用于供热系统的热量回收及缓释装置和方法制造方法及图纸

用于供热系统的热量回收及缓释装置，包括热源侧系统(1)、末端系统(2)，该装置包括储能模块(3)和内部循环泵(4)；采用储能技术，在末端系统负荷产生由大变小的突变时，迅速从末端系统中提取热量储存起来、并加以利用，消除供热系统的热惰性。

Heat Recovery and Slow Release Device and Method for Heating System

【技术实现步骤摘要】
用于供热系统的热量回收及缓释装置和方法
本专利技术涉及一种用于供热系统的热量回收及缓释装置和方法，采用储能技术，在末端系统负荷产生由大变小的突变时，迅速从末端系统中提取热量储存起来、并加以利用的装置和方法，属于供热系统的

技术介绍
供热系统的热惰性是制约按需供热的一个重要因素，尤其对于按需供热中最重要的间歇性供热需求，现有的技术方案难以满足节能运行的要求。具体的：对于公共建筑，通常上班时间段要求正常供热、而夜间可以不供热或者维持防冻运行即可；对于住宅，如果用户白天上班家中无人时，则可以不供热或者维持低负荷运行，家中有人的时间段正常供热。针对上述情况，供热需求在一些时间点会发生由大变小的突变、然后将维持一段较长时间的低负荷状态（通常是与人的生产生活及作息规律相关的），但是供热系统的响应速度严重滞后，从而导致能源的浪费。目前，我国北方大部分的集中供热系统都是采用热水循环的散热器末端的系统。当供热系统正常运行时，管道和散热器末端中的水温较高，若直接切换到低负荷运行状态，即使末端系统停止水循环，管道和散热器末端中的水温只能逐渐从较高下降为与室温接近，而这个过程中水中的热量就白白散失掉了。以下举例说明：正常供热时，管道和散热器末端（暖气片）中的平均水温为60℃以上，切换到低消耗运行状态后，平均水温逐渐下降为20℃以下。由此，对应的末端散热器壳体和循环水都会产生30-40K的温差，这部分的温差所对应的热量至少可用于满足对应建筑1-3个小时的满负荷供热所需热量。现有技术方案中，这部分的热量是无法被利用的。当然，也有一些变通的方法，例如在需求产生突变之前的一段时间减少供热量或中断供热，但这样的做法也存在一些问题：一方面运行设定比较麻烦，另一方面会导致供热品质有所下降、并且仍然会有部分热量的散失。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术采用储能技术，在末端系统负荷产生由大变小的突变时，迅速从末端系统中提取热量储存起来、并加以利用。具体方案如下：系统中包括热源侧系统、末端系统，在正常供热负荷工况下，热源侧系统与末端系统连接，由热源侧系统为末端系统提供热量；其特征在于，该装置包括储能模块和内部循环泵；所述的储能模块中至少包括储能材料和换热器；（如图1所示）当末端系统的负荷发生由大变小的突变时（此时，末端系统中的循环水的温度高于储能模块中的储能材料的平均温度），将热源侧系统与末端系统断开，并将末端系统与储能模块、内部循环泵相连接，由内部循环泵驱动末端系统中的水循环通过储能模块的换热器、通过换热器使得循环水与储能材料进行热交换，将水中的热量回收并储存到储能模块之中，同时使得循环水的温度迅速下降、从而避免了热量的散失。进一步的，储能模块分为两种：第一种：储能水箱，以水作为储能材料，由水箱中储存的水与末端系统中的水通过换热器进行热交换，具体包括：采用间壁式换热器进行间接热交换，或者采用置换式换热结构或混水式换热结构进行直接热交换；该方案的缺点是水箱体积较大、使用不便；第二种：所述的储能模块为相变储能模块，其中的储能材料为相变储能材料，相变储能材料的相变温度设定为低于35℃。相变储能模块能够更快速、便捷的实现热量回收；储能水箱的工作原理比较简单，以下不在赘述。相变储能模块是实现本专利技术的技术方案的最优选择，将在下文中做重点介绍。由于地域差异、系统差异等等因素，各个供热系统设定的系统供回水温度有很大的差异，因此相变温度参数应根据供热系统的实际运行参数进行选择。将相变温度设定为15-35℃之间是综合各种因素之后，给出的比较合理的区域范围。需要指出的是，储能模块之中储存的热能品位相对是较低的。以相变储能模块为例，相变储能模块通过换热器实现循环水与相变储能材料之间的热交换，两者之间必须有一定幅度的温差才可以实现热交换，通常最小的换热温差为3-5K。换热器入口处的温度与相变储能材料的相变温度之间的温差越大，换热效率就越高、相同流量条件下储存或释放的热量也越大。以设计换热温差5K为例：储存热量时换热器入口处的循环水温度与相变储能材料的相变温度之间的温差至少应有+20K以上，以保证能够快速储存足够的热量；释放热量时换热器出口处的循环水温度与相变储能材料的相变温度之间的温差约为-5K；由此，经过储存过程和释放过程，至少将产生25K的温差，从而导致热能品位大幅度下降，所储存的热量难以直接用于正常负荷工况的供热。因此，对于储能模块储存的低品位的热能，可以采用以下方法加以利用：第一，通过热泵提升热能品位，用于正常负荷工况的供热；第二，用于生活用水方面，对于温度更低的生活用水进行预加热；第三，直接作为低品位热源应用于末端系统的低负荷工况。以上所述的三点中，第一、第二点不是本专利技术方案的重点，本专利技术的方案的重点在于第三点，将这些低品位热能的直接应用于供热系统，即直接作为低品位热源应用于末端系统的低负荷工况。具体的，在末端系统的负荷发生由大变小的突变之后，在持续的低负荷工况下（此时，末端系统中的水的温度逐渐降低并低于储能模块的平均温度），由内部循环泵驱动末端系统中的水循环通过储能模块的换热器、通过换热器使得循环水与储能材料进行热交换，将储能模块中储存的热量逐渐释放出来，由储能模块对水进行循环加热，从而维持末端系统的低负荷运行。进一步的，在低负荷运行状态下，若储能模块中储存的热量消耗殆尽，则将储能模块与热源侧系统连接，由热源侧系统为储能模块补充热量，然后再将末端系统与储能模块连接，由储能模块对水进行循环加热，从而维持末端系统的低负荷运行。本专利技术的优点是：1、热回收功能：目前唯一可以低成本、快速回收末端系统中的富余热量的方案，消除末端系统的热惰性，有利于行为节能；2、缓释功能：由于储能模块的相变温度较低（通常设为15-35℃），在低负荷运行状态下，通过储能模块自然而然的只能够提供较低的供水温度，因此末端系统对外散热的能力也大幅下降，从而在满足低负荷运行的同时做到了热量的缓慢释放；3、合理调配热能品位：通过储能模块快速吸收热量时储热温度相对较低、即热能品位有较大损失，因此所储存的热量难以直接用于正常负荷工况的供热，本方案中由储能模块做为低品位的热源，恰好可以满足低负荷运行的应用需求，从而直接变废为宝。附图说明附图1：本专利技术的用于供热系统的热量回收及缓释装置结构图；附图2：实施例1的末端系统正常供热运行状态图；附图3：实施例1的末端系统供热需求突变时回收热量的运行状态图；附图4：实施例1的末端系统低负荷运行时的运行状态图；附图5：实施例1的以热源侧系统为储能模块补充热量的运行状态图。具体实施方式实施例1：以下，结合一个公共建筑供热系统案例，对本专利技术的技术方案做详细描述，该实施例中，储能模块3为相变储能模块。该实施例对应的需求特点是：上班时间（上午8点至下午18点之间）为正常负荷；休息时间（下午18点至次日上午8点之间）为低负荷运行，主要目的是防止管道冻结，并可以用于适当维持室内温度。如图2所示，在上班时间正常负荷工况下，热源侧系统1与末端系统2连接，由热源侧系统1为末端系统2提供热量。热源侧系统1和末端系统2的供回水参数均为60/50℃；如图3所示，在上班时间与休息时间的交界点上、即下午18点时，供热需求产生突变，此时，将热源侧系统1与末端系统1断开，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于供热系统的热量回收及缓释装置，包括热源侧系统(1)、末端系统(2)，在正常供热负荷工况下，热源侧系统(1)与末端系统(2)连接，由热源侧系统(1)为末端系统(2)提供热量；其特征在于，该装置包括储能模块(3)和内部循环泵(4)；其中：所述的储能模块(3)中至少包括储能材料(5)和换热器(6)；当末端系统(2)的负荷发生由大变小的突变时，将热源侧系统(1)与末端系统(2)断开，并将末端系统(2)与储能模块(3)、内部循环泵(4)相连接，由内部循环泵(4)驱动末端系统(2)中的水循环通过储能模块(3)的换热器(6)、通过换热器(6)使得循环水与储能材料(5)进行热交换，将水中的热量回收并储存到储能模块(3)之中，同时使得循环水的温度迅速下降、从而避免了热量的散失。

【技术特征摘要】
1.用于供热系统的热量回收及缓释装置，包括热源侧系统(1)、末端系统(2)，在正常供热负荷工况下，热源侧系统(1)与末端系统(2)连接，由热源侧系统(1)为末端系统(2)提供热量；其特征在于，该装置包括储能模块(3)和内部循环泵(4)；其中：所述的储能模块(3)中至少包括储能材料(5)和换热器(6)；当末端系统(2)的负荷发生由大变小的突变时，将热源侧系统(1)与末端系统(2)断开，并将末端系统(2)与储能模块(3)、内部循环泵(4)相连接，由内部循环泵(4)驱动末端系统(2)中的水循环通过储能模块(3)的换热器(6)、通过换热器(6)使得循环水与储能材料(5)进行热交换，将水中的热量回收并储存到储能模块(3)之中，同时使得循环水的温度迅速下降、从而避免了热量的散失。2.根据权利要求1所述的用于供热系统的热量回收及缓释装置，其特征在于：在末端系统(2)的负荷发生由大变小的突变之后，在持续的低负荷工况下，由内部循环泵(4)驱动末端系统(2)中的水循环通过储能模块(3)的换热器(6)、通过换热器(6)使得循环水与储能材料(5)进行热交换，将储能模块(3)中储存的热量逐渐释放出来，由储能模块(3)对水进行循环加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱杰，
申请(专利权)人：南京酷朗电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32