一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统及方法，该系统包括中深层地热地埋管单元、热源侧水泵单元、热泵机组单元、冷却侧水泵单元、冷却塔单元、蓄能水泵单元、蓄能水箱单元、用户侧水泵单元、建筑用户单元、光伏发电单元。本发明专利技术基于传热学的基本理论，可以保证中深层地热地埋管换热系统长期稳定运行，同时结合间歇运行蓄热特性以及用户侧蓄热水箱，使得中深层地热地埋管具有较大的取热量调节能力，可以通过自身换热特性在短时间起到大容量的调峰作用。起到大容量的调峰作用。起到大容量的调峰作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统及方法


[0001]本专利技术涉及地热能利用
，尤其涉及一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统及方法。

技术介绍

[0002]建筑领域能源消耗所带来的碳排放是我国总碳排放结构中的重要组成部分，而其中供热及空调系统所带来的直接与间接碳排放又是重中之重。
[0003]目前，我国建筑供热领域供热热源形式中，传统化石能源，包括燃煤、燃气的占比仍然高达88％。而传统化石能源通过燃烧将内能转化为热能进行供热，燃烧过程中产生的CO2是导致全球气候变暖的主要温室气体之一。而建筑供冷领域，主要消耗电力驱动冷水机组等关键设备从建筑中提取热量，排放至室外环境中。由于目前我国电力结构，同样是以燃煤、燃气等传统换热能源发电为主，电力消耗带来的碳排放也是整体碳排放中的重要组成。因此，我们必须大力发展以零碳能源为主的低碳能源结构，包括可再生能源高效利用以及核能的安全化应用，从而摆脱对传统化石能源的大量使用，在满足社会高质量发展的同时，实现持续的节能减排目标。而对于建筑供热及供冷领域，可再生能源供热、供电成为实现零碳冷热供应的关键所在。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统及方法。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，零碳冷热供应系统包括中深层地热地埋管单元、热源侧水泵单元、热泵机组单元、冷却侧水泵单元、冷却塔单元、蓄能水泵单元、蓄能水箱单元、用户侧水泵单元、建筑用户单元、光伏发电单元；
[0006]中深层地热地埋管单元与热源侧水泵单元连接，热源侧水泵单元与热泵机组单元连接，冷却塔单元与冷却侧水泵单元连接，冷却侧水泵单元与热泵机组单元连接，热泵机组单元与蓄能水泵单元连接，蓄能水泵单元与蓄能水箱单元连接，蓄能水箱单元分别与用户侧水泵单元连接，用户侧水泵单元与建筑用户单元连接，光伏发电单元与热泵机组单元、用户侧水泵单元、蓄能水泵单元、热源侧水泵单元、冷却侧水泵单元、冷却塔单元连接。
[0007]进一步地，中深层地热地埋管单元含有一根中深层地热地埋管，中深层地热地埋管深度为2
‑
3千米。
[0008]进一步地，热源侧水泵单元包括两台相互并联的变频水泵，变频水泵的工作频率为25
‑
50Hz；热泵机组单元包括一台高效热泵机组。
[0009]进一步地，冷却塔单元包括一套冷却塔塔组；冷却侧水泵单元包括两台相互并联的冷却水泵，冷却水泵的工作频率为25
‑
50Hz。
[0010]进一步地，蓄能水泵单元包括两台相互并联的蓄能水泵，使用时有且只有一台蓄
能水泵运行；蓄能水箱单元包括一个蓄能水箱。
[0011]进一步地，用户侧水泵单元包括两台用户侧水泵，用户侧水泵的工作频率为25
‑
50Hz。
[0012]进一步地，建筑用户单元为实际供热供冷末端。
[0013]进一步地，光伏发电单元包括为整个系统运行提供清洁电力的光伏板。
[0014]一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统的方法，具体零碳冷热供应系统的方法的设计步骤包括：
[0015]步骤一、根据项目所在地气象条件及建筑功能，开展供热季逐时供热负荷、供冷机逐时供冷负荷的详细分析与测算，得到逐时供热、供冷需求，随后确定尖峰供热负荷以及累积供热量，尖峰供冷负荷以及累积供冷量；
[0016]步骤二、明确项目所在地地热地质条件，包括土壤导热系数、温升梯度，根据地质条件选取合适的地埋管尺寸及施工流程；
[0017]步骤三、结合地热地质条件，按每年土壤平均温降不大于0.2℃，计算单口中深层地热地埋管累积取热量的推荐值，进而根据需求的累计取热量确定一个模块化系统能承担的供能面积；
[0018]步骤四、在确定供能面积后，即可确定一个模块化系统所承担的供冷、供热需求；
[0019]步骤五、以供热系统COP5.0，供冷系统COP4.5，估算一个模块化系统全年累积耗电量；
[0020]步骤六、结合全年太阳辐射强度，以光伏发电提供模块化系统全部用电需求，计算光伏板铺设面积，随即得到光伏全年逐时发电量；
[0021]步骤七、对于供冷、供热典型日，以光伏发电期间启动热泵系统运行，制取当日所需全部供冷、供热量，由此确定热泵机组供冷、供热装机容量及蓄热水箱容量；
[0022]步骤八、结合供冷供热尖峰负荷，以用户侧供回水温差5K确定用户侧水泵装机容量，以蓄能供回水温差10K确定蓄能水泵装机容量，以冷却侧供回水温差5K确定冷却水泵装机容量，以中深层地热地埋管供回水温差10K确定热源侧水泵装机容量。
[0023]进一步地，步骤三中涉及的计算公式，
[0024]Q
a
＝F
g
·
q
c
·
Δτ+F
g
·
H
·
ρ
·
C
t
·
ΔT；
[0025][0026][0027]其中，Q
a
为中深层地热地埋管全年累积取热量推荐值，单位GJ；F
g
为土壤控制体横截面积，单位m2；q
c
为当地地热热流密度，单位W/m2；Δτ为一年时间，单位s；H为中深层地热地埋管深度，单位m；ρ为土壤密度，单位kg/m3；C
t
为土壤比热容，单位kJ/(kg
·
℃)；ΔT为土壤控制体每年温度变化；
[0028]Q
h，a
为考虑热泵系统输入电力后全年供热量，单位GJ；COP
h
为热泵系统供热效率；F
c
为一个模块化系统能承担的供能面积，单位m2；q
h，a
为目标项目单位面积全年供热量，单位
GJ/m2；
[0029]所述步骤四中涉及的计算公式，
[0030][0031]Q
c，a
＝q
c，a
*F
c
；
[0032]Q
h，max
＝q
h，max
*F
c
；
[0033]Q
c，max
＝q
c，max
*F
c
；
[0034]其中，Q
c，a
为全年累积供冷量，单位kWh；q
c，a
为目标项目单位面积全年供冷量，单位kWh/m2。F
c
为一个模块化系统能承担的供能面积，单位m2；Q
h，max
为目标项目尖峰供热量，单位kW；Q
c，max
为目标项目尖峰供冷量，单位kW；q
h，max
为目标项目单位面积尖峰热负荷，单位W/m2；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述零碳冷热供应系统包括中深层地热地埋管单元(1)、热源侧水泵单元(2)、热泵机组单元(3)、冷却侧水泵单元(4)、冷却塔单元(5)、蓄能水泵单元(6)、蓄能水箱单元(7)、用户侧水泵单元(8)、建筑用户单元(9)、光伏发电单元(10)；所述中深层地热地埋管单元(1)与热源侧水泵单元(2)连接，热源侧水泵单元(2)与热泵机组单元(3)连接，冷却塔单元(5)与冷却侧水泵单元(4)连接，冷却侧水泵单元(4)与热泵机组单元(3)连接，热泵机组单元(3)与蓄能水泵单元(6)连接，蓄能水泵单元(6)与蓄能水箱单元(7)连接，蓄能水箱单元(7)分别与用户侧水泵单元(8)连接，用户侧水泵单元(8)与建筑用户单元(9)连接，光伏发电单元(10)与热泵机组单元(3)、用户侧水泵单元(8)、蓄能水泵单元(6)、热源侧水泵单元(2)、冷却侧水泵单元(4)、冷却塔单元(5)连接。2.根据权利要求1所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述中深层地热地埋管单元(1)含有一根中深层地热地埋管，中深层地热地埋管深度为2
‑
3千米。3.根据权利要求2所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述热源侧水泵单元(2)包括两台相互并联的变频水泵，变频水泵的工作频率为25
‑
50Hz；所述热泵机组单元(3)包括一台高效热泵机组。4.根据权利要求3所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述冷却塔单元(5)包括一套冷却塔塔组；所述冷却侧水泵单元(4)包括两台相互并联的冷却水泵，冷却水泵的工作频率为25
‑
50Hz。5.根据权利要求4所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述蓄能水泵单元(6)包括两台相互并联的蓄能水泵，使用时有且只有一台蓄能水泵运行；所述蓄能水箱单元(7)包括一个蓄能水箱。6.根据权利要求5所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述用户侧水泵单元(8)包括两台用户侧水泵，用户侧水泵的工作频率为25
‑
50Hz。7.根据权利要求6所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述建筑用户单元(9)为实际供热供冷末端。8.根据权利要求7所述的基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统，其特征在于：所述光伏发电单元(10)包括为整个系统运行提供清洁电力的光伏板。9.一种基于可再生能源耦合应用的零碳冷热供应系统的方法，其特征在于：具体零碳冷热供应系统的方法的设计步骤包括：步骤一、根据项目所在地气象条件及建筑功能，开展供热季逐时供热负荷、供冷机逐时供冷负荷的详细分析与测算，得到逐时供热、供冷需求，随后确定尖峰供热负荷以及累积供热量，尖峰供冷负荷以及累积供冷量；步骤二、明确项目所在地地热地质条件，包括土壤导热系数、温升梯度，根据地质条件选取合适的地埋管尺寸及施工流程；步骤三、结合地热地质条件，按每年土壤平均温降不大于0.2℃，计算单口中深层地热地埋管累积取热量的推荐值，进而根据需求的累计取热量确定一个模块化系统能承担的供能面积；步骤四、在确定供能面积后，即可确定一个模块化系统所承担的供冷、供热需求；
步骤五、以供热系统COP5.0，供冷系统COP4.5，估算一个模块化系统全年累积耗电量；步骤六、结合全年太阳辐射强度，以光伏发电提供模块化系统全部用电需求，计算光伏板铺设面积，随即得到光伏全年逐时发电量；步骤七、对于供冷、供热典型日，以光伏发电期间启动热泵系统运行，制取当日所需全部供冷、供热量，由此确定热泵机组供冷、供热装机容量及蓄热水箱容量；步骤八、结合供冷供热尖峰负荷，以用户侧供回水温差5K确定用户侧水泵装机容量，以蓄能供回水温差10K确定蓄能水泵装机容量，以冷却侧供回水温差5K确定冷却水泵装机容量，以中深层地热地埋管供回水...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓杰文，魏庆芃，徐韬，黄锦，张辉，李晓乐，马明辉，马晴，
申请(专利权)人：深能科技西安有限公司，
类型：发明
国别省市：