

35、在夜间，电动压缩式制冰机启动进行冷能升级，此时来自半效溴化锂吸收式热泵的冷冻水被用作电动压缩式制冰机的冷却水；电动压缩式制冰机所制取的冷能以冰的形式储存在蓄冰罐，以用于昼间冷负荷调节；

36、在昼间，冷冻水回水分为两路，一路进入半效溴化锂吸收式热泵放热降温；另一路进入电动压缩式热泵放热降温；放热降温后的两路冷冻水汇合进入蓄冰罐进一步放热降温后作为冷冻水供水被输配至末端用户；随着冷负荷变小，蓄冰罐负荷投入减小；随着冷负荷变大，蓄冰罐负荷投入增大；在此期间，地热水流量、一次供水温度均保持不变，半效溴化锂吸收式热泵按照全负荷方式运行。

37、超低温大温差换热机组的耦合方式具体如下：

38、一次供水管路直接接入半效溴化锂吸收式热泵的高压发生器入口，一次回水管路直接接入电动压缩式热泵的蒸发器出口，二次供水管路通过第十六三通接入半效溴化锂吸收式热泵的冷凝器出口，二次回水管路依次通过第三三通、第二三通接入水-水换热器冷侧入口；第一三通分别与第十六三通、水-水换热器冷侧出口、电动压缩式热泵的冷凝器出口相连；第二三通与半效溴化锂吸收式热泵的低压吸收器入口相连；第三三通与电动压缩式热泵的冷凝器入口相连；半效溴化锂吸收式热泵的蒸发器入口与水-水换热器热侧出口相连；半效溴化锂吸收式热泵的低压发生器出口与水-水换热器热侧入口相连；半效溴化锂吸收式热泵的蒸发器出口与电动压缩式热泵的蒸发器入口相连。

39、本发明的有益效果在于：

40、1.能源站设置低温半效吸收式热泵，能够深度梯级利用中、低温一次供水中的热能，降低了一次回水温度，满足末端用户供热供冷需求，提高了系统性能以及地热资源利用率。

41、2.增设中继能源站，中继能源站中的直燃型溴化锂吸收式热泵不仅承担了负荷调峰功能，而且还能进一步大幅降低一次热网回水温度至20-15℃，有助于深度利用低温地热能，增大了一次热网主干线供回水温差，降低了一次热网循环水流量及热网初投资。

42、3.对于取热困难的地热井群，热源站设置升温型换热机组，在满足地热井可持续取热前提下深度回收利用地热水中的有用能，降低了地热水和一次热网循环水传热过程的不可逆损失并提高了一次供水温度，大幅增加了经济输热距离。