一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统及运行方法与流程

1.本发明属于能源技术领域，特别是涉及一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统及运行方法。

背景技术：

2.地热能是蕴藏在地球内部的热能，空气能是空气中所蕴含的低品位热能，属于清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源。利用热泵技术，充分提取低品位浅层地热能、空气能，冬季取热、夏季排热，实现冬季制热、夏季制冷的效果，因此，土壤源热泵和空气源热泵均是经济、高效、节能的可再生能源利用装置。
3.随着人们生活品质的提高，居民集中供暖的需求愈加强烈，一些高端住宅、商业、医院等建筑更是有供暖和供冷等多种需求，然而随着火电装机紧缩，传统集中供暖的供热能力日趋饱和，亟需通过可再生能源拓展现有供热能力，解决供暖或供冷民生需求。
4.传统集中热网的优点有：成本低、品质高、技术成熟、稳定可靠等，缺点是灵活性较差；相对于集中热网，分布式可再生能源供能成本较高、供能品质和运行稳定性较弱，优点是：运行灵活并且可实现冷热双供。两种供能形式各有优缺点，如何将可再生能源与传统集中热网耦合实现供暖或供冷成为本领域技术人员亟待解决的实际问题。

技术实现要素：

5.鉴于此，本发明提供一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统及运行方法具体方案如下：一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，包括供水管路、回水管路、定压补水单元、土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网，所述土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网上均设置有换热输入端和换热输出端，土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端均与供水管路连接，土壤源热泵单元的换热输入端、空气源热泵单元的换热输入端和集中供热管网的换热输入端均与回水管路连接，所述回水管路与定压补水单元管道连接，所述定压补水单元与土壤源热泵单元管道连接。
6.所述土壤源热泵单元包括土壤源热泵、地埋管、集水器、分水器、水处理装置和第一循环泵，所述土壤源热泵通过换热输出端与所述分水器管道连接，所述分水器与所述地埋管管道连接，所述地埋管与所述集水器管道连接，所述集水器通过水处理装置和第一循环泵与所述土壤热泵换热输入端管道连接，土壤源热泵单元的换热输入端上设置有切换总阀，土壤源热泵单元通过切换总阀与所述回水管路连接。
7.所述土壤源热泵单元的换热输入端包括换热输入第一端和换热输入第二端，换热输入第一端上设置有第一切换阀和第二切换阀，所述换热输入第一端通过第一切换阀与所述第一循环泵管道连接，所述换热输入第一端还通过第二切换阀与切换总阀管道连接，所述换热输入第二端上设置有第三切换阀和第四切换阀，换热输入第二端通过第三切换阀与
所述第一循环泵管道连接，换热输入第二端通过第四切换阀与所述切换总阀管道连接。
8.所述土壤源热泵内设置有蒸发器和冷凝器，所述蒸发器与换热输入第一端管道连接，所述冷凝器与换热输入第二端管道连接。
9.所述土壤源热泵单元的换热输出端包括换热输出第一端和换热输出第二端，所述蒸发器与换热输出第一端管道连接，所述换热输出第一端上设置有第五切换阀和第六切换阀，换热输出第一端通过第五切换阀与所述分水器管道连接，换热输出第一端通过第六切换阀与供水管路连接，所述冷凝器与换热输出第二端管道连接，所述换热输出第二端上设置有第七切换阀和第八切换阀，换热输出第二端通过第七切换阀与所述分水器管道连接，换热输出第二端通过第八切换阀与供水管路连接。
10.空气源热泵单元的换热输入端上设置有第九切换阀，空气源热泵单元的换热输出端上设置有第十切换阀，所述空气源热泵单元包括空气源热泵，所述空气源热泵通过第九切换阀与回水管路连接，所述空气源热泵还通过第十切换阀与供水管路连接。
11.集中供热管网的换热输入端上设置有第十一切换阀，集中供热管网的换热输出端上设置有第十二切换阀，所述集中供热管网包括供热输入管、供热输出管和换热器，换热器的一端分别与供热输入管和供热输出管连接，换热器的另一端通过第十一切换阀与回水管路管道连接，换热器的另一端还通过第十二切换阀与供水管路连接。
12.空气源热泵单元的换热输出端与集中供热管网换热输入端之间还设置有第十三切换阀，空气源热泵单元的换热输出端还通过第十三切换阀与集中供热管网换热输入端管道连接。
13.所述定压补水单元包括软水处理器、过滤器、地埋管定压补水器和回水管路定压补水器，所述软水处理器与过滤器管道连接，所述过滤器通过地埋管定压补水器与土壤源热泵单元管道连接，所述过滤器还通过回水管路定压补水器与回水管路管道连接，所述回水管路上还设置有第二循环泵和水处理仪，所述回水管路通过第二循环泵和水处理仪分别与土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端管道连接.一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统的运行方法回水管路中回水经水处理仪装置软化和第二循环泵加压后分别与土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网单元进行换热，换热后的水进入供水管路，所述换热包括供暖换热或供冷换热。
14.本发明公开了一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统及运行方法，所述系统可实现冷热双供，且热负荷大于冷负荷，可在集中供热区域实现部分高端用户的集中供冷需求；在极寒期，土壤源热泵，尤其是空气源热泵的供热能力下降，通过热网换热器二次加热，可提高供热温度，保证了供暖的品质，提高了供能的稳定性；在热网故障或供热出力不足时，空气源热泵和土壤热泵可独立运行，提高了供能的安全性；调节灵活，提高供能的经济性。
附图说明
15.图1是本发明的总体结构示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，包括供水管路15、回水管路14、定压补水单元、土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网，所述土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网上均设置有换热输入端和换热输出端，土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端均与供水管路15连接，土壤源热泵单元的换热输入端、空气源热泵单元的换热输入端和集中供热管网的换热输入端均与回水管路14连接，所述回水管路14与定压补水单元管道连接，所述定压补水单元与土壤源热泵单元管道连接。
18.在供暖时，回水管路14中是温度较低的回水，回水管路14中的回水分别与土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网换热后，回水温度升高，高温度的回水通过供水管路15再次进行供暖；在供冷时，回水管路14中是温度较高的回水，回水管路14中的回水分别与土壤源热泵单元和空气源热泵单元进行换热，换热后回水温度降低，低温度的回水通过供水管路15再次进行供冷。
19.所述土壤源热泵单元包括土壤源热泵20、地埋管28、集水器29、分水器27、水处理装置30和第一循环泵31，所述土壤源热泵20通过换热输出端与所述分水器27管道连接，所述分水器27与所述地埋管28管道连接，所述地埋管28与所述集水器29管道连接，所述集水器29通过水处理装置30和第一循环泵31与所述土壤热泵换热输入端管道连接，土壤源热泵单元的换热输入端上设置有切换总阀35，土壤源热泵单元通过切换总阀35与所述回水管路14连接。
20.所述土壤源热泵单元的换热输入端包括换热输入第一端25和换热输入第二端26，换热输入第一端25上设置有第一切换阀1和第二切换阀2，所述换热输入第一端25通过第一切换阀1与所述第一循环泵31管道连接，所述换热输入第一端25还通过第二切换阀2与切换总阀35管道连接，所述换热输入第二端26上设置有第三切换阀3和第四切换阀4，换热输入第二端26通过第三切换阀3与所述第一循环泵31管道连接，换热输入第二端26通过第四切换阀4与所述切换总阀35管道连接。
21.所述土壤源热泵20内设置有蒸发器21和冷凝器22，所述蒸发器21与换热输入第一端25管道连接，所述冷凝器22与换热输入第二端26管道连接。
22.所述土壤源热泵单元的换热输出端包括换热输出第一端23和换热输出第二端24，所述蒸发器21与换热输出第一端23管道连接，所述换热输出第一端23上设置有第五切换阀5和第六切换阀6，换热输出第一端23通过第五切换阀5与所述分水器27管道连接，换热输出第一端23通过第六切换阀6与供水管路15连接，所述冷凝器22与换热输出第二端24管道连接，所述换热输出第二端24上设置有第七切换阀7和第八切换阀8，换热输出第二端24通过第七切换阀7与所述分水器27管道连接，换热输出第二端24通过第八切换阀8与供水管路15连接。
23.空气源热泵单元的换热输入端上设置有第九切换阀9，空气源热泵单元的换热输出端上设置有第十切换阀10，所述空气源热泵单元包括空气源热泵19，所述空气源热泵19通过第九切换阀9与回水管路14连接，所述空气源热泵19还通过第十切换阀10与供水管路15连接。
24.集中供热管网的换热输入端上设置有第十一切换阀11，集中供热管网的换热输出端上设置有第十二切换阀12，所述集中供热管网包括供热输入管17、供热输出管18和换热器16，换热器16的一端分别与供热输入管17和供热输出管18连接，换热器16的另一端通过第十一切换阀11与回水管路14管道连接，换热器16的另一端还通过第十二切换阀12与供水管路15连接。
25.空气源热泵单元的换热输出端与集中供热管网换热输入端之间还设置有第十三切换阀13，空气源热泵单元的换热输出端还通过第十三切换阀13与集中供热管网换热输入端管道连接。
26.所述定压补水单元包括软水处理器34、过滤器33、地埋管定压补水器32和回水管路定压补水器36，所述软水处理器34与过滤器33管道连接，所述过滤器33通过地埋管定压补水器32与土壤源热泵单元管道连接，所述过滤器33还通过回水管路定压补水器36与回水管路14管道连接，所述回水管路14上还设置有第二循环泵38和水处理仪37，所述回水管路14通过第二循环泵38和水处理仪37分别与土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端管道连接.可再生能源与热网耦合的供暖或供冷的运行方法，回水管路14中回水经水处理仪37装置软化和第二循环泵38加压后分别与土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网单元进行换热，换热后的水进入供水管路15，所述换热包括供暖换热或供冷换热。
27.所述可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统的具体工作过程为：如图1所示，在供暖季时，对于土壤源热泵单元，需要人工打开切换总阀35、第一切换阀1、第四切换阀4、第五切换阀5和第八切换阀8，同时关闭第二切换阀2、第三切换阀3、第六切换阀6和第七切换阀7；此时，回水管路14中的低温度回水通过切换总阀35和第四切换阀4进入土壤源热泵20中的冷凝器22内，低温度回水与冷凝器22进行换热，换热后回水温度升高，升温后的回水通过第八切换阀8进入供水管路15中，以再次进行供暖；换热后的冷凝器22中的水温度降低，此时冷凝器22通过蒸发器21吸热，蒸发器21中的循环水通过第五切换阀5从地埋管28中吸热，从地埋管28中吸热后经过第一循环泵31和第一切换阀1再次流入至蒸发器21中，以准备下次换热循环。
28.针对空气源热泵单元，需要人工打开第九切换阀9和第十切换阀10，回水管路14中的一部分回水通过第九切换阀9进入空气源热泵19中加热至供水温度，升温后的水通过第十切换阀10进入供水管路15中，以再次进行供暖；针对集中供热管网，人工打开第十一切换阀11和第十二切换阀12，回水管路14中的回水通过第十一切换阀11进入换热装器16中与供热管网进行换热，换热后，回水温度升高，升温后的水通过第十二切换阀12进入供水管路15中，以再次进行供暖；所述的土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网系统可单独运行，也可串并联运行，运行方式灵活互补。
29.若仅需要土壤源热泵单元运行，则打开切换总阀35，关闭第九切换阀9、第十切换阀10、第十一切换阀11、第十二切换阀12和第十三切换阀13；若仅需要空气源热泵单元运行，则第九切换阀9和第十切换阀10开启，切换总阀35、第十一切换阀11、第十二切换阀12和第十三切换阀13均关闭；若仅需要集中供热管网运行，则第十一切换阀11和第十二切换阀12开启，切换总阀35、第九切换阀9、第十切换阀10和第十三切换阀13均关闭；通过第十三切换阀13可以实现土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网之间的串并联的切换；当极寒期，空气源热泵单元的效率降低，供暖温度不达标时，此时，开启第十三切换阀13，经土壤源热泵单元和空气源热泵单元加热后的水可以通过第十三切换阀13进入集中供热管网进行二次换热。
30.白天，峰值电价时，供暖运行成本对比情况为，土壤源热泵《集中热网《空气源热泵；夜间谷值电价时，运行成本对比情况为，土壤源热泵《空气源热泵《集中热网。
31.可根据供暖运行成本、设备效率和热网供热能力等多方面灵活调节运行方式，供暖初期和末期，集中热网供热能力充足，优先运行土壤源热泵和集中热网，空气源热泵作为补充热源；供暖中期极寒时，集中热网供热能力不足，优先运行土壤源热泵和超低温空气源热泵，集中热网作为补充热源和备用热源。
32.在供冷季时，集中供热管网停止运行，仅土壤源热泵单元和空气源热泵单元运行，在供冷时，对于土壤源热泵单元，打开切换总阀35、第二切换阀2、第三切换阀3和第六切换阀6和第七切换阀7，同时关闭第一切换阀1、第四切换阀4、第五切换阀5和第八切换阀8，回水管路14中的回水通过第二切换阀2进入土壤源热泵20中的蒸发器21中进行换热，换热后回水的温度降低，低温的回水通过第六切换阀6进入供水管路15中，以再次进行供冷；换热后蒸发器21的水温升高，此时蒸发器21通过冷凝器22进行散热，冷凝器22收蒸发器21中的热量后，冷凝器22中的循环水温升高，此时冷凝器22中的循环水通过第七切换阀7进入地埋管28中，并在地埋管28中进行散热，散热后的循环水经过第一循环泵31和第三切换阀3再次流入至冷凝器22中，以准备下次换热循环。
33.在制冷时，对于空气源热泵单元，人工打开第九切换阀9和第十切换阀10，回水管路14中的一部分回水通过第九切换阀9进入空气源热泵19中冷却至供水温度，冷却后的水通过第十切换阀10进入供水管路15中，以再次进行供冷。
34.在供暖或供冷的过程中，定压补水单元可以为地源热泵单元和回收管路14进行补水。
35.所述壳再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，实现了分布式可再生能源供能系统与集中热网系统的耦合，提高了综合能源系统供能的安全性、稳定性和灵活性。
36.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：包括供水管路（15）、回水管路（14）、定压补水单元、土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网，所述土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网上均设置有换热输入端和换热输出端，土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端均与供水管路（15）连接，土壤源热泵单元的换热输入端、空气源热泵单元的换热输入端和集中供热管网的换热输入端均与回水管路（14）连接，所述回水管路（14）与定压补水单元管道连接，所述定压补水单元与土壤源热泵单元管道连接。2.根据权利要求1所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：所述土壤源热泵单元包括土壤源热泵（20）、地埋管（28）、集水器（29）、分水器（27）、水处理装置（30）和第一循环泵（31），所述土壤源热泵（20）通过换热输出端与所述分水器（27）管道连接，所述分水器（27）与所述地埋管（28）管道连接，所述地埋管（28）与所述集水器（29）管道连接，所述集水器（29）通过水处理装置（30）和第一循环泵（31）与所述土壤热泵换热输入端管道连接，土壤源热泵单元的换热输入端上设置有切换总阀（35），土壤源热泵单元通过切换总阀（35）与所述回水管路（14）连接。3.根据权利要求2所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：所述土壤源热泵单元的换热输入端包括换热输入第一端（25）和换热输入第二端（26），换热输入第一端（25）上设置有第一切换阀（1）和第二切换阀（2），所述换热输入第一端（25）通过第一切换阀（1）与所述第一循环泵（31）管道连接，所述换热输入第一端（25）还通过第二切换阀（2）与切换总阀（35）管道连接，所述换热输入第二端（26）上设置有第三切换阀（3）和第四切换阀（4），换热输入第二端（26）通过第三切换阀（3）与所述第一循环泵（31）管道连接，换热输入第二端（26）通过第四切换阀（4）与所述切换总阀（35）管道连接。4.根据权利要求3所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：所述土壤源热泵（20）内设置有蒸发器（21）和冷凝器（22），所述蒸发器（21）与换热输入第一端（25）管道连接，所述冷凝器（22）与换热输入第二端（26）管道连接。5.根据权利要求4所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：所述土壤源热泵单元的换热输出端包括换热输出第一端（23）和换热输出第二端（24），所述蒸发器（21）与换热输出第一端（23）管道连接，所述换热输出第一端（23）上设置有第五切换阀（5）和第六切换阀（6），换热输出第一端（23）通过第五切换阀（5）与所述分水器（27）管道连接，换热输出第一端（23）通过第六切换阀（6）与供水管路（15）连接，所述冷凝器（22）与换热输出第二端（24）管道连接，所述换热输出第二端（24）上设置有第七切换阀（7）和第八切换阀（8），换热输出第二端（24）通过第七切换阀（7）与所述分水器（27）管道连接，换热输出第二端（24）通过第八切换阀（8）与供水管路（15）连接。6.根据权利要求1所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：空气源热泵单元的换热输入端上设置有第九切换阀（9），空气源热泵单元的换热输出端上设置有第十切换阀（10），所述空气源热泵单元包括空气源热泵（19），所述空气源热泵（19）通过第九切换阀（9）与回水管路（14）连接，所述空气源热泵（19）还通过第十切换阀（10）与供水管路（15）连接。7.根据权利要求1所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：集中供热管网的换热输入端上设置有第十一切换阀（11），集中供热管网的换热输出端上设置有
第十二切换阀（12），所述集中供热管网包括供热输入管（17）、供热输出管（18）和换热器（16），换热器（16）的一端分别与供热输入管（17）和供热输出管（18）连接，换热器（16）的另一端通过第十一切换阀（11）与回水管路（14）管道连接，换热器（16）的另一端还通过第十二切换阀（12）与供水管路（15）连接。8.根据权利要求1所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：空气源热泵单元的换热输出端与集中供热管网换热输入端之间还设置有第十三切换阀（13），空气源热泵单元的换热输出端还通过第十三切换阀（13）与集中供热管网换热输入端管道连接。9.根据权利要求1所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统，其特征在于：所述定压补水单元包括软水处理器（34）、过滤器（33）、地埋管定压补水器（32）和回水管路定压补水器（36），所述软水处理器（34）与过滤器（33）管道连接，所述过滤器（33）通过地埋管定压补水器（32）与土壤源热泵单元管道连接，所述过滤器（33）还通过回水管路定压补水器（36）与回水管路（14）管道连接，所述回水管路（14）上还设置有第二循环泵（38）和水处理仪（37），所述回水管路（14）通过第二循环泵（38）和水处理仪（37）分别与土壤源热泵单元的换热输出端、空气源热泵单元的换热输出端和集中供热管网的换热输出端管道连接。10.根据权利要求1至9任一权利要求所述的可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统的运行方法，其特征在于：回水管路（14）中回水经水处理仪（37）装置软化和第二循环泵（38）加压后分别与土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网单元进行换热，换热后的水进入供水管路（15），所述换热包括供暖换热或供冷换热。

技术总结

本发明公开了一种可再生能源与热网耦合的供暖或供冷系统及运行方法，系统包括供水管路、回水管路、定压补水单元、土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网，运行方法为回水管路中回水分别与土壤源热泵单元、空气源热泵单元和集中供热管网单元进行换热，换热后的水进入供水管路，调节灵活，提高供能的经济性。提高供能的经济性。提高供能的经济性。