[發明專利]一種蓄能式熱泵耦合系統及其供熱調節方法

在審

• 申請號: 202010124540.6
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111197787A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 楊波;蔣海川;楊嘯寒
• 申請（專利權）人: 北京中外建建筑設計有限公司
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F24D19/10
• 代理公司: 北京東正專利代理事務所(普通合伙) 11312
• 代理人: 李夢福

本發明公開了儲能式熱泵耦合系統，包括風冷冷熱水機組、水源熱泵及蓄熱/冷設備，制熱時：水源熱泵輸入端連接風冷冷熱水機組輸出，蓄熱設備輸入端與水源熱泵的輸出連接，水源熱泵的另一輸出與蓄熱設備輸出連接后接入用戶負載系統；制冷時：風冷冷熱水機組、水源熱泵及蓄熱/冷設備均分別連接用戶負載系統，水源熱泵另一輸出連接蓄熱/冷設備輸入。本技術通過不同設備的耦合方式，蓄能利用低谷電價政策，保證全天持續負載供給，充分消納夜間電量，實現“削峰填谷，低谷儲熱”，在一定區域內保證發電及輸配電均衡，增加發電和輸配電企業效益，既解決了清潔能源供熱難題，又在特殊室外環境下，調整設備運行策略，保持系統能效最優，降低運行成本。

技術領域

本申請的技術主要涉及工業、生活中的熱力供給與調節技術領域，特別是針對不同地理、氣候環境調節下運用不同的熱力設備之間的熱能耦合實現工作、生活建筑環境內部的溫度調節，即一種蓄能式熱泵耦合系統及其供熱調節方法。

背景技術

在工業和生活中，熱力系統是保證生產及生活環境的必要條件之一，其通過不同形式的熱源熱泵將熱量輸送至生產、生活的建筑環境中，在建筑規劃設計中，熱力系統的設計已經成為重要的一項內容。熱力系統的熱力有不同的來源方式：空氣源熱泵系統、水源熱泵系統、土壤源熱泵系統等，這些不同熱力系統在實際工程應用過程中均有一定的局限性和適用性：空氣源熱力裝置在室外空氣溫度低于-20℃時，效率衰減嚴重，供熱溫度低，基本失去了供熱功能；水源熱力系統應用的局限性在于需要較大體量的地下水或地表水，對環境造成一定的影響；土壤源熱泵則需要較大的土地面積，且冬夏冷熱不平衡，土壤冷堆積嚴重。

中國地域面積遼闊，南、北方氣候差異顯著，在熱力供給上也存在多樣化。通常的熱力供給包括天然氣形式的熱力方式和電力熱力供給方式。天然氣與電力已經成為城市能源互補的優先選擇策略。目前，城鎮中的天然氣主要用于炊事及采暖，炊事天然氣的利用在全年每月用量基本均衡，但采暖用天然氣卻只有在冬季才大量消耗，為保障冬季采暖天然氣使用需求，需要建設滿足冬季采暖及炊事負荷的天然氣儲存站及輸配管網等設施，投資巨大，但這些設施在非采暖季卻處于較低負荷狀態下運行，天然氣儲存及輸配能力得不到有效發揮，存在投資浪費的情況。而城市的電力負荷高峰因普遍使用空調而往往發生在夏季，為滿足夏季電力高峰負荷，同樣需要投入大量資金建設發電廠、輸配電網及變電設施，在非空調季同樣未發揮出發電和輸配電的能力，固定資產投資未高效利用。天然氣與電力的能源互補利用形式，可有效解決以上兩方面的問題：夏季適當發展燃氣吸收式制冷，可充分發揮燃氣儲存及輸配管網的能力，同時降低夏季空調負荷帶來的發電及輸配電網壓力，減少電力設施投資；冬季發展電采暖，則可有效減少燃氣儲存、輸配管網投資，同時客觀上消納了城市發電及輸配電網的冗余容量，從而為城市能源供應及消費提供高效健康的發展方向。

天然氣采暖的優點在于：(1)建造靈活，燃氣鍋爐集中管理，便于修理；(2)在節假日或無人的夜間可下降采暖溫度或中止采暖，節省燃氣和運轉費用。但天然氣屬于不可再生資源，其主要缺點在于：(1)天然氣采暖的熱源設備(燃氣鍋爐)的排煙熱損失大；(2)天然氣冬季供應容易出現短缺。中國目前的地下儲氣庫嚴重缺乏，地下儲氣地庫氣量為61億立方米，僅占天然氣消費總量的3％左右，遠低于美國及俄羅斯17％的比例，目前國內的天然氣短缺量為8000萬立方米/日，缺口約10％。(3)利用天然氣實現調峰能力嚴重不足；一個地區一旦大規模使用天然氣采暖，則采暖季和非采暖季的用氣量差異會非常大。以北京市為例，在非采暖季，北京市的天然氣主要用于燃氣調峰發電、工業燃氣鍋爐、居民的燃氣熱水小鍋爐，廚房里的燃氣爐灶等；到了冬季，因為供暖的需求，燃氣的用氣量增加，區域燃氣鍋爐供暖，家用燃氣供暖小鍋爐供暖，都是在采暖季才有的用氣需求。以北京為例，北京的采暖季是大約4個月，占全年時間的1/3，但是用氣量卻超過全年的一半。此外，采暖用氣量是與室外的氣溫呈正比，用氣量波動非常劇烈，以北方某城市為例，1月份日平均最低溫度與日平均最高溫度的當天采暖用氣量可相差2.5倍。城市燃氣小時調峰問題一般均采用儲氣設施來儲存一定量的燃氣來解決，天然氣儲氣設施及管網布局不到位，使得氣源應急調度的成效大打折扣，在采暖季峰值期間調峰能力不足。