一种蓄能式热泵耦合系统技术方案

本实用新型专利技术公开了蓄能式热泵耦合系统，包括风冷冷热水机组、水源热泵及蓄热/冷设备，制热时：水源热泵输入端连接风冷冷热水机组输出，蓄热设备输入端与水源热泵的输出连接，水源热泵的另一输出与蓄热设备输出连接后接入用户负载系统；制冷时：风冷冷热水机组、水源热泵及蓄热/冷设备均分别连接用户负载系统，水源热泵另一输出连接蓄热/冷设备输入。本技术通过不同设备的耦合方式，蓄能利用低谷电价政策，保证全天持续负载供给，充分消纳夜间电量，实现“削峰填谷，低谷蓄热”，在一定区域内保证发电及输配电均衡，增加发电和输配电企业效益，既解决了清洁能源供热难题，又在特殊室外环境下，调整设备运行策略，保持系统能效最优，降低运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种蓄能式热泵耦合系统
本申请的技术主要涉及工业、生活中的热力供给与调节
，特别是针对不同地理、气候环境调节下运用不同的热力设备之间的热能耦合实现工作、生活建筑环境内部的温度调节，即一种蓄能式热泵耦合系统及其供热调节方法。
技术介绍
在工业和生活中，热力系统是保证生产及生活环境的必要条件之一，其通过不同形式的热源热泵将热量输送至生产、生活的建筑环境中，在建筑规划设计中，热力系统的设计已经成为重要的一项内容。热力系统的热力有不同的来源方式：空气源热泵系统、水源热泵系统、土壤源热泵系统等，这些不同热力系统在实际工程应用过程中均有一定的局限性和适用性：空气源热力装置在室外空气温度低于-20℃时，效率衰减严重，供热温度低，基本失去了供热功能；水源热力系统应用的局限性在于需要较大体量的地下水或地表水，对环境造成一定的影响；土壤源热泵则需要较大的土地面积，且冬夏冷热不平衡，土壤冷堆积严重。中国地域面积辽阔，南、北方气候差异显著，在热力供给上也存在多样化。通常的热力供给包括天然气形式的热力方式和电力热力供给方式。天然气与电力已经成为城市能源互补的优先选择策略。目前，城镇中的天然气主要用于炊事及采暖，炊事天然气的利用在全年每月用量基本均衡，但采暖用天然气却只有在冬季才大量消耗，为保障冬季采暖天然气使用需求，需要建设满足冬季采暖及炊事负荷的天然气储存站及输配管网等设施，投资巨大，但这些设施在非采暖季却处于较低负荷状态下运行，天然气储存及输配能力得不到有效发挥，存在投资浪费的情况。而城市的电力负荷高峰因普遍使用空调而往往发生在夏季，为满足夏季电力高峰负荷，同样需要投入大量资金建设发电厂、输配电网及变电设施，在非空调季同样未发挥出发电和输配电的能力，固定资产投资未高效利用。天然气与电力的能源互补利用形式，可有效解决以上两方面的问题：夏季适当发展燃气吸收式制冷，可充分发挥燃气储存及输配管网的能力，同时降低夏季空调负荷带来的发电及输配电网压力，减少电力设施投资；冬季发展电采暖，则可有效减少燃气储存、输配管网投资，同时客观上消纳了城市发电及输配电网的冗余容量，从而为城市能源供应及消费提供高效健康的发展方向。天然气采暖的优点在于：(1)建造灵活，燃气锅炉集中管理，便于修理；(2)在节假日或无人的夜间可下降采暖温度或中止采暖，节省燃气和运转费用。但天然气属于不可再生资源，其主要缺点在于：(1)天然气采暖的热源设备(燃气锅炉)的排烟热损失大；(2)天然气冬季供应容易出现短缺。中国目前的地下储气库严重缺乏，地下储气地库气量为61亿立方米，仅占天然气消费总量的3％左右，远低于美国及俄罗斯17％的比例，目前国内的天然气短缺量为8000万立方米/日，缺口约10％。(3)利用天然气实现调峰能力严重不足；一个地区一旦大规模使用天然气采暖，则采暖季和非采暖季的用气量差异会非常大。以北京市为例，在非采暖季，北京市的天然气主要用于燃气调峰发电、工业燃气锅炉、居民的燃气热水小锅炉，厨房里的燃气炉灶等；到了冬季，因为供暖的需求，燃气的用气量增加，区域燃气锅炉供暖，家用燃气供暖小锅炉供暖，都是在采暖季才有的用气需求。以北京为例，北京的采暖季是大约4个月，占全年时间的1/3，但是用气量却超过全年的一半。此外，采暖用气量是与室外的气温呈正比，用气量波动非常剧烈，以北方某城市为例，1月份日平均最低温度与日平均最高温度的当天采暖用气量可相差2.5倍。城市燃气小时调峰问题一般均采用储气设施来储存一定量的燃气来解决，天然气储气设施及管网布局不到位，使得气源应急调度的成效大打折扣，在采暖季峰值期间调峰能力不足。电力采暖的优点:(1)电能传输方便，损耗小。(2)电能转换成其他形式的能最方便。电能转换成其他形式的能不但设备简单，而且效率较高。(3)电力设施的发电和输配电能力较大。目前的经济发展由过去依靠“高投入、高能耗、高污染、低效率”的粗放式增长向“低碳、环保、高效”的集约式增长转变。当前及未来的低碳、环保、高效的产业模式下，电力负荷会减小，已建成的电厂、输配电网及变电设施的发电和输配电的容量较大，不会出现天然气供热的的问题。(4)电采暖的经济性较好。(a)随着清洁能源概念的普及，越来越多的企业和资金进入光伏及风力发电行业，我国目前已成为全世界光伏、风力发电装机容量增速最大的国家，在可预见的未来，势必降低电力发电综合成本，从而降低消费终端的电价，为电力采暖的经济性提供可预期的行业性保障。(b)随着各种蓄热技术的日趋成熟，利用夜间低谷电已成为电采暖系统必要的手段，夜间低谷时段电价仅为白天平段电价的1/2—1/3，且在全国范围内推行峰谷电价制度，为电力采暖的经济性提供了强有力的制度性保障。(c)随着热泵技术的日益进步，其效率在不断地提高，且热泵采暖的适用性得到较大的提升，地下水、地表水、污水、空气、土壤均可成为热泵取热的热源。技术的进步使得电力采暖的效率得到提高，目前，在夏热冬冷地区，热泵供热的效率可达到3—5，即1个单位的电能可以制出3—5个单位的热能，这为电力采暖的经济性提供了坚实的技术性保障。(d)随着国家输配电网络的不断完善，现在已近基本实现有人口居住生活及工作的地方就有电力供应，电力已成为目前社会较为便利的能源利用手段，这为电力采暖的经济性提供了较为可靠的普遍性保障。(e)因昼夜用电负荷极大地不均衡，白天用电量大，夜间用电量小，使得发电及电网输配电存在较大不平衡。在热力供应过程中如何平衡因昼夜用电负荷不均衡性，提高热力供应的有效性，实现能源的平衡供给，解决清洁能源供热难题，是热力系统技术发展的技术前沿。
技术实现思路
本技术申请就是针对城市生产、生活中的供热平衡性缺陷，借助不同热力设备的耦合方式，采用蓄热存储技术设计实现一种蓄能式热泵耦合系统，同时利用该系统的储热装置实现供热用电的峰、谷平衡，提高热力系统的运行效率，降低运行成本。为实现上述技术目的，本申请采用的技术方案为：一种蓄能式热泵耦合系统，该系统包括风冷冷热水机组、水源热泵机组及蓄热/冷设备，该系统作为制热系统使用时：水源热泵机组的输入端连接风冷冷热水机组的输出，蓄热/冷设备的输入端与水源热泵机组的一个输出连接，水源热泵机组的另一输出与蓄热/冷设备的输出连接后接入用户负载系统；该系统作为制冷系统使用时：风冷冷热水机组、水源热泵机组及蓄热/冷设备均分别连接用户负载系统，同时水源热泵机组的另一输出连接蓄热/冷设备的输入。该蓄能式热泵耦合系统中，将空气源热泵和水源热泵的优势通过蓄热技术有效耦合，系统由低温级空气源热泵，即风冷冷热水机组和高温级高温水源热泵机组，即水源热泵机组组成，夜间谷电时段可以产生≥60℃的高温水储存在蓄能装置中。解决了单纯空气源热泵、水源热泵的使用限制和性能弱点。系统最大限度利用空气能、“峰谷”电价差以及其他可再生能源，实现多能互补、综合利用，构建适合有取暖和制冷需求地区的可靠供热/供冷系统。本申请的蓄能式热泵耦合系统中，风冷冷热水机组、水源热泵机组均通过外部电力设备提供动力。为更高效提高使用效率，用户负载系统是多个并联的系统分别与蓄热/冷设备和水源热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄能式热泵耦合系统，包括风冷冷热水机组(1)、水源热泵机组(3)及蓄热/冷设备(6)，其特征在于，该系统作为制热系统使用时：水源热泵机组的输入端连接风冷冷热水机组的输出，蓄热设备的输入端与水源热泵机组的一个输出连接，水源热泵机组的另一输出与蓄热设备的输出连接后接入用户负载系统(4)；该系统作为制冷系统使用时：风冷冷热水机组、水源热泵机组及蓄热/冷设备均分别连接用户负载系统，同时水源热泵机组的另一输出连接蓄热/冷设备的输入。/n

【技术特征摘要】
1.一种蓄能式热泵耦合系统，包括风冷冷热水机组(1)、水源热泵机组(3)及蓄热/冷设备(6)，其特征在于，该系统作为制热系统使用时：水源热泵机组的输入端连接风冷冷热水机组的输出，蓄热设备的输入端与水源热泵机组的一个输出连接，水源热泵机组的另一输出与蓄热设备的输出连接后接入用户负载系统(4)；该系统作为制冷系统使用时：风冷冷热水机组、水源热泵机组及蓄热/冷设备均分别连接用户负载系统，同时水源热泵机组的另一输出连接蓄热/冷设备的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，蒋海川，杨啸寒，
申请(专利权)人：北京中外建建筑设计有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11