一种燃气锅炉房的供热系统及能源利用方法
阅读说明：本技术 一种燃气锅炉房的供热系统及能源利用方法 (Heating system of gas boiler room and energy utilization method ) 是由 王茂盛 杨敏华 刘倩 曹东辉 蔡振兴 王磊 石风鹤 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本公开涉及供热技术领域,具体的涉及一种燃气锅炉房的供热系统及能源利用方法。本发明公开了一种燃气锅炉房的供热系统,包括锅炉热水系统,锅炉热水系统分别与太阳能集热器连接、空气源热泵系统连接；空气源热泵系统与地源热泵系统连接；跨季节蓄能水环系统与地源热泵系统连接。在太阳能辐射强度较低时,以空气能、地热能作为辅助装置提供热量,来提高燃气锅炉回水温度,以节省燃气用量,实现“多能互补”。(The disclosure relates to the technical field of heat supply, in particular to a heat supply system of a gas boiler room and an energy utilization method. The invention discloses a heat supply system of a gas boiler room, which comprises a boiler hot water system, wherein the boiler hot water system is respectively connected with a solar heat collector and an air source heat pump system; the air source heat pump system is connected with the ground source heat pump system; the cross-season energy storage water loop system is connected with the ground source heat pump system. When the solar radiation intensity is low, the air energy and the geothermal energy are used as auxiliary devices to provide heat, so that the return water temperature of the gas boiler is increased, the gas consumption is saved, and multi-energy complementation is realized.)
技术领域
本公开涉及供热技术领域，具体的涉及一种燃气锅炉房的供热系统及能源利用方法。
背景技术
传统的燃气锅炉房在集中功能上单纯依靠燃气燃烧产生能源，在传输效率、环境污染等方面已经不能满足我国的用能需求。燃气锅炉房能源利用方式单一粗放、资源节约文明程度不够。由于我国“副煤、贫油、少气”的能源资源特点，发展太阳能、地源热泵、跨季节储能互补供热系统更符合我国国情。
“多能利用”因地制宜、根据燃气不可再生能源的特点，对多种能源进行综合利用、形成互补，从而提高能源供应的品质和效率，达到节能减排和绿色低碳的效果。时间互补根据能源间不同的波动特性和调节能力，将能源供应从时间角度进行互补利用和重新分配；热互补主要是通过将不同热能根据“温度对口、梯级利用”的原则注入到热力循环中的适当位置，达到提高能源转换效率和时间互补的效果。
“多能利用”系统是传统分布式能源应用和集中式能源应用的拓展，是一体化整合理念在供热供冷系统工程领域的具象化，使得分布式能源的应用由点扩展到面，由局部走向系统。“多能利用”系统不是多种能源的简单叠加，而要在系统高度上按照不同能源品位的高低进行综合互补利用，并统筹安排好各种能量之间的配合关系与转换使用，以取得最合理能源利用效果与效益。
“多能利用”系统主要有两类意义：一是面向终端用户热、冷等多种用能需求，因地制宜、统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化布局建设一体化集成供热供冷基础设施，通过天然气燃气锅炉、分布式可再生能源等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用；二是依托燃气锅炉房集中供热模式，叠加地热能、太阳能、余热等资源组合优势，推进“多能互补”系统运行。
“多能利用”的集中式功能系统对于建设清洁低碳，安全高效的现代能源体系具有重要意义和深远的战略意义。
发明内容
针对现有的技术方案的不足，本发明旨在提供一种燃气锅炉房的供热系统，实现太阳能、空气能、地源热泵、跨季节蓄能水环热泵四种可再生能源系统的同时利用，使系统更加节能环保。
为实现上述发明目的，本发明的一个或多个实施例提供了下述技术方案：
本发明公开了一种燃气锅炉房的供热系统，包括锅炉热水系统，锅炉热水系统分别与燃气锅炉、供暖系统循环水泵、供暖系统除雾器连接；太阳能集热器与补水箱连接；空气源热泵系统、地源热泵系统连接、跨季节蓄能水环系统均与分水器、集水器连接。
作为进一步的技术方案，锅炉热水系统包括锅炉，锅炉出水口连接供水管路；锅炉进水口连接回水管路。
作为更进一步的技术方案，回水管路上设置有供暖系统循环水泵和供暖系统除污器。
作为更进一步的技术方案，回水管路分别与补水箱和供暖回水管连接。
作为更进一步的技术方案，太阳能热水供水管上安装第十六电动阀；供暖回水管上安装有第十五电动阀。
作为更进一步的技术方案，太阳能热水系统包括补水箱；太阳能热水供水管连接补水箱；太阳能热水蓄热水箱与太阳能热水供水管连接的管路上安装锅炉热水系统补水泵；太阳能热水蓄热水箱内安装水位水温传感器；太阳能热水蓄热水箱与太阳能集热器的上端和下端分别通过热媒循环管连接。
作为更进一步的技术方案，太阳能热水蓄热水箱与太阳能集热器的上端连接的热媒循环管上安装有第十七电动阀；太阳能热水蓄热水箱与太阳能集热器的下端连接的热媒循环管上安装有太阳能热水蓄热循环水泵。
作为进一步的技术方案，空气源热泵系统包括空气源热泵模块机组，供暖回水管连接集水器的输入端；集水器的输入端还包括末端用户的回水管道；集水器的输出端分别连接地源热泵系统除污器、空调系统用户侧循环水泵、空气源热泵模块机组、地源热泵系统、跨季节蓄能水环热泵；分水器的输出端通过管路连接至太阳能热水供水管上接入锅炉热水回水管道上，同时分水器的输出端还包括末端用户的供水管道。分水器的输入端为供暖系统回水管道、水环热泵的回水管道、分集水器之间的连通管道。
作为进一步的技术方案，地源热泵系统包括供暖回水管道除污器、地源热泵机组以及空调系统用户侧循环水泵；地源热泵系统除污器连接空调系统用户侧循环水泵，经水泵加压后管道通过三通并联接至地源热泵机组以及空气源热泵模块机组的输入端。即分别连接至地源热泵机组及空气源热泵模块机组，水泵加压后分两路，一路接地源热泵机组，一路接空气源热泵模块机组。
作为进一步的技术方案，地源热泵系统还包括地源热泵系统埋管侧稳压装置，地源热泵系统埋管侧稳压装置与用户侧稳压装置连接；地源热泵系统埋管侧稳压装置与空调系统补水箱连接，空调系统补水箱与软化水装置连接；地源热泵系统埋管侧稳压装置通过稳压管与跨季节蓄能水环热泵系统的室外井连接。
作为更进一步的技术方案，空气源空调供水管上安装有地源热泵系统用户侧循环水泵。
作为进一步的技术方案，空气源热泵模块机组的输出端连接空气源空调供水管，空气源空调供水管与地源热泵空调供水管并联后连接至分水器的输入端，地源热泵空调供水管与水蓄冷板式换热器连接；水蓄冷板式换热器与集水器连接。
作为进一步的技术方案，水蓄冷板式换热器与消防水池连接，且连接管路上设置有水蓄冷循环水泵。
作为进一步的技术方案，水蓄冷板式换热器与地源热泵机组连接，地源热泵机组与地埋管换热器组成一回路；地源热泵机组与地埋管换热器组成的回路上设置有第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、第七电动阀和第八电动阀以及地源热泵系统埋管侧除污器。
作为进一步的技术方案，跨季节蓄能水环热泵系统还包括跨季节蓄能系统室外井装置，接蓄热水箱与跨季节蓄能系统室外井装置组成一回路；接蓄热水箱与跨季节蓄能系统室外井装置组成的回路上设置第一阀门和第二阀门。
作为进一步的技术方案，跨季节蓄能水环热泵的供回水管道通过管道与地源热泵系统、空气源热泵系统并联连接，在回路上安装有跨季节蓄能系统用户侧循环水泵和超声波热量表。
第二方面，本公开还涉及一种能源利用方法，基于本公开的一种燃气锅炉房的供热系统；
冬季集中供暖时，当太阳能集热器出口温度达到设定温度60℃时，第十七电动阀开启同时连锁启动太阳能热水蓄热循环水泵将太阳能集热器中的高温水压入太阳能热水蓄热水箱；
当太阳能集热器出口温度达到设定温度45℃时，太阳能热水蓄热循环水泵关闭、电动阀关闭；
将上述过程循环往复，太阳能热水蓄热水箱中的水位逐步上升，当贮热水箱水位到达100％时，电动阀及太阳能热水蓄热循环水泵关闭；同时，锅炉热水系统补水泵启动，太阳能热水蓄热循环水泵关闭，通过太阳能热水供水管将高温水输送至燃气锅炉中；
作为进一步的技术方案，冬季集中供暖时，当室内温度达到15℃时，启动空气源模块机组为锅炉回水，当室内温度达到8℃时关闭空气源模块机组；空气源热泵系统的空气源热泵模块机组通过空气源空调供水管经过分水器将热水输送至锅炉中；
作为进一步的技术方案，冬季集中供暖时，地源热泵系统开启第二电动阀、第四电动阀、第六电动阀和第八电动阀，关闭第一电动阀、第三电动阀、第五电动阀和第七电动阀，通过分水器将热水输出至锅炉回水管路中输出至锅炉中；
作为进一步的技术方案，冬季集中供热时，跨季节蓄能水环系统中开启第一阀门，关闭阀门第二阀门；
作为进一步的技术方案，当秋季锅炉未启用时，跨季节蓄能水环系统关闭第一阀门和第二阀门，开启第十三电动阀和第十四电动阀，将锅炉热水系统的热水输出至跨季节蓄能系统室外井装置内；
作为进一步的技术方案，当夏季制冷时，当室内温度到达24℃时，启动空气源系统的空气源热泵模块为厂区提供冷量，当室内温度达到30℃时，关闭空气源热泵模块；
作为进一步的技术方案，夏季制冷时，地源热泵系统关闭第二电动阀、第四电动阀、第六电动阀和第八电动阀，开启第一电动阀、第三电动阀、第五电动阀和第七电动阀；当消防水池兼做蓄冷水池需要蓄冷时，关闭第十一电动阀和第十二电动阀，启动第九电动阀和第十电动阀；当需要消防水池兼做蓄冷水池供冷时，关闭第十一电动阀，启动第九电动阀、第十电动阀、第十一电动阀。
作为进一步的技术方案，夏季制冷时，首先利用消防水池的冷量，当冷量不足时，先启用跨季节蓄能水环系统，再启用地源热泵系统，最后根据水泵间温度启动空气源热泵系统；在冬季供暖时，先启用跨季节蓄能水环系统，再启动地源热泵系统，最后根据水泵间温度启动空气源热泵系统。
以上一个或多个技术方案的有益效果是：
(1)本发明实现了太阳能、空气能、地源热泵、跨季节蓄能水环热泵四种可再生能源系统的同时利用，使系统更加节能环保。
(2)本发明通过各个单一系统之间的集成，兼具太阳能、空气能、地热能综合用能，在满足燃气锅炉房厂区建筑物用能的同时，又对“燃气锅炉”热水系统进行互补，弥补各自系统的缺陷，极大地提高了系统的综合能源利用效率。
(3)本发明在太阳能辐射强度较强时，充分利用太阳能集热器并提供热量，实现在秋季将太阳能热量置于地下，显著提高了太阳能的利用效率。
(4)本发明在太阳能辐射强度较低时，以空气能、地热能作为辅助装置提供热量，来提高燃气锅炉回水温度，以节省燃气用量，实现“多能互补”。
(5)本发明可以实现多种不同的运行模式，能够更好地满足燃气锅炉房厂区对供热、制冷的需求，而且是实现了系统全年运行，提高了设备的年利用率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本公开燃气锅炉房的供热系统的工作原理图；
图2为空气源模块机组布置示意图；
图中，1、燃气锅炉，2、供暖系统循环水泵，3、供暖系统除污器，4、地源热泵机组，5、水蓄冷板式换热器，6、消防水池，7、水蓄冷循环水泵，8、分水器，9、集水器，10、地源热泵系统除污器，11、空调系统用户侧循环水泵，12、空气源热泵模块机组，13、太阳能热水蓄热水箱，14、锅炉热水系统补水泵，15、太阳能热水蓄热循环水泵，16、太阳能集热器，17、地源热泵系统埋管侧循环水泵，18、地源热泵系统埋管侧除污器，19、地埋管换热器，20、地源热泵系统埋管侧稳压装置，21、地源热泵系统用户侧稳压装置，22、空调系统补水箱，23、软化水装置，24、跨季节蓄能水环热泵，25、跨季节蓄能空调系统室外侧循环水泵，26、跨季节蓄能系统用户侧循环水泵，27、跨季节蓄能系统室外井装置，28、超声波热量表，29、第一电动阀，30、第二电动阀，31、第三电动阀，32、第四电动阀，33、第五电动阀，34、第六电动阀，35、第七电动阀，36、第八电动阀，37、第九电动阀，38、第十电动阀，39、第十一电动阀，40、第十二电动阀，41、第十三电动阀，42、第十四电动阀，43、第十五电动阀，44、第十六电动阀，45、第一阀门，46、第二阀门，47、第十七电动阀，48、风机，49、风管，50、防火阀，51、高压变频器，52、高压变频间，53、空气源热泵模块机组，54、托架，55、远传温度计，56、就地温度计，57、水泵间。
具体实施方式
实施例1
如图1-2所示，本发明公开了一种燃气锅炉房的供热系统，该系统是实现燃气锅炉房“多能互补”的供热系统，包括锅炉热水系统，锅炉热水系统分别与补水箱、分水器、集水器连接；空气源热泵系统、地源热泵系统连接和跨季节蓄能水环系统并联连接。
锅炉热水系统包括锅炉，锅炉出水口连接供水管路；锅炉进水口连接回水管路。回水管路上设置有供暖系统循环水泵2和供暖系统除污器3。回水管路分别与太阳能热水供水管和供暖回水管连接。燃气锅炉1热水系统设计温度为40/110℃，通过循环水泵及锅炉燃烧器可以分别实现系统的量-质调节。
燃气锅炉1热水系统的补水系统需设置水处理系统，一般锅炉补水需经过钠离子水处理系统、多介质过滤器、除氧系统后储存于系统补水箱。市政一次网热力管网系统一般补水量为整个系统流量的2％，故设置屋顶式太阳能集热器16将补水箱内的水提高温度，以节省燃气消耗量，同时在过渡季节(秋季)补水箱可作为跨季节蓄能水环热泵室外井的热源，将热量储存在室外井中，以便提供水泵热泵冬季供暖的效率。
太阳能集热器16包括太阳能热水供水管，太阳能热水供水管上安装第十六电动阀44；供暖回水管上安装有第十五电动阀43。太阳能热水供水管连接太阳能热水系统。
进一步的，太阳能热水系统包括太阳能热水蓄热水箱13；太阳能热水蓄热水箱13与太阳能热水供水管连接的管路上安装锅炉热水系统补水泵14；太阳能热水蓄热水箱13与太阳能集热器16的上端和下端分别通过热媒循环管连接。太阳能热水蓄热水箱13与太阳能集热器16的上端连接的热媒循环管上安装有第十七电动阀47；太阳能热水蓄热水箱13与太阳能集热器16的下端连接的热媒循环管上安装有太阳能热水蓄热循环水泵15。并在太阳能热水蓄热水箱13内安装水位水温传感器。补水箱兼做蓄热水箱。
空气源热泵系统包括空气源热泵模块机组12，供暖回水管连接集水器9的输入端；集水器9的输出端分别连接分水器8、地源热泵系统除污器10以及连接跨季节蓄能水环热泵；其中，分水器8的输出端通过管道接至锅炉回水管道上。
空气源热泵系统，将空气源热泵模块机组12置于水泵间内，同时将电气高压变频间内变频器的散热引至水泵间，在冬季以提高水泵间的环境温度，来实现区域范围内的余热回收。同时水泵间设置就地温度计及远传温度计。
地源热泵系统包括地源热泵机组、埋管侧稳压装置20，地源热泵系统埋管侧稳压装置20、地源热泵系统用户侧稳压装置21通过管道与空调系统补水箱22连接。空调系统补水箱22与软化水装置23连接；地源热泵系统埋管侧稳压装置20通过稳压管与跨季节蓄能水环热泵24系统的稳压管连接。地源热泵系统除污器10分别连接集水器的出水母管以及地源热泵蓄冷时的空调回水管道。
地埋管地源热泵系统，在厂区绿地处布置室外埋管，锅炉房内布置制冷机房。在选用地源热泵机组4时可作为双工况机组，夏季借用厂区内的消防水池6，在夜间利用低谷电将消防水池6作为“蓄冷水池”，白天是利用“蓄冷水池”的冷量来满足厂区内需要供冷的房间，当“蓄冷水池”的冷量不能满足厂区供冷需求时，启动地源热泵系统，来为厂区提供冷量。
水蓄冷板式换热器5与蓄冷水池连接，且连接管路上设置有水蓄冷循环水泵7。水蓄冷板式换热器5与地源热泵机组4连接，地源热泵机组4与地埋管换热器19组成一回路；地源热泵机组4与地埋管换热器19组成的回路上设置有第一电动阀29、第二电动阀30、第三电动阀31、第四电动阀32、第五电动阀33、第六电动阀34、第七电动阀35和第八电动阀36。
还设置有跨季节蓄能水环热泵24系统，在厂区绿地处布置室外钻井。跨季节蓄能水环热泵24系统还包括跨季节蓄能系统室外井装置27，接蓄热水箱与跨季节蓄能系统室外井装置27组成一回路；接蓄热水箱与跨季节蓄能系统室外井装置27组成的回路上设置第一阀门45和第二阀门46。跨季节蓄能水环热泵24与高效石墨烯末端组成一回路，在回路上安装有跨季节蓄能系统用户侧循环水泵26和超声波热量表28。
如图2所示，展示的是空气源模块机组布置在实际场景中的示意图，在高压变频间52布置有风机48，风机48位于高压变频器51上方与高压变频器51连接，风机另一端通过风管49与防火阀50连接；将高压变频器的热量通过风管输送至水泵间，利用空气源热泵将热量吸收转换成热水
水泵间57空气源模块机组53位于托架54上方，在托架下方还设置有远传温度计55以及就地温度计56。远传温度计可以在集中控制室显示水泵间的温度，以便操控空气源热泵的开启。就地温度计是指能在水泵间内就地看到温度显示。
实施例2
第二方面，本公开还涉及一种能源利用方法，基于本公开的一种燃气锅炉1房的供热系统，具体的如下：
冬季集中供暖时，当太阳能集热器16出口温度达到设定温度60℃时，第十七电动阀47开启同时连锁启动太阳能热水蓄热循环水泵15将太阳能集热器16中的高温水压入太阳能热水蓄热水箱13；当太阳能集热器16出口温度达到设定温度45℃时，太阳能热水蓄热循环水泵15关闭、第十七电动阀47关闭；将上述过程循环往复，太阳能热水蓄热水箱13中的水位逐步上升，当贮热水箱水位到达100％时，第十七电动阀47及太阳能热水蓄热循环水泵15关闭；同时，锅炉热水系统补水泵14启动，太阳能热水蓄热循环水泵15关闭，通过太阳能热水供水管将高温水输送至燃气锅炉1中。
冬季集中供暖时，当室内温度到达15℃时，启动空气源模块机来为锅炉回水或是厂内建筑供暖提供热源，当室内温度到达8℃时关闭空气源热泵室外模块机组。
夏季供冷时，当室内温度为24度时，启动空气源模块机来为厂区提供冷量，当室内温度为30度时，关闭空气源模块机。空气源热泵与地源热泵系统并联连接，做到系统互补。
冬季集中供暖时，地源热泵系统在夜间利用低谷电将消防水池6作为“蓄冷水池”，白天是利用“蓄冷水池”的冷量来满足厂区内需要供冷的房间，当“蓄冷水池”的冷量不能满足厂区供冷需求时，启动地源热泵系统，来为厂区提供冷量。地源热泵系统开启第二电动阀30、第四电动阀32、第六电动阀34和第八电动阀36，关闭第一电动阀29、第三电动阀31、第五电动阀33和第七电动阀35，通过分水器8将热水输出至锅炉回水管路中输出至锅炉中，夏季正好相反。
夏季制冷时，地源热泵系统关闭第二电动阀30、第四电动阀32、第六电动阀34和第八电动阀36，开启第一电动阀29、第三电动阀31、第五电动阀33和第七电动阀35；当消防水池6兼做蓄冷水池需要蓄冷时，关闭第十一电动阀39和第十二电动阀40，启动第九电动阀37和第十电动阀38；当需要消防水池6兼做蓄冷水池供冷时，关闭第十一电动阀39，启动第九电动阀37、第十电动阀38、第十一电动阀39。
冬季集中供热时，跨季节蓄能水环系统中开启第一阀门45，关闭阀门第二阀门46；当秋季锅炉未启用时，跨季节蓄能水环系统关闭第一阀门45和第二阀门46，开启第十三电动阀41和第十四电动阀42，将锅炉补水箱的太阳能蓄热补充至钻井内，以提高水环热泵的效率。在季节转换进行阀门调整时，先把开启的阀门关闭后再打开相应开启的阀门，以免室内侧空调水与室外侧钻井管道连通而引起钻井管道超压。
夏季制冷时，先启用跨季节蓄能水环系统，再启用地源热泵系统，最后根据水泵间温度启动空气源热泵系统；在冬季供暖时，先启用跨季节蓄能水环系统，再启动地源热泵系统，最后根据水泵间温度启动空气源热泵系统。当夏季制冷时，空气源热泵系统、地源热泵系统、跨季节蓄能水环热泵可并联同时使用。同时厂区如有“低谷电”，夜间可利用地源热泵双工况机组，将冷量储存在消防水池中。白天当锅炉房房厂区用冷负荷较低时，优先使用消防水池的蓄冷量。
分别根据相应的空气源热泵、地源热泵、跨季节蓄冷系统的COP来控制各个系统的启停，同时，各个系统可单独给锅炉房厂区内的建筑单体提供热量和同时提供，还可以将部分热量提供给燃气锅炉1热水系统一次网内，以更大限度的实现节能。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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