一种热泵储能系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及热泵储能技术领域，尤其涉及一种热泵储能系统。


背景技术：

[0002]
清洁能源站现有的储能技术，一般采用电加热器加热储能介质进行热存储，但电加热器制热效率一般为95％-98％，制热效率较低，能耗大。


技术实现要素：

[0003]
基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种热泵储能系统及热泵储能方法，其中热泵储能系统解决了现有技术存在的制热效率低和能耗大的问题。
[0004]
为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0005]
一种热泵储能系统，包括依次串联的第一水泵、第一热泵组、储能罐及采暖罐，所述采暖罐上设有第一进口，所述第一进口与所述储能罐连接，所述储能罐内设有储能介质，还包括第一阀门、第二阀门及第三阀门，所述第一阀门与所述第一热泵组并联且与所述储能罐串联，所述第二阀门与所述储能罐并联且与所述第一热泵组串联，所述第三阀门与所述第一水泵、所述第一热泵组及所述储能罐的串联管路并联。
[0006]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括第四阀门和第五阀门，所述第四阀门位于所述第一水泵的进口端，所述第五阀门位于所述储能罐的出口端，且所述第三阀门的一端位于所述第四阀门和所述第一热泵组之间，另一端位于所述储能罐与所述第五阀门之间。
[0007]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括第二水泵和第二热泵组，所述第二水泵和所述第二热泵组与所述第四阀门、所述第一水泵、所述第一热泵组、所述储能罐、所述第五阀门及所述采暖罐依次串联。
[0008]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括旁通阀，所述旁通阀的一端与所述第二水泵的进口端连接，另一端与所述采暖罐的出口端连接，所述旁通阀被配置为保证供暖出水的压力与供暖回水的压力的差值为预设压力。
[0009]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述采暖罐上还设有第二进口和出口，所述热泵储能系统还包括第六阀门，所述第二进口与所述第二热泵组与所述第四阀门之间的管道连通，所述第六阀门被配置为控制所述出口与所述第二进口连通或断开。
[0010]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括第一温度传感器，所述第一温度传感器设于所述储能罐上，且被配置为检测所述储能介质的温度。
[0011]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括第二温度传感器，其设于所述储能罐的出口与所述第一进口之间，所述第二温度传感器被配置为检测储能加热供暖出水的温度。
[0012]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述热泵储能系统还包括第三温度传感器，其设于所述采暖罐出口处，所述第三温度传感器被配置为检测供暖出水的温度。
[0013]
作为一种热泵储能系统的优选方案，所述第一热泵组包括至少一个热泵，所述热泵被配置为加热供暖回水或所述储能罐内的储能介质。
[0014]
本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的热泵储能系统能提高系统的安全性、稳定性、可靠性，可以采用多种清洁能源，第一热泵组可选择的直接加热供暖回水或储能罐内的储能介质，降低了能耗，制热效率大幅提高，达到节能减排效果，且增设的储能罐能够在谷电时段内将能量储存在储能介质内，而储存在储能介质内的能量能够在峰电时段内加热供暖回水，实现削峰填谷,提高谷电利用率。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1是本实用新型具体实施例提供的热泵储能系统的示意图。
[0017]
图中：
[0018]
11、第一水泵；12、第二水泵；21、第一热泵组；22、第二热泵组；3、储能罐；4、采暖罐；51、第一阀门；52、第二阀门；53、第三阀门；54、第四阀门；55、第五阀门；56、旁通阀；57、第六阀门；61、第一温度传感器；62、第二温度传感器；63、第三温度传感器。
具体实施方式
[0019]
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0021]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0022]
本实用新型的热泵储能系统包括智能热力系统、高效储能系统、能效管理系统、智慧能源系统、智能动力系统、智能电力系统、智慧管网系统、装配基础系统，下面详细介绍各个系统。
[0023]
智能热力系统是一种以冷热量平衡为核心，整合地热能、太阳能、空气能、水源、城市污水、工业废水余热等多种可再生能源，运用冷热回收、蓄能、热平衡、智能控制等新技术对各种能量流进行智能平衡控制，达到能源的循环往复利用，一体化满足制冷采暖、热水、冷藏冷冻、蒸汽、发电等多种需求功能的系统设备。撬装并且智能化的空气源热泵、水源热泵及其他热力系统，在智能控制系统的控制下，效率得以提高、应用范围得以扩大。
[0024]
高效储能系统由储能材料、采暖罐、储能罐、换热器、循环泵等设备构成，撬装后成套供应及安装。储能罐是高效储能系统的核心部件之一，用于供热系统的辅助热源，稳定系统能量供给。采暖罐是高效储能系统的核心部件之一，用于供热系统的辅助热源，稳定系统能量供给。
[0025]
能效管理系统即根据天气温度、日照、湿度等参数分布指导运行策略，智能调节运行末端，并合理的分配负荷，用最低的运行成本达到最好的效果。由信息采集系统、能效分析系统和调节执行策略构成，在运行过程中自动运行、无人值守、记录存档，为后期查询管理提供可靠有效的大数据库支撑。
[0026]
智慧能源系统是一套以物联网技术为基础，将现场工艺设备运行状况、生产数据进行实时采集，通过系统逻辑运算判断，对分布式能源站点进行实时监测、调节、控制，以达到无人值守和经济节能目标的综合能源优化系统,使系统更加智慧。实时监控用户端的温度，每个供暖区域，选择典型的楼宇、楼层、住户，安装温度检测系统，结合室外温度检测器，通过智慧能源系统计算分析用户需求热量，调节冷暖站输出，避免出现室内过热或过冷的情况，同时避免能源的浪费和用于舒适度的降低。
[0027]
智能动力系统是为热泵储能系统提供循环动力，并且根据运行工况智能调节流量、扬程，自动补水，备用自动切换，无人值守，维持整个热泵储能系统的安全稳定运行。该智能动力系统由供暖循环泵、补水泵、补水箱、电控箱、分集水器、管道、阀门、仪器仪表、加药组件、箱体支架等部件组装而成。
[0028]
智能电力系统是在传统电力系统的基础上，采用智能化的电力元件和智能化管理与控制单元构成的。通过智能化电力系统与能效管理系统结合，实现对电力能源的合理调配。
[0029]
智慧管网系统主要包括管道、阀门、连接件、保温材料等部件，根据各部件位置灵活布置，布局整齐流畅，尽量减少介质阻力，便于日常操作维护。采用管道模块化设计，管段可工厂预制减少现场施工工程量，保温材料采用新型复合保温材料，减少系统热损失。智慧管网系统利用专用3d工厂设计软件建模设计，可以对管道进行单独设计、制造、调试、修改及储存，这便于由不同的专业化企业分别进行生产。接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足的不同产品的需要，有利于实现横系列、纵系列产品间的模块的通用，实现跨系列产品间的模块通用。本实用新型的智慧管网系统时刻检测供暖介质的供回情况，分析管道跑冒滴漏等事故，减少能源浪费。智慧管网系统还能自检管道能量损失情况，对管道的保温、完好性进行监控。
[0030]
装配基础系统即根据规定的技术规范，将已生产好的若干构件按一定的顺序组装成承载设备的基础。该装配基础系统主要包含钢筋混凝土基础、钢结构基础、钢混基础，根据清洁能源冷暖站现场的地质情况不同选择适合的设备基础。根据规定的技术规范，将预制好的若干构件按一定的顺序组装成能承载设备的基础。其优点是建造速度快，受气候条
件制约小，节约劳动力并可提高设备基础质量。
[0031]
本实用新型的热泵储能系统具有相对独立、通用性强及互换性好的优点，相对独立即可以对各个模块进行设计、制造、调试、修改和储存，这便于由不同专业化企业分别进行生产；通用性即模块接口部位的结构、尺寸及参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足不同产品的需要；互换性即有利于实现横系列、纵系列产品间的模块通用。
[0032]
本实用新型的热泵储能系统还具有以下优点：能够实现工厂化大批量生产，系统质量可靠稳定；安装快捷，大幅缩短施工工期；降低对场坪的要求，减少现场土建施工量；结构紧凑，占地面积小。
[0033]
具体地，本实施例提供一种用于热泵储能的热泵储能系统，如图1所示，该热泵储能系统包括依次串联的第一水泵11、第一热泵组21、储能罐3及采暖罐4，其中，采暖罐4上设有第一进口，第一进口与储能罐3连接，储能罐3内设有储能介质，采暖罐4内设有供暖回水，第一热泵组21为高温热泵组，该高温热泵组包括至少一个高温热泵，高温热泵被配置为加热供暖回水或储能介质。其中，所采用的连接管道属于上述智慧网管系统，第一水泵11属于上述智能动力系统，第一热泵组21加热供暖回水时属于上述智能热力系统，而加热储能介质时则属于高效储能系统，储能罐3和采暖罐4均属于上述高效储能系统，第一水泵11和第一热泵组21均与能源站连接，该能源站所属智能电力系统为上述用电设备提供电能。
[0034]
进一步地，如图1所示，本实施例的热泵储能系统还包括第一阀门51、第二阀门52、第三阀门53、第四阀门54及第五阀门55，第一阀门51与第一热泵组21并联且与储能罐3串联，第二阀门52与储能罐3并联且与第一热泵组21串联，第三阀门53与第一水泵11、第一热泵组21及储能罐3的串联管路并联。第四阀门54位于第一水泵11的进口端，第五阀门55位于储能罐3的出口端，且第三阀门53的一端位于第四阀门54和第一热泵组21之间，另一端位于储能罐3与第五阀门55之间。具体地，本实施例的第一阀门51、第二阀门52、第三阀门53、第四阀门54及第五阀门55均为电磁阀，且均属于上述能效管理系统。
[0035]
本实施例提供的热泵储能系统采用第一热泵组21可选择的直接加热供暖回水或储能罐3内的储能介质，制热效率大幅升高，且增设的储能罐3能够在谷电时段内将能量储存在储能介质内，而储存在储能介质内的能量能够在峰电时段内加热采暖罐4内的蓄热水。
[0036]
本实施例的热泵储能系统还包括第二水泵12和第二热泵组22，如图1所示，第二水泵12能够将从用户端排出的供暖回水泵入第二加热泵组22进行加热，第二水泵12和第二热泵组22能够与第四阀门54、第一水泵11、第一热泵组21、储能罐3、第五阀门55及采暖罐4依次串联。具体地，第二水泵12和第二热泵组22均与能源站连接，能源站用于为第二水泵12和第二热泵组22供电。具体地，该第二热泵组22包括至少一个热泵，热泵被配置为加热供暖回水或储能介质。其中，第二水泵12属于上述智能动力系统，第二热泵组22属于上述智能热力系统。
[0037]
进一步地，本实施例的采暖罐4上还设有第二进口和出口，第二进口与第二热泵组22与第四阀门54之间的管道连通。
[0038]
需要说明的是，本实施例的热泵储能系统还包括旁通阀56和第六阀门57，如图1所示，旁通阀56的一端与第二水泵12的进口端连接，另一端与采暖罐4的出口端连接，旁通阀56被配置为保证供暖出水的压力与供暖回水的压力差值为预设压力。该预设压力值是根据供暖距离、供暖面积、循环泵流量和扬程选择的。具体地，本实施例的旁通阀56通过检测供
暖出水的压力与供暖回水的压力差值控制控制旁通阀的开度的大小，从而来调节供暖回水的水流量，使供暖出水的压力与供暖回水的压力的差值为预设压力。
[0039]
具体地，本实施例的第六阀门57为电磁阀，第六阀门57被配置为控制出口与第二进口连通或断开，即该第六阀门57开启时，出口与第二进口断开，即供暖回水直接经第六阀门57流出而不用从第二进口进入，该第六阀门57关闭时，出口与第二进口连通，即供暖回水经采暖罐4的出口流出。其中，该旁通阀56和第六阀门57均属于能效管理系统。
[0040]
本实施例的热泵储能系统还包括第一温度传感器61、第二温度传感器62及第三温度传感器63，如图1所示，第一温度传感器61、第二温度传感器62及第三温度传感器63均属于上述能效管理系统。第一温度传感器61设于储能罐3上，且被配置为检测储能介质的温度。第二温度传感器62设于储能罐3的出口与第五阀门55之间，第三温度传感器63设于采暖罐4出口处，第三温度传感器63被配置为检测加热后的供暖回水的温度。
[0041]
另外，本实施例的热泵储能系统还包括分别用于放置采暖罐4和储能罐3的放置台，该放置台属于本实施例的热泵储能系统的装配基础系统。
[0042]
优选地，本实施例的热泵储能系统还包括plc控制器(图中未示出)，该控制器分别电连接于上述第一热泵组21、第二热泵组22、第一水泵11、第二水泵12、第一阀门51、第二阀门52、第三阀门53、第四阀门54、第五阀门55、旁通阀56、第六阀门57、第一温度传感器61、第二温度传感器62、第三温度传感器63，该plc控制器属于上述能效管理系统。在本实施例中，plc控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，plc控制器可以是一个集中plc控制器，也可以是分布的多块plc控制器构成，该plc控制器可以运行控制程序，进而控制上述结构件实现其功能。
[0043]
本实施例的热泵储能系统能够实现储能蓄热工况、第一热泵供热工况、储能供热工况、第二热泵供热工况，具体步骤如下：
[0044]
储能蓄热工况，在谷电时间段内，同时关闭第一阀门51、第二阀门52、第四阀门54及第五阀门55，同时打开第三阀门53，此时，第三阀门53、第一水泵11、第一热泵组21及储能罐3组成一个串联回路，第一热泵组21能够加热储能罐3内的储能介质，实现储能介质的蓄热，第一温度传感器61所检测的储能介质的温度达到储能介质的预设温度时，停止对第一热泵组21供电。
[0045]
第一热泵供热工况，除谷电时段向储能罐3储热外，在峰电时段，第一热泵组21可在特定时段内，向热泵储能系统直接加入额外热量。同时关闭第一阀门51和第三阀门53，打开第二阀门52、第四阀门54及第五阀门55，开启第一水泵11和第一热泵组21，此时储能罐3被隔开，通过第一水泵11自第二热泵组22出口的第一次加热的温度较低的供暖回水吸入部分流量，将第一热泵组21加热后的高温供暖回水直接注入采暖罐4内。高温供暖回水与第二热泵组22加热后的温度较低的供暖回水混和形成供暖出水，该供暖出水达到用户末端所需水温。
[0046]
储能供热工况，同时关闭第二阀门52和第三阀门53，打开第一阀门51、第四阀门54及第五阀门55，此时第一热泵被组21隔开，关闭第一热泵组21，开启第一水泵11，通过第一水泵11自第二热泵组22出口的第一次加热的温度较低的供暖回水吸入部分流量，储能介质对该部分温度较低的供暖回水进行加热后注入采暖罐4内，高温供暖回水与第二热泵组22加热后的温度较低的供暖回水混和形成供暖出水，该供暖出水达到用户末端所需水温。
[0047]
第二热泵供热工况，在谷电时段或少量峰电时段，隔断第四阀门54及第五阀门55，全开第六阀门57，开闭第一水泵11和第一热泵组21，并开启第二泵12和第二热泵组22，直接向用户末端供热。
[0048]
上述储能蓄热工况、第一热泵供热工况、储能供热工况、第二热泵供热工况，均需要通过调整旁通阀56，使供暖出水的压力与供暖回水的压力的差值为预设压力。
[0049]
本实施例的热泵储能系统能够达到以下目的：在非谷电时间段内，部分供暖回水经储能罐3加热，部分供暖回水经第二热泵组21加热；在谷电时间段内，第一热泵组21直接向储能罐3的储能介质补充热量，从而将能量进行储存。
[0050]
本实施例的热泵储能系统为现有技术提供了一种供能储能的技术路线，本实施例的热泵储能方法为现有技术提供了一种能效高的供能方法，区别于传统电加热设备加热储能，高温热泵的能效更高。具体地，本实施例的热泵储能系统采用第一热泵组21和第二热泵组21进行储能，其能耗与电加热设备的能耗比值为0.2至0.5。一般来讲，电加热设备的能效比值(cop)约为0.95，即储存1kwh的热量，采用传统电加热设备需消耗约1.05kwh的电量。而本实施例的高温热泵组随着环境温度降低其制热效率下降，在适用温度范围内，高温热泵组的平均能效比值高达2.5，即储存1kwh的热量，只需消耗电能0.4kwh，大大的降低了能耗，节约能源，提高了可再生能源的利用率。
[0051]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

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