专利名称：利用增热型供热机组的地热型集中供热系统及方法
技术领域：
本发明提出一种利用增热型供热机组的地热型集中供热方式，属于供热工程领域。 相对常规集中供热方式，该方式利用增热型供热机组代替常规集中供热方式中的换热站，利用一次热网提供的高温热水作为增热型供热机组驱动热源，充分利用一次网高温热水的做功能力，在不新增其它能源消耗的前提下，驱动增热型供热机组从低品位的地热或热水资源中提取热量。相比常规集中供热方式，该方式扩展了集中供热系统的热源形式，增大了系统供热能力，降低了供热成本。
背景技术：
在我国地热水资源丰富的地区，利用地热水资源供热具有环保效果好、供热成本低等特点。通常利用地热水供热方式分为两种，一种是地热水通过直接或间接换热方式向用户供热。该供热方式的缺点是地热水的回水温度较高，地热资源利用不充分，地热水消耗量较大、浪费比较严重。另一种是利用电动热泵对地热水进行梯级利用，降低地热水的回水温度。 目前利用浅层地热资源的电动土壤源或水源热泵技术在我国得到了大量推广与应用。电动热泵在冬季采暖时从低品位的浅层地热或水源资源中提取热量用于供热，在夏季空调时将室内的热量排放到浅层地热资源中。如果电动热泵系统冬天从地下提取和夏天向地下排放的热量不能做到冬夏平衡，随着运行时间的增加则会降低机组的性能。在相同采暖和空调面积下，通常土壤源和水源电动热泵机组在夏天排入到地下的热量要大于冬季从地下取出来的热量，因此利用浅层地热资源的电动热泵机组容易出现冬天从地下取热量和夏天向地下的排热量不平衡现象。这样不仅不利于机组的运行，还容易破坏浅层土壤源的热平衡。 在制备相同热量的前提下，电动热泵供热方式需要消耗大量电能作为驱动源，在电价较高的地区影响该系统的经济性应用。电动热泵多采用分散供热方式，如果与传统集中供热资源整合使用，则会在热水输配系统上消耗更多的电能，更加降低系统的经济性。但是传统的集中供热系统中一次网提供的高温热水仍然具有一定的做功能力，可以用其作为驱动热源从低品位热源中提取一部分热量，如果高温热水采用换热器换热方式，则高温热水的做功能力则被浪费掉。 为此本专利提出一种利用增热型供热机组的新型地热集中供热方式，该方式利用集中供热系统中的高温热水作为驱动热源，驱动增热型供热机组从低品位的浅层地热或水源中提取热量用于供热。该类机组夏天还可以转换为高温热水驱动的制冷机组使用。
这种新型集中供热方式，既能充分利用集中热源高温热水的做功能力，又能将地热资源和传统的集中供热资源有效整合，解决集中供热资源热源短缺等问题。如果采用地下高温热水作为增热型机组的低品位热源，则可以降低地热水的回灌温度，增大地热水的利用温差，提高单位体积地热水的取热量。与电动土壤源热泵供热方式相比，如果采用土壤源作为增热型机组的低品位热源，在相同供热量下土壤源增热型机组可以实现冬天从土壤 取热和天向土壤排放热量的季节性热平衡，可以更好的保护浅层地热资源。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种利用增热型供热机组的地热型集中供热方法 和系统。利用一次热网提供的热水作为增热型供热机组的驱动热源，利用增热型供热机组 提取低品位土壤源或水源资源向用户供热。较电动热泵方式，该方式可以充分利用集中供 热系统提高的高温热水的做功能力，减少对高品质能源的消耗。另外该方式可以将地热资 源与集中供热资源有效整合，减少一次热网和集中热源的初投资，增加集中供热系统的供 热能力，降低集中供热的供热成本。 本发明提出的的利用增热型供热机组的地热型集中供热系统，其特征在于，该供 热系统含有集中供热.热源、一次热网、增热型供热机组、地埋管路或水源取水井和水源回 灌井、二次热网、用户侧的散热末端及其连接附件；所述增热型供热机组为土壤源增热型
供热机组、或水源增热型供热机组，其中土壤源增热型供热机组由吸收式热泵、热网水_水 换热器及其连接管路构成，水源增热型供热机组由吸收式热泵、热网水-水换热器、地热 水_水换热器、水源取水井和水源回灌井及其连接管路构成。 在上述的供热系统中，当地热水的温度高于二次网的回水温度时，采用高温地热 水源增热型供热机组，该机组由吸收式热泵、热网水-水换热器、第一级地热水-水换热器、 第二级地热水_水换热器构成。 本发明提出的利用增热型供热机组的地热型集中供热方法，其特征在于，它是利 用一次热网提供的热水作为增热型供热机组的驱动热源，利用增热型供热机组提取低品位 土壤源或水源资源向用户供热；集中热源产生的高温热水通过一次热网供水管路输送到 位于各个热力站中的增热型供热机组中，一次热网提供的高温热水用作增热型供热机组的 驱动热源，驱动增热型供热机组从地热水源中提取热量， 一次热网水经过增热型供热机组 降温后通过一次热网回水管路返回到集中热源处，再被集中热源加热，完成一次网热水循 环过程；从热用户出来的二次网热水回水通过二次网回水管路进入增热型供热机组中，经 过加热后的二次网热水通过二次网供水管路输送给热用户，经过热用户侧的散热末端后将 热量释放给热用户，完成二次网热水循环过程；增热型供热机组利用一次热网高温热水作 为驱动热源，从低品位的浅层地热资源、地表水源、城市污水或深层高温地热水源中提取热 量，然后利用驱动热源提供的热量和低品位热源中提取的热量加热二次网热水，并通过二 次网热水向用户供热。 在上述供热方法中，所述水源增热型供热机组通过水源侧水_水换热器提取低品 位热源水中的热量，从水源抽水井中抽出的水释放热量后再被回灌到水源回灌井中；所述 土壤源增热型供热机组利用地下埋管中的水与浅层土壤交换热量，浅层土壤用作增热型供 热机组的低品位热源。 在上述供热方法中，所述一次网热水在增热型供热机组中的流程如下一次热网 提供的高温热水首先进入增热型供热机组中的吸收式热泵中，用作增热型供热机组的驱动 热源，驱动增热型供热机组中的吸收式热泵通过地热水_水换热器或地埋管换热器中提取 浅层土壤、地下水或深层地下水的热量，并将高温热水中的热量和低温地热水中提取的热量释放给二次热网回水。由于经过吸收式热泵后的一次网热水的温度仍然较高，为此可以 利用热网水_水换热器对被吸收式热泵加热过的二次热网水继续加热，直至二次网热水的 达到供水温度要求。 在上述供热方法中，对于水源型增热型供热机组，当温度较低的地下水从地下出 水井抽出后，直接进入增热型供热机组中的地下水_水换热器中，地下水被吸收式热泵提 取热量后温度降低，降温后的地下水再被回灌到地下水回灌井中。 在上述供热方法中，对于土壤源型增热型供热机组，地下埋管中的水进入增热型 供热机组中的吸收式热泵的低温侧释放热量，经过降温后再返回到地埋管中提取土壤中的 热量。 在上述供热方法中，对于地热源增热型供热机组，当地热井中的出水温度低于二 次网的回水温度，地热水的供热方法与水源增热型供热机组的流程相同；当地热水的温度 高于二次网热水的回水温度，地热水首先经过增热型供热机组中的第一级地热水-水换热 器降温，将热量释放给部分二次热网回水，将部分二次热网回水加热到供水要求，然后该部 分地热水进入第二级地热水_水换热器继续降温，将热量释放给吸收式热泵的低温侧，经 过吸收式热泵后的地热水以较低的温度回灌到地热水回灌井中。
在上述供热方法中，所述二次网热水在增热型供热机组的中流程如下对于水源
和土壤源增热型供热机组，二次热网回水先经过机组中的吸收式热泵升温，然后再经过热
网水-水换热器升温，直到达到需要的二次网供热温度；或者将二次网热水分为两路并联
进入增热型供热机组，分别由吸收式热泵或热网水_水换热器加热至二次网供水温度。 在上述供热方法中，所述对于地热源增热型供热机组，进入增热型供热机组后的
二次热网水被分成两部分， 一部分二次网热水由第一级地热水_水换热器加热，另一部分
二次网热水先由吸收式热泵机组加热、再由热网水-水换热器继续加热，直到达到需要的
二次网供热温度；或者将二次网热水分为三路并联进入增热型供热机组，分别由吸收式热
泵或热网水_水换热器或第一级地热水_水换热器加热至二次网供水温度。 本发明的主要优点如下第一，相对于传统的集中供热方式，在相同供热面积下，
采用增热型供热机组后，集中热源的设计容量降低，一次热网的热水流量可以降低，一次热
网和集中热源的初投资均可以降低；第二，一次热网提供的高温热水仍然具有一定的做功
能力，可以用作增热型供热机组驱动热源，在不新增加其它能源消耗的前提下即可从低品
位热源(如浅层地热或水源)中提取热量用于供热。整个供热系统的热源既包括集中供热
热源，又包括分散在各个热力站处的低品位热源。可以增大集中供热系统的供热能力，缓
解城市集中供热系统热源不足的问题；第三，将浅层地热资源或低品位热源的水源热源纳
入城市集中供热热源中，在相同供热面积下，可以减少常规热源的能源消耗量，降低供热成
本；第四，对于土壤源增热型供热机组的地热集中供热方式，同电驱动土壤源热泵相比，前
者更有利于实现冬夏季节性的热平衡，并且系统的一次能源利用效率更高。
图1为本发明的利用不同类型增热型供热机组的新型集中供热方式的基本流程 示意图。 图中符号含义如下
1-集中供热热源2-—次热网供水管3-—次热网回水管4-土壤源增热型供热 机组5-二次热网供水管6-二次热网回水管7-热用户8-吸收式热泵9-热网水-水换 热器10-地下水供水管11-地下水回水管12-地下埋管13-水源增热型供热机组14-地 下水-水换热器15-水源侧抽水井16-水源侧回灌井17-地热源增热型供热机组18-第 一级地下水-水换热器19-第二级地下水-水换热器20-地热水抽水井21-地热水回灌 井。 图2为本发明的利用水源增热型供热机组的新型集中供热方式基本流程示意图。
图中符号l-集中供热热源2-—次热网供水管3-—次热网回水管4-水源增 热型供热机组5-二次热网供水管6-二次热网回水管7-用户侧的散热末端8-水源侧 水-水换热器9-吸收式热泵10-热网水-水换热器11-水源侧抽水井12-水源侧回灌 井。 图3为本发明的利用土壤源增热型供热机组的地热型集中供热方式流程示意图。
图中符号l-集中供热热源2-—次热网供水管3-—次热网回水管4-土壤源增 热型供热机组5-二次热网供水管6-二次热网回水管7-热用户侧的散热末端8-吸收式 热泵9-热网水-水换热器10-地埋管供水管11-地埋管回水管12-地下埋管。
图4为本发明的利用地热源增热型供热机组的地热型集中供热方式基本流程示 意图。 图中符号l-集中供热热源；2-—次热网供水；3_—次热网回水；4_地热源增热 型供热机组；5-二次热网回水；6-二次热网供水；7-热用户侧散热末端；8_地热水取水 井；9-第一级地热水-水换热器；10-第二级地热水-水换热器；ll-吸收式热泵；12_热网 水-水换热器。 图5为本发明的土壤源或水源增热型供热机组与常规热力站联合集中供热方式 示意图。 图中符合l集中供热热源2—次热网供水管3—次热网回水管4土壤源增热型 供热机组5二次热网供水管6二次热网回水管7热用户侧的散热末端8吸收式热泵9热 网水-水换热器IO地埋管供水管ll地埋管回水管12地埋管路13水源增热型供热机组 14水源侧水-水换热器15水源侧抽水井16水源侧回灌井17常规水-水换热机组。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式
进行说明。 本发明的技术方案是利用增热型供热机组替代传统热力站中的换热器，增热型 供热机组利用一次热网提供的热水作为驱动热源，同时从土壤或地热水中提取热量，并向 用户供热。这种新型集中供热系统是由集中供热热源、一次热网、增热型供热机组、水源侧 水-水换热器、热网水-水换热器、地下埋管、水源抽水井和回灌井、二次热网和用户侧的散 热末端及其管路和附件构成。 根据不同的低品位热源形式，利用增热型供热机组的集中供热系统的应用形式略 微有些区别。针对低品位的水源，可以使用水源增热型供热机组；针对浅层土壤热源，可以 使用土壤源增热型供热机组，针对高温地热水源，可以使用地热源增热型供热机组。根据低 品位热源形式和用户的不同，在集中供热系统中既可以有一种类型的增热型供热机组，也可以多种类型的增热型供热机组联合使用，还可以与常规的热力站联合使用。 集中热源提供的热水通过一次热网输送到位于各个热力站中的增热型供热机组
中，用作增热型供热机组的驱动热源，然后经过一次热网返回到集中热源。低品位的热源水
作为增热型供热机组的低品位热源，低品位热源水经过降温后再返回到低品位热源。增热
型供热机组利用一次热网热水作为驱动热源从低品位的浅层地热或水源中提取热量，用于
加热二次网回水，向用户提供热量。 实施例1 :一种利用水源增热型供热机组的新型集中供热方式 利用水源增热型供热机组的新型集中供热方式。如图1所示，系统由集中供热热 源1 (通常是热电联产、燃煤或燃气锅炉房)、一次热网供水管2与回水管3、水源增热型供 热机组4、二次热网回水管5和供水管6、用户侧散热末端7、水源侧抽水井11、水源侧回水 井12及其附件组成。其中水源侧增热型供热机组4是由水源侧水_水换热器8、吸收式热 泵9、热网水-水换热器10及其连接管路构成。集中供热热源1产生13(TC左右的热水，通 过一次热网供水管2将热水输送给水源增热型供热机组4，一次网热水进入增热型供热机 组后首先进入吸收式热泵9，并用作吸收式热泵9的驱动热源。从吸收式热泵9出来的一 次网热水的温度仍然较高，可以通过热网水_水换热器10继续加热二次网热水，一次热网 水经过热网水-水换热器降温后，再通过一次热网回水管3返回集中供热热源1。水源侧 抽水井11抽出的低品位热水进入水源侧水_水换热器8后将热量释放给吸收式热泵9的 低温侧。低品位的热水被吸收式热泵9提取热量后，低品位的水源侧热水约降温到l(TC左 右，被回灌到水源侧回灌井12中。用户侧二次网回水首先进入吸收式热泵9中被加热，吸 收式热泵9将从水源侧水-水换热器中提取的热量和一次网高温水中用作驱动热源的热量 释放给二次网回水，温度提高后的二次网回水再进入热网水-水换热器10中继续被加热， 二次网热水达到供热需求温度后经过二次网供水管5送入到用户侧的散热末端7中。
实施例2 :—种利用土壤源增热型供热机组的地热型集中供热方式
利用土壤源增热型供热机组的地热型集中供热方式。如图2所示，系统由集中供 热热源1 (通常是热电联产、燃煤或燃气锅炉房)、一次热网供水管2与回水管3、土壤源增 热型供热机组4、二次热网回水管5和供水管6、热用户侧的散热末端7、地埋管供水管10、 地埋管回水管11、地下埋管12及其附件组成。其中土壤源增热型供热机组4是由吸收式热 泵8、热网水-水换热器9及其连接管路构成。集中供热热源1产生13(TC左右的热水，通 过一次热网供水管2将热水输送给土壤源增热型供热机组4， 一次网热水进入增热型供热 机组后首先进入吸收式热泵8，并用作吸收式热泵8的驱动热源。从吸收式热泵8出来的一 次网热水的温度仍然较高，可以通过热网水_水换热器9继续加热二次网热水， 一次热网水 经过热网水-水换热器降温后，再通过一次热网回水管3返回集中供热热源l。 土壤源增热 型供热机组4中的吸收式热泵8从地埋管换热器12中提取浅层土壤中的热量，并将高温热 水中作为驱动热源的热量和浅层土壤中的热量释放给二次热网回水。经过吸收式热泵8后 的二次网热水可以通过热网水-水换热器继续被加热，直至二次网热水的供水温度达到供 热要求。地下埋管中的水进入增热型供热机组后将热量释放给吸收式热泵8的低温侧，在 经过增热型供热机组降温后再返回到地埋管中提取土壤中的热量。 土壤源增热型供热机组也可以与常规水_水换热站或水源增热型供热机组并联 后联合使用。如图2所示。
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实施例3 :—种利用地热源增热型供热机组的地热型集中供热方式
—种利用地热源增热型供热机组的地热型集中供热方式。如图3所示，系统由集 中供热热源1 (通常是热电联产、燃煤或燃气锅炉房)、一次热网供水管2与回水管3、地热 源增热机组4、二次热网回水管5和供水管6、用户侧散热末端7、地热出水井8、地热回水井 9及其附件组成。集中供热热源1产生13(TC左右的热水，然后通过一次热网供水管2，将热 水供给地热源增热型供热机组4作为其驱动热源，驱动地热源增热型供热机组从地热水中 提取热量。 一次网热水从吸收式热泵11出来的温度仍然较高，可以继续通过热网水-水换 热器12将热量传递给一部分二次网热水，经过热网水-水换热器降温后，再通过一次热网 回水管3返回集中供热热源1。地热井的出水温度通常在50 IO(TC左右，地热水先通过第 一级地热水_水换热器将热量释放给部分二次热网水。由于地热水的温度仍然较高，仍然 可以被利用，为了增加单位体积地热水的取热量，从第一级地热水_水换热器出来的地热 水再进入吸收式热泵11的低温侧，被吸收式热泵提取热量后，地热水约降温到l(TC左右， 最后再被回灌到地热井13中。用户侧二次网回水被分为三部分，分别被第一级地热水-水 换热器9、吸收式热泵11、热网水-水换热器12加热，升温后通过二次网供向用户。
实施例4 :一种利用不同类型增热型供热机组的新型集中供热方式
根据低品位热源形式的不同，适合不同类型低温热源的增热型供热机组可以在一 个系统中联合使用。如图4所示。
权利要求
利用增热型供热机组的地热型集中供热系统，其特征在于，该供热系统含有集中供热.热源、一次热网、增热型供热机组、地埋管路或水源取水井和水源回灌井、二次热网、用户侧的散热末端及其连接附件；所述增热型供热机组为土壤源增热型供热机组、或水源增热型供热机组，其中土壤源增热型供热机组由吸收式热泵、热网水-水换热器及其连接管路构成，水源增热型供热机组由吸收式热泵、热网水-水换热器、地热水-水换热器、水源取水井和水源回灌井及其连接管路构成。
2. 根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，当地热水的温度高于二次网的回水 温度时，采用高温地热水源增热型供热机组，该机组由吸收式热泵、热网水_水换热器、第 一级地热水_水换热器、第二级地热水_水换热器构成。
3. 利用增热型供热机组的地热型集中供热方法，其特征在于，它是利用一次热网提供 的热水作为增热型供热机组的驱动热源，利用增热型供热机组提取低品位土壤源或水源资 源向用户供热；集中热源产生的高温热水通过一次热网供水管路输送到位于各个热力站中 的增热型供热机组中，一次热网提供的高温热水用作增热型供热机组的驱动热源，驱动增 热型供热机组从地热水源中提取热量，一次热网水经过增热型供热机组降温后通过一次热 网回水管路返回到集中热源处，再被集中热源加热，完成一次网热水循环过程；从热用户出 来的二次网热水回水通过二次网回水管路进入增热型供热机组中，经过加热后的二次网热 水通过二次网供水管路输送给热用户，经过热用户侧的散热末端后将热量释放给热用户， 完成二次网热水循环过程；增热型供热机组利用一次热网高温热水作为驱动热源，从低品 位的浅层地热资源、地表水源、城市污水或深层高温地热水源中提取热量，然后利用驱动热 源提供的热量和低品位热源中提取的热量加热二次网热水，并通过二次网热水向用户供 热。
4. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，所述水源增热型供热机组通过水源 侧水-水换热器提取低品位热源水中的热量，从水源抽水井中抽出的水释放热量后再被回 灌到水源回灌井中；所述土壤源增热型供热机组利用地下埋管中的水与浅层土壤交换热 量，浅层土壤用作增热型供热机组的低品位热源。
5. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于所述一次网热水在增热型供热机组 中的流程如下一次热网提供的高温热水首先进入增热型供热机组中的吸收式热泵中，用 作增热型供热机组的驱动热源，驱动增热型供热机组中的吸收式热泵通过地热水_水换热 器或地埋管换热器中提取浅层土壤、地下水或深层地下水的热量，并将高温热水中的热量 和低温地热水中提取的热量释放给二次热网回水。由于经过吸收式热泵后的一次网热水的 温度仍然较高，为此可以利用热网水_水换热器对被吸收式热泵加热过的二次热网水继续 加热，直至二次网热水的达到供水温度要求。
6. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，对于水源型增热型供热机组，当温度 较低的地下水从地下出水井抽出后，直接进入增热型供热机组中的地下水-水换热器中， 地下水被吸收式热泵提取热量后温度降低，降温后的地下水再被回灌到地下水回灌井中。
7. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，对于土壤源型增热型供热机组，地下 埋管中的水进入增热型供热机组中的吸收式热泵的低温侧释放热量，经过降温后再返回到 地埋管中提取土壤中的热量。
8. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，对于地热源增热型供热机组，当地热井中的出水温度低于二次网的回水温度，地热水的供热方法与水源增热型供热机组的流程 相同；当地热水的温度高于二次网热水的回水温度，地热水首先经过增热型供热机组中的 第一级地热水_水换热器降温，将热量释放给部分二次热网回水，将部分二次热网回水加 热到供水要求，然后该部分地热水进入第二级地热水_水换热器继续降温，将热量释放给 吸收式热泵的低温侧，经过吸收式热泵后的地热水以较低的温度回灌到地热水回灌井中。
9. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，所述二次网热水在增热型供热机组 的中流程如下对于水源和土壤源增热型供热机组，二次热网回水先经过机组中的吸收式 热泵升温，然后再经过热网水-水换热器升温，直到达到需要的二次网供热温度；或者将二 次网热水分为两路并联进入增热型供热机组，分别由吸收式热泵或热网水_水换热器加热 至二次网供水温度。
10. 根据权利要求3所述的供热方法，其特征在于，所述对于地热源增热型供热机 组，进入增热型供热机组后的二次热网水被分成两部分，一部分二次网热水由第一级地热 水-水换热器加热，另一部分二次网热水先由吸收式热泵机组加热、再由热网水-水换热器 继续加热，直到达到需要的二次网供热温度；或者将二次网热水分为三路并联进入增热型 供热机组，分别由吸收式热泵或热网水_水换热器或第一级地热水_水换热器加热至二次 网供水温度。
全文摘要
本发明涉及一种利用增热型供热机组的地热型集中供热方法，属于供热工程领域。所述供热方法是利用土壤源或水源增热型供热机组取代常规集中供热方式中的换热器，利用一次热网提供的高温热水作为增热型供热机组的驱动热源，从浅层土壤或水源等低品位热源中提取热量，然后利用驱动热源和低品位热源提供的热量加热二次热网水并向用户供热。该种供热方式主要由集中热源(通常是热电联产机组、燃煤或燃气供热锅炉等)、一次热网、增热型供热机组、二次热网、地下埋管、水源取水井和回灌井、用户侧的散热末端及其连接附件组成。相比常规集中供热方式，该方法扩展了集中供热系统的热源形式，增大了系统供热能力，降低了供热成本。
文档编号F24D3/18GK101718452SQ20091023845
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者付林, 张世钢, 张群力, 李岩, 李永红, 江亿, 罗勇, 赵玺灵 申请人:清华大学;北京环能瑞通科技发展有限公司