多能源互补的学校供暖节能系统
阅读：853发布：2020-05-14
专利汇可以提供多能源互补的学校供暖节能系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种多 能源 互补的学校供暖节能系统，包括热量收集节能系统和热量输送调节节能系统，所述热量输送调节节能系统的换热盘管位于所述热量收集节能系统的储能 水 箱内；所述热量收集节能系统包括 太阳能 循环通路、地埋管循环通路、 土壤 源 热 泵 循环通路和跨季节蓄能循环通路，所述太阳能循环通路包括首尾依次连接的第一 循环泵 、高效大平板集热器和换热器。本实用新型采用上述结构的多能源互补的学校供暖节能系统，在热量收集中有效利用太阳能、 地 热能 与低谷 电能 提供热量，利用储能水箱蓄热调节，利用土壤跨季节蓄热；在热量输送过程中，有效降低供暖耗 能量 ，大大减轻供暖成本。，下面是多能源互补的学校供暖节能系统专利的具体信息内容。
1.一种多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：包括热量收集节能系统和热量输送调节节能系统，所述热量输送调节节能系统的换热盘管位于所述热量收集节能系统的储能水箱内；
所述热量收集节能系统包括太阳能循环通路、地埋管循环通路、土壤源热泵循环通路和跨季节蓄能循环通路，所述太阳能循环通路包括首尾依次连接的第一循环泵、高效大平板集热器和换热器，所述地埋管循环通路包括首尾依次连接的第二循环泵、地埋管和土壤源热泵的蒸发器端，所述土壤源热泵包括首尾依次连接的第三循环泵、土壤源热泵的冷凝器端、换热器、电热力补充器和储能水箱，所述第二循环泵、所述地埋管和所述储能水箱首尾连接形成所述跨季节蓄能循环通路；
所述热量输送调节节能系统包括供暖循环通路、生活热水加热通路和生活热水供水通路，所述供暖循环通路包括首尾依次连接的第四循环泵、电动三通阀、供暖机构、启闭阀和储能水箱，所述生活热水加热通路包括首尾依次连接的第五循环泵、换热盘管和生活热水水箱，所述生活热水供水通路包括与所述生活热水水箱依次连通的供水泵和淋浴机构，生活热水水箱内还设有电加热管。
2.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述土壤源热泵的蒸发器端分别与所述第二循环泵、所述地埋管之间设有电动阀，所述第二循环泵分别与所述储能水箱、所述地埋管之间设有电动阀。
3.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述第一循环泵的入水口端设有定压缓冲罐和导热介质注入端。
4.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述高效大平板集热器的出口、所述换热器的出口、所述储能水箱、所述供暖机构、所述淋浴机构的出水口处均设有温度传感器。
5.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述第三循环泵与所述土壤源热泵冷凝器端之间、所述启闭阀的进水口处均设有除污器。
6.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述储能水箱、所述生活热水水箱上均设有水位传感器，所述储能水箱、所述生活热水水箱的补水口处均设有软化水装置、电磁补水阀和硅磷晶罐。
7.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述供暖机构包括分别与所述电动三通阀连接的第一供暖机构和第二供暖机构，所述供暖机构的进水端均设有电动动态平衡调节阀。
8.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述高效大平板集热器出口的最高点设有自动排气阀。
9.根据权利要求1所述的多能源互补的学校供暖节能系统，其特征在于：所述第四循环泵的出水口与所述启闭阀的顶端设有压力管，所述第四循环泵上安装有水泵变频器。
多能源互补的学校供暖节能系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及能源互补供暖技术领域，特别是涉及一种多能源互补的学校供暖节能系统。
背景技术
[0002] 我国冬季需要供暖的学校数量很多，大部分供暖使用小型燃煤锅炉，末端一般使用暖气片供热，燃煤锅炉热效率较低、会对大气造成污染，没有管网输送节能调节系统，建筑供暖粗放运行，能耗较高，供暖成本居高不下，随着全社会都在推行节能降耗，学校的节能减排压力很大。
[0003] 学校供暖系统能耗占综合能源消耗量的比例大，因此供暖系统节能是学校节能工作的重点，急需一种新型的清洁供暖系统，来解决学校供暖的高污染与高耗能问题。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种多能源互补的学校供暖节能系统，在热量收集中有效利用太阳能、地热能与低谷电能提供热量，利用储能水箱蓄热调节，利用土壤跨季节蓄热；在热量输送过程中，有效降低供暖耗能量，大大减轻供暖成本。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种多能源互补的学校供暖节能系统，包括热量收集节能系统和热量输送调节节能系统，所述热量输送调节节能系统的换热盘管位于所述热量收集节能系统的储能水箱内；
[0006] 所述热量收集节能系统包括太阳能循环通路、地埋管循环通路、土壤源热泵循环通路和跨季节蓄能循环通路，所述太阳能循环通路包括首尾依次连接的第一循环泵、高效大平板集热器和换热器，所述地埋管循环通路包括首尾依次连接的第二循环泵、地埋管和土壤源热泵的蒸发器端，所述土壤源热泵包括首尾依次连接的第三循环泵、土壤源热泵的冷凝器端、换热器、电热力补充器和储能水箱，所述第二循环泵、所述地埋管和所述储能水箱首尾连接形成所述跨季节蓄能循环通路；
[0007] 所述热量输送调节节能系统包括供暖循环通路、生活热水加热通路和生活热水供水通路，所述供暖循环通路包括首尾依次连接的第四循环泵、电动三通阀、供暖机构、启闭阀和储能水箱，所述生活热水加热通路包括首尾依次连接的第五循环泵、换热盘管和生活热水水箱，所述生活热水供水通路包括与所述生活热水水箱依次连通的供水泵和淋浴机构，生活热水水箱内还设有电加热管。
[0009] 优选的，所述第一循环泵的入水口端设有定压缓冲罐和导热介质注入端。
[0011] 优选的，所述第三循环泵与所述土壤源热泵冷凝器端之间、所述启闭阀的进水口处均设有除污器。
[0013] 优选的，所述供暖机构包括分别与所述电动三通阀连接的第一供暖机构和第二供暖机构，所述供暖机构的进水端均设有电动动态平衡调节阀。
[0014] 优选的，所述高效大平板集热器出口的最高点设有自动排气阀。
[0015] 优选的，所述第四循环泵的出水口与所述启闭阀的顶端设有压力管，所述第四循环泵上安装有水泵变频器。
[0016] 因此，本实用新型的有益效果至少如下：
[0017] (1)通过针对学校建筑供暖的实际情况选择相应的能源形式与设计合理的管路连接，实现充分利用太阳能收集热量，耦合深层土壤中的地热能与夜间低谷电能，不但能够满足学校建筑的供暖需求，而且节能运行，无污染物排放，减排效果显著。
[0018] (2)通过电动三通调节阀与电动动态平衡阀的耦合，可以在白天调高教学楼、餐厅与图书馆建筑的室内温度，调低宿舍楼建筑的室内温度，在夜晚调高宿舍楼建筑的室内温度，调低教学楼、餐厅与图书馆建筑的室内温度，在满足舒适性的同时，达到节能运行的目的，大大降低了学校建筑的供暖耗能量，改变过去粗放运行的模式，实现供暖节能运行，有效降低学校的供暖成本。
[0019] (3)第四循环泵根据建筑供暖负荷变化，可以变频运行，降低循环泵的耗能量，降低学校供暖季循环泵运行费用，第一循环泵可以实现温差循环，当太阳能集热器出口温度与换热器出口温度到达设定值时才启动工作，可以降低第一循环泵的工作时间，有利于降低循环泵的耗能量。
[0020] (4)在供暖系统中设置储能水箱与生活热水水箱，白天可以用储能水箱储存太阳能供夜晚使用，夜晚也可以利用廉价谷电加热，储能供白天使用，这样通过储能水箱的调节，实现热量的平衡，达到节能运行的目的。生活热水水箱可以满足全年师生生活热水的需求，太阳能集热器实现四季集热的功能，进一步节省能源。
[0021] (5)在非供暖季，太阳能热量富裕时，可以将储能水箱中的热量，通过地埋管回灌到深层土壤中，达到跨季节蓄热的目的，在供暖季提取使用，可以有效降低供暖成本。
附图说明
[0023] 图1是本实用新型多能源互补的学校供暖节能系统热量收集节能系统原理示意图；
[0024] 图2是本实用新型多能源互补的学校供暖节能系统热量输送节能系统原理示意图。
[0025] 附图标记
[0026] 101、高效大平板集热器；102、第一循环泵；103、换热器；104、定压缓冲罐；105、导热介质注入端；106、自动排气阀；107、温度传感器；108、土壤源热泵；109、第二循环泵；110、地埋管；111、储能水箱；112、电磁补水阀；113、第三循环泵；114、电热力补充器；115、除污器；116、电动阀；117、水位传感器；
[0027] 201、供暖机构；202、电动三通调节阀；203、电动动态平衡阀；204、启闭阀；205、压力管；206、第四循环泵；207、换热盘管；208、第五循环泵；209、电加热管；210、生活热水水箱；211、硅磷晶罐；212、供水泵；213、淋浴机构；214、水泵变频器。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0029] 图1是本实用新型多能源互补的学校供暖节能系统热量收集节能系统原理示意图，图2是本实用新型多能源互补的学校供暖节能系统热量输送节能系统原理示意图，如图所示，一种多能源互补的学校供暖节能系统，包括热量收集节能系统和热量输送调节节能系统，热量输送调节节能系统的换热盘管207位于热量收集节能系统的储能水箱111内，即热量收集节能系统的热量通过储能水箱111与换热盘管207的交换将热量传递给热量输送调节节能系统。
[0030] 热量收集节能系统包括太阳能循环通路、地埋管循环通路、土壤源热泵循环通路和跨季节蓄能循环通路。太阳能循环通路包括首尾依次连接的第一循环泵102、高效大平板集热器101和换热器103，第一循环泵102的入水口端设有定压缓冲罐104和导热介质注入端105。定压缓冲罐104用于太阳能循环管路导热介质热胀冷缩膨胀定压使用。导热介质注入端105，导热介质通过这里注入太阳能循环管路中。高效大平板集热器出口的最高点设有自动排气阀106，用于及时排除循环管路中的空气。
[0031] 地埋管循环通路包括首尾依次连接的第二循环泵109、地埋管110和土壤源热泵108的蒸发器端，土壤源热泵108包括首尾依次连接的第三循环泵113、土壤源热泵108的冷凝器端、换热器103、电热力补充器114和储能水箱111，第二循环泵109、地埋管110和储能水箱111首尾连接形成跨季节蓄能循环通路。
[0032] 土壤源热泵108的蒸发器端分别与第二循环泵109、地埋管110之间设有电动阀116，第二循环泵109分别与储能水箱111、地埋管110之间设有电动阀116，通过控制电动阀
116来调节热量交换的通路。
116来调节热量交换的通路。
[0033] 热量输送调节节能系统包括供暖循环通路、生活热水加热通路和生活热水供水通路，供暖循环通路包括首尾依次连接的第四循环泵206、电动三通阀202、供暖机构201、启闭阀204和储能水箱111，启闭阀204主要用于防止高层建筑物管道内的水倒流进入位于低处的储能水箱111，导致储能水箱111溢水。第四循环泵206的出水口与启闭阀204的顶端设有压力管205，第四循环泵206上安装有水泵变频器214，当建筑供暖需要流量减少时，通过控制水泵电机工作频率，减少循环泵的功率，达到节能运行的目的。
[0034] 供暖机构201包括分别与电动三通阀202连接的第一供暖机构和第二供暖机构，供暖机构201的进水端均设有电动动态平衡调节阀203，用于调节相应支路的流量，保持水力平衡，防止因流量改变后的系统水力失调。
[0035] 生活热水加热通路包括首尾依次连接的第五循环泵208、换热盘管207和生活热水水箱210，生活热水供水通路包括与生活热水水箱210依次连通的供水泵212和淋浴机构213。生活热水水箱210内还设有电加热管209，用于在储能水箱111出现故障时，给生活热水水箱210中的水加热，满足学校生活热水的需求。
[0036] 高效大平板集热器101的出口、换热器103的出口、储能水箱111、供暖机构201、淋浴机构213的出水口处均设有温度传感器107，温度传感器107用于实时监测温度。
[0037] 第三循环泵113与土壤源热泵108冷凝器端之间、启闭阀204的进水口处均设有除污器115，除污器115的主要作用是用来清除和过滤管路中的杂质和污垢，用以保证管路内水质的洁净，防止污垢阻塞启闭阀阀瓣、土壤源热泵机组等设备。
[0038] 储能水箱111、生活热水水箱210上均设有水位传感器117，用于检测水箱水位，通过智能控制系统控制电磁补水阀，实现水箱自动补水的功能。储能水箱111、生活热水水箱210的补水口处均设有软化水装置、电磁补水阀112和硅磷晶罐211。
[0039] 热量收集节能系统工作原理：当太阳能充足时，优先使用太阳能，通过第一循环泵102将低温导热介质循环到高效大平板集热器101中，高效大平板集热器101由吸热体、玻璃盖板、保温材料、壳体等组成，在太阳光的照射下，光能被吸热体上的选择性吸收涂层吸收，转化为热能，加热高效大平板集热器内的导热介质，变成高温导热介质。高温导热介质通过管路循环到导热介质-水的换热器103中，与低温水进行换热，将水加热，低温水被第三循环泵113输送进入土壤源热泵108的冷凝器侧进行初步加热后，进入导热介质-水的换热器103进一步加热升温，循环通过电热力补充器114，最后进入储能水箱111中。当储能水箱111水温足够时，不开启电热力补充器114，当储能水箱111水温不足时，开启电热力补充器114补充加热。
[0040] 第二循环泵109将水循环到地埋管110中，从深层土壤中提取热量后进入土壤源热泵蒸发器侧，将热量释放，转换到土壤源热泵108内部循环，经过机组内部逆卡诺循环，热量最终被转换到冷凝器侧，此时可以用来加热低温水，将低温水升温至45℃左右，45℃中温水经过导热介质-水的换热器103与电热力补充器114，进一步加热升温后，储存在储能水箱111中。
[0041] 在非供暖季，可以使用富裕的太阳能，加热深层土壤，达到跨季节储能的目的。使用高效大平板集热器101收集的热量，并将热量储存在储能水箱111中，第二循环泵109从储能水箱111中抽取热水，通过地埋管110输送到深层土壤中，加热土壤，这样长时间对深层土壤加热升温，形成一个温度由内向外逐渐递减的圆形储能区，在冬季时，可以提取储能区的热量，满足学校建筑供暖的需求，这样会有效降低学校供暖季的运行费用。
[0042] 在夜里有廉价谷电的地区，储能水箱111不但可以储存太阳能收集的热量，还可以在夜晚谷电阶段，通过使用电热力补充器114，加热水箱储能，供白天无太阳能时使用，这样优先使用电费价格较低的谷电，避免使用价格较高的峰电与平电，将大大降低系统的运行成本。
[0043] 第一循环泵102通过温差循环进行节能控制，通过温度传感器检测温度，当高效大平板集热器出口温度与换热器出口温度差≥10℃时，才开启第一循环泵102，当其温度差≤3℃时，关闭第一循环泵102，在工作中，第一循环泵不会一直开启，只有满足温度条件时才启动，可以显著降低循环泵的工作时间，实现节能运行的功能。
[0044] 热量输送调节节能系统工作原理：第四循环泵206通过从储能水箱111中抽取高温水输送到供暖机构中，通过末端暖气片的辐射传热，给房间加热，在供暖主管路上，安装有电动三通调节阀202，在白天时，教学楼、餐厅与图书馆建筑用热较多，宿舍楼建筑用热较少，通过设置在不同建筑内的温度传感器，检测室内温度，调节电动三通调节阀202，控制增大教学楼、餐厅与图书馆的管路流量，减小宿舍楼的管路流量，同样，在夜晚控制减小教学楼、餐厅与图书馆的管路流量，增大宿舍楼的管路流量，这样通过改变管网内循环流量改变供不同建筑的供热量，在满足供暖舒适性的前提下，实现精确调节，改变过去粗放运行的供暖模式，将大大降低建筑的耗能量。
[0045] 在节假日与寒假期间，通过可以调低回水温度，使各个建筑处于低水温运行状态，不仅可以降低建筑耗能量，而且还可以对供暖建筑进行防冻保护，防止冻坏室内管道。
[0046] 生活热水循环通路主要给学校提供全年热水使用，通过第五循环泵208将低温水循环到储能水箱中的换热盘管207中，换热升温后，高温热水循环到生活热水水箱210中。供水泵212通过设在生活热水水箱另一端的热水管路，将高温热水输送到建筑内的淋浴机构213或其他水龙头处，供学校师生使用，当热水在管道内长时间不使用，温度降低时，通过温度传感器检测，然后控制电动阀将冷水循环返回生活热水水箱210中二次加热，这样在学校师生使用淋浴设备时，打开淋浴器就有热水，提高舒适性。在生活热水水箱210中，还安装有PTC陶瓷的电加热管209，主要是在储能水箱111或不锈钢换热盘管207发生故障时，作为辅助热源开启使用，满足学校师生生活热水需求。
[0047] 当第四循环泵206开启时，通过安装在水泵出口的压力管205传导压力至启闭阀204顶端，此时启闭阀打开，管路正常循环，当第四循环泵206关闭时，压力管205压力消失，回水启闭阀204迅速关闭，切断回路，防止高层建筑管路中的水向储能水箱倒流。
[0048] 本实用新型的多能源互补的学校供暖节能系统，共有8种热量收集节能工作模式与4种热量输送节能调节工作模式。
[0049] 8种热量收集工作模式分别是：太阳能单独供暖、太阳能供暖结合储能水箱蓄能、储能水箱供暖、太阳能结合地热能供热、地热能单独供暖、地热能结合电热力补充器供暖、电热力补充器谷电蓄能、非供暖季跨季节储能结合学校生活热水供热，通过太阳能循环通路、地埋管循环通路、土壤源热泵循环通路与跨季节蓄能循环通路设计合理的管路连接，并配套使用高效大平板集热器、换热器、土壤源热泵、储能水箱与电热力补充器等设备，实现了太阳能、地热能与电能三种可再生清洁能源的深度耦合与优势互补，使得该系统能够在各种复杂多变的天气状况下都能够稳定节能运行，在满足学校等建筑的冬季供暖需求，有效地降低了电能的消耗。
[0050] 4种热量输送调节节能工作模式分别是：不同功能建筑的热量节能调节，假期期间节能运行，第四循环泵变频节能运行，第一循环泵温差循环节能运行。通过在供暖主管路上设置电动三通调节阀，实现可以根据室内温度调节不同功能建筑的流量分配，在白天增大教学楼、餐厅与图书馆建筑的供暖热量，减小宿舍楼建筑的供暖热量，夜晚则相反，这样有效改变了过去学校粗放高能耗的供暖运行模式，在各功能建筑的进水主管路上电动动态平衡调节阀，确保水力平衡。在假期期间，各功能建筑实现低水温运行，降低了对热量需求，热量收集系统的耗能量会大幅降低。第四循环泵根据建筑热负荷的变化，通过变频运行，实现降低循环泵的耗能量，达到节能的目的。第一循环泵根据高效大平板集热器出口温度传感器与导热介质-水的换热器出口温度传感器之间的温差进行控制，通过降低第一循环泵运行时间达到较少耗电量，节能运行的目的。
[0051] 本实用新型充分高效利用太阳能、地热能与电能三种清洁能源，三种能源相互耦合，热效率较高，高效大平板集热器可以全年集热，利用率极高，供暖季给建筑供暖，非供暖季提供生活热水，节能效果较好。根据不同建筑的使用功能，调节分配热量，改变了粗放高耗能的供暖模式，通过智能控制系统，降低循环泵的耗能量。综上，根据学校供暖的特殊性，多种节能技术耦合使用，可以有效降低系统运行费用，减轻学校供暖负担。本实用新型的多能源互补的学校供暖节能系统，无烟尘、SO2、NOx、PM2.5等污染物排放，还将有助于我们改善供暖季学校的大气环境，显著提高师生的教学、学习与居住的舒适性。
[0052] 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进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
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