一种地铁复合能源多功能末端热泵系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种采用毛细管换热器的地铁复合能源多功能末端热泵系统，包括能源端和用户末端、蓄热水箱，第一能源端包括铺设于隧道围岩内的毛细管前端换热器和地铁毛细管热泵机组，第二能源端包括太阳能集热板，第三能源端包括风冷热泵机组，用户末端包括空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端，第一能源端、第二能源端、第三能源端分别与蓄热水箱的入水口连接，蓄热水箱的出水口分别与空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端连接，空调器末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端的出水口分别通过第一回水管路和蓄热水箱与第一能源端、第二能源端、第三能源端连接。实现了复合能源的多用途末端供能。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁复合能源多功能末端热泵系统和方法
本专利技术属于复合能源多功能末端系统领域，具体涉及一种采用毛细管换热器的地铁复合能源多功能末端热泵系统和方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着经济和城市化的快速发展，地铁由于其便利、快捷的特点越来越来受人们的欢迎，各大城市都在积极地进行地铁的建设，如今已成为大多数人上班出行的必乘交通工具。在地铁运营过程中，由于列车制动、机车空调及机电设备等产生热量，加之特有的活塞风，地铁隧道内存在大量废热。目前，比较普遍的做法是设置冷却塔降温，或采用土壤源热泵。由于地上空间限制和城市美观要求，往往无法大量设置冷却塔，且存在噪音污染和卫生隐患，而土壤源热泵的地埋管打孔施工比较困难。由于经济发展和生活水平提高，人们用能需求日益多样化。除采暖、空调用能，生活热水用能也不可或缺。不同用途的末端设备，对能源需求不同。目前地铁隧道内的废热并不能实现多用途末端供能。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的一个目的是提供一种地铁复合能源多功能末端热泵系统和方法。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种地铁复合能源多功能末端热泵系统，包括能源端和用户末端、蓄热水箱，第一能源端包括铺设于隧道围岩内的毛细管前端换热器和地铁毛细管热泵机组，第二能源端包括太阳能集热板，第三能源端包括风冷热泵机组，用户末端包括空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端，第一能源端、第二能源端、第三能源端与蓄热水箱的入水口连接，蓄热水箱的出水口分别与空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端连接，空调器末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端的出水口分别通过第一回水管路与蓄热水箱连接，空调器末端的出水口通过第二回水管路与第三能源端连接，第三能源端通过供冷管路与空调器末端连接。本专利技术的技术方案利用毛细管换热器解决了地铁隧道内的热量堆积问题，又将废热进行了充分利用，地铁隧道内的废热，联同太阳能、空气能构成复合能源，通过管路连接实现复合能源多用途末端供能的功能，第一能源端利用的是地铁隧道内的废热，第二能源端利用的是太阳能，第三能源端利用的是空气能，所实现的多用途包括空调、热水、地板辐射采暖和散热器采暖，在冬季时，三个能源端产生的热量转换为热水，热水进入蓄热水箱，再分别进入各个用户末端进行换热；上述供能过程可以分为四个季节进行调节，同时风冷热泵机组可与空调用户末端单独连接，同时实现夏季的供冷。上述供能过程实现了水的循环回用，用户端换热后的水循环回能源端，进行再次的能源循环。在一些实施例中，第一能源端还包括第一循环水泵、第二循环水泵、第一阀门、第二阀门，毛细管前端换热器的出口通过第一循环水泵、第一阀门与地铁毛细管热泵机组连接，蓄热水箱与地铁毛细管热泵机组通过第二循环水泵、第二阀门连接。在一些实施例中，第二能源端还包括第三循环水泵、第三阀门、第四阀门，太阳能集热板通过第三阀门、第四阀门、第三循环水泵与蓄热水箱连接。在一些实施例中，第三能源端还包括第四循环水泵、第五循环水泵、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门，风冷热泵机组通过第五阀门、第六阀门和第四循环水泵与蓄热水箱连接，风冷热泵机组通过第七阀门、第八阀门、第九阀门和第五循环水泵与空调器末端连接，空调器末端通过第十阀门与蓄热水箱连接。在一些实施例中，蓄热水箱通过第六循环水泵、第十一阀门与空调器末端连接，蓄热水箱通过第七循环水泵、第十二阀门与热水供应末端连接，蓄热水箱通过第八循环水泵、第十三阀门与地板辐射采暖末端连接，蓄热水箱通过第九循环水泵、第十四阀门与散热器采暖末端连接。在一些实施例中，补给水通过第十循环水泵、第十五阀门与第一能源端、第二能源端、第三能源端连接。在一些实施例中，地铁复合能源多功能末端热泵系统还包括控制系统，控制系统包括温度监测器、水量监测器、阀门控制器、机组控制器、水泵控制器和中央处理装置，太阳能集热板的出口、蓄热水箱的出口设置温度监测器，蓄热水箱内设置水量监测器，第一至第十六阀门均设置阀门控制器，风冷热泵机组设置机组控制器，第一至第十一水泵设置水泵控制器，温度监测器、水量监测器、阀门控制器、机组控制器、水泵控制器分别与中央处理装置连接。温度监测器把监测到的温度信息传送给中央处理装置，中央处理装置根据反馈的信息控制不同的阀门、机组和水泵，水量监测器实时监测蓄热水箱的水量信息，并把信息传送给中央处理装置，中央处理装置根据情况控制补给水泵和相关阀门。在一些实施例中，毛细管前端换热器中毛细管管间距10mm，毛细管铺设于地铁隧道围岩一衬与二衬之间，并在毛细管外和二衬之间铺有一层防水板，每根毛细管内流速为0.05-0.2m/s。利用上述地铁复合能源多功能末端热泵系统的供能方法，具体步骤为：打开第一阀门，地铁毛细管热泵机组吸收地铁隧道内的废热加热热水，打开第二阀门，热水进入蓄热水箱，打开第十二阀门和第七循环水泵；夏季，中央处理装置控制相应的控制器打开第七阀门、第八阀门、第九阀门和第五循环水泵，风冷热泵机组为空调器末端提供冷量；当太阳能集热板的出口水温大于或等于60℃，中央处理装置则控制相应的控制器打开第三循环水泵、第三阀门和第四阀门，蓄热水箱中的循环水流回太阳能集热板和地铁毛细管热泵机组，吸收太阳能和地铁废热；若太阳能集热板的出口水温低于60℃，中央处理装置控制相应的控制器关闭第三阀门、第四阀门、第三循环水泵，蓄热水箱中的循环水流回地铁毛细管热泵机组，利用地铁废热热量，为热水供应末端提供热水。冬季，打开第十三阀门、第十四阀门、第八循环水泵、第九循环水泵，中央处理装置控制相应的控制器关闭第七阀门、第八阀门、第九阀门和第五循环水泵；当蓄热水箱的出口水温低于60℃时，若太阳能集热板出口温度监测器监测到出口水温大于或等于60℃，则中央处理装置控制相应的控制器开启第三阀门、第四阀门和第三循环水泵，蓄热水箱中的循环水流回太阳能集热板和地铁毛细管热泵机组，吸收太阳能和地铁废热；若此时蓄热水箱出口水温仍低于60℃，则中央处理装置控制相应的控制器开启第五阀门、第六阀门和第四循环水泵，蓄热水箱中的循环水流回风冷热泵机组、太阳能集热板和地铁毛细管热泵机组，由三个能源端共同为空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端提供热量；若太阳能集热板出口温度监测器监测到出口水温小于60℃，中央处理装置控制相应的控制器开启第五阀门、第六阀门和第四循环水泵，关闭第三阀门、第四阀门和第三循环水泵，循环水流回风冷热泵机组、地铁毛细管热泵机组，由第一、三能源端为多功能末端提供热量。过渡季，中央处理装置控制相应的控制器关闭第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十三阀门、第十四阀门、第五循环水泵、第八循环水泵和第九循环水泵；若太阳能集热板温度监测器监测到出口水温低于60℃，中央处理装置控制相应的控制器关闭第三阀门、第四阀门和第三循环水泵，若此时蓄热水箱出口水温低于60℃，中央处理装置控制相应的控制器开启第五阀门、第六阀门和第四循环水泵，蓄热水箱中的循环水流回风冷热泵机组、地铁毛细管热泵机组，由第一、三能源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用毛细管换热器的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：包括能源端和用户末端、蓄热水箱，第一能源端包括铺设于隧道围岩内的毛细管前端换热器和地铁毛细管热泵机组，第二能源端包括太阳能集热板，第三能源端包括风冷热泵机组，用户末端包括空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端，第一能源端、第二能源端、第三能源端与蓄热水箱的入水口连接，蓄热水箱的出水口分别与空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端连接，空调器末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端的出水口分别通过第一回水管路与蓄热水箱连接，空调器末端的出水口通过第二回水管路与第三能源端连接，第三能源端通过供冷管路与空调器末端连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用毛细管换热器的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：包括能源端和用户末端、蓄热水箱，第一能源端包括铺设于隧道围岩内的毛细管前端换热器和地铁毛细管热泵机组，第二能源端包括太阳能集热板，第三能源端包括风冷热泵机组，用户末端包括空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端，第一能源端、第二能源端、第三能源端与蓄热水箱的入水口连接，蓄热水箱的出水口分别与空调器末端、热水供应末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端连接，空调器末端、地板辐射采暖末端、散热器采暖末端的出水口分别通过第一回水管路与蓄热水箱连接，空调器末端的出水口通过第二回水管路与第三能源端连接，第三能源端通过供冷管路与空调器末端连接。2.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：第一能源端还包括第一循环水泵、第二循环水泵、第一阀门、第二阀门，毛细管前端换热器的出口通过第一循环水泵、第一阀门与地铁毛细管热泵机组连接，蓄热水箱与地铁毛细管热泵机组通过第二循环水泵、第二阀门连接。3.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：第二能源端还包括第三循环水泵、第三阀门、第四阀门，太阳能集热板通过第三阀门、第四阀门和第三循环水泵与蓄热水箱连接。4.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：第三能源端还包括第四循环水泵、第五循环水泵、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门，风冷热泵机组通过第五阀门、第六阀门和第四循环水泵与蓄热水箱连接，风冷热泵机组通过第七阀门、第八阀门、第九阀门和第五循环水泵与空调器末端连接，空调器末端通过第十阀门与蓄热水箱连接。5.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：蓄热水箱通过第六循环水泵、第十一阀门与空调器末端连接，蓄热水箱通过第七循环水泵、第十二阀门与热水供应末端连接，蓄热水箱通过第八循环水泵、第十三阀门与地板辐射采暖末端连接，蓄热水箱通过第九循环水泵、第十四阀门与散热器采暖末端连接。6.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：补给水通过第十循环水泵、第十五阀门与第一能源端、第二能源端、第三能源端连接。7.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：地铁复合能源多功能末端热泵系统还包括控制系统，控制系统包括温度监测器、水量监测器、阀门控制器、机组控制器、水泵控制器和中央处理装置，太阳能集热板的出口、蓄热水箱的出口设置温度监测器，蓄热水箱内设置水量监测器，第一至第十六阀门均设置阀门控制器，风冷热泵机组设置机组控制器，第一至第十一循环水泵设置水泵控制器，温度监测器、水量监测器、阀门控制器、机组控制器、水泵控制器分别与中央处理装置连接。8.根据权利要求1所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统，其特征在于：毛细管前端换热器中毛细管管间距10mm，毛细管铺设于地铁隧道围岩一衬与二衬之间，并在毛细管外和二衬之间铺有一层防水板，每根毛细管内流速为0.05-0.2m/s。9.权利要求1-8任一项所述的地铁复合能源多功能末端热泵系统的供能方法，其特征在于：具体步骤为：打开第一阀门，地铁毛细管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国丹，胡松涛，王志欣，季永明，王海英，童力，佟振，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37