一种基于余热供暖的跨季节地埋管蓄热调峰系统

本发明涉及区域供热，具体为一种基于余热供暖的跨季节地埋管蓄热调峰系统。

背景技术：

1、能源利用和环境污染问题早已成为当今世界倍受注视的热点问题之一，为了解决这些问题，我国将节能减排和新能源开发利用作为一项基本国策，据《中国统计年鉴》2022年我国工业部门的能源消耗量为348,551万吨标准煤，约占全国能源消耗的66%，对于中高品位余热的回收利用，动力回收、直接利用和采用热泵回收利用等技术已经比较成熟，而对于低品位工业余热的回收，热泵回收、配置吸收式系统将低品位余热转变为高品位余热、低温余热发电技术，吸附式制冷技术等日益成熟，其中用于供暖的低品位余热大部分是通过热泵技术直接回收。

2、低品位工业余热作为热源被广泛利用于供热系统，随着城镇化的快速推进，建筑供热面积增加，区域热网负荷增加，供热系统在设计上无法完全满足供暖需求，存在能源供应和需求在时间上的匹配问题，现有的方式是通过与其他调峰设备（如尖峰加热器、尖峰热水锅炉和蒸汽蓄热器等）联合运行来解决，不过调峰设备的引入使得在供热过程中化石能源消耗和温室气体排放增加，且由于调峰热负荷全部是在采暖季严寒期出现，调峰设备启动时电价大部分为当地尖峰月份电价，增加系统运行费用，一般的调峰设备只能解决供热系统短期供需匹配的问题，而储能技术可以拓宽能源供应和需求相匹配的时间跨度，增加余热利用率，减少温室气体排放。

3、因此，有必要提出一种基于余热供暖的跨季节地埋管蓄热调峰系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于余热供暖的跨季节地埋管蓄热调峰系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于余热供暖的跨季节地埋管蓄热调峰系统，包括工业余热热源和换热站，工业余热热源和换热站共同组成主回路，工业余热热源出水口和换热站进水口之间通过连接管道依次连接有第一阀门、第三循环泵、第一分流器、第七阀门、第二分流器、第八阀门以及第一循环泵，换热站出水口和工业余热热源进水口之间通过连接管道依次连接有第三分流器、第十阀门、第四分流器以及第五阀门，主回路外设有地埋管换热器，工业余热热源和地埋管换热器共同组成储热支路，工业余热热源出水口和地埋管换热器进水口之间通过连接管道依次连接有第一阀门、第三循环泵、第三循环泵、第二阀门、第六分流器以及第二循环泵，地埋管换热器出水口和工业余热热源进水口之间通过连接管道依次连接有第五分流器、第三阀门、第四分流器以及第五阀门，主回路外设有供热支路。

3、根据上述技术方案，主回路外设有吸收式热泵，工业余热热源、地埋管换热器、换热站以及吸收式热泵共同组成供热支路，吸收式热泵低温热源进水口通过连接管道依次连接有第九阀门和第三分流器，吸收式热泵低温热源出水口和地埋管换热器进水口通过连接管道依次连接有第四循环泵和第五分流器，地埋管换热器出水口和吸收式热泵热水进水口通过连接管道依次连接有第二循环泵和第六分流器以及第六阀门，吸收式热泵热水出水口通过连接管道依次连接有第十一阀门和第二分流器。

4、根据上述技术方案，吸收式热泵外设有生物质锅炉，生物质锅炉出水口通过连接管路连接至吸收式热泵驱动热水进水口，生物质锅炉进水口通过连接管路连接至吸收式热泵驱动热水出水口，生物质锅炉作为吸收式热泵的驱动热源。

5、根据上述技术方案，地埋管换热器进水口和出水口之间设置有第四阀门，通过第四阀门的开度调节控制旁通管路的流量，从而调节地埋管换热器的流量平衡以及控制通过地埋管换热器的进出口热量。

6、根据上述技术方案，工业余热热源接口、地埋管换热器循环回路、换热站进出水端以及吸收式热泵工作流道分别设置有若干高精度温度传感器，用于持续监测并记录各关键节点的流体温度数据，实现热回收与供热流程中温度参数的实时捕捉，控制阀门开闭的控制器负责接收来自温度传感器的温度数据，并根据预设的逻辑或算法判断哪些阀门需要开启或关闭，以优化系统的热回收效率和供热质量，电动执行器作为控制器的执行机构，电动执行器负责接收控制器的指令，并直接驱动阀门的开闭。

7、根据上述技术方案，

8、a、储热阶段

9、非采暖季通过地埋管换热器向土壤换热进行储热，系统以储热工况运行，具体为：

10、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门常闭；开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第二循环泵、第三循环泵；关闭第四阀门；当工业余热热源出水检测水温未达到设定值时，关闭第三循环泵；当工业余热热源出水检测水温达到设定值时，开启第三循环泵，载热流体通过工业余热热源被加热，然后流向地埋管换热器对周围的土壤进行放热，地埋管换热器出口处的温度降低到设定值，之后载热流体返回工业余热热源回收热量，当工业余热热源出水与土壤的温差达到设定值时，开启第二循环泵，向土壤注热，地埋管换热器中的载热流体开始循环与土壤换热，当工业余热热源出水与土壤的温差未达到设定值时，关闭第二循环泵，地埋管换热器停止循环。

11、b、供暖阶段

12、采暖季为取热供暖阶段，分为三种工况运行，具体为：

13、b1.储热+供热工况：第六阀门、第九阀门、第十一阀门常闭；开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门、第十阀门、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵；第四阀门关闭；工业余热热源输出载热流体至换热站和地埋管换热器，载热流体通过工业余热热源被加热，一部分进入换热站与二次网换热后返回工业余热热源，另一部分流进地埋管换热器与土壤进行换热，降温后返回工业余热热源。

14、b2.供热工况：第二阀门、第三阀门、第九阀门、第十一阀门常闭；开启第一阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门、第十阀门、第一循环泵、第三循环泵；工业余热热源输出载热流体至换热站，载热流体通过工业余热热源被加热至70℃，进入换热站与二次网换热至60℃后返回工业余热热源。

15、b3.取热工况：第二阀门常闭；开启第一阀门、第三阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵；通过第三分流器和第五分流器的开度调节分别控制进入吸收式热泵和地埋管换热器的流量；载热流体通过地埋管换热器取热后进入吸收式热泵，通过吸收式热泵加热后对换热站进行调峰，与从工业余热热源换热后的载热流体混合，进入换热站与二次网换热，降温后，一次网回水分为两部分，一部分回到工业余热热源；另一部分进入吸收式热泵，作为吸收式热泵的低温热源，换热后返回地埋管换热器进行取热，载热流体反向流动，从土壤进行取热，当地埋管循环流量＜吸收式热泵出口流量时，多余的载热流体通过第三阀门回到工业余热热源，当换热站出口测量的温度值未达到设定值时，启动第四循环泵，当换热站出口测量的温度值达到设定值时，关闭第四循环泵。

16、根据上述技术方案，步骤a中工业余热热源出水与土壤的温差≥5℃时启动第二循环泵，当工业余热热源出水与土壤的温差≤1℃时关闭第二循环泵。

17、根据上述技术方案，步骤a中工业余热热源出水检测水温≥70℃时，开启第三循环泵；当工业余热热源出水检测水温≤60℃时，关闭第三循环泵。

18、根据上述技术方案，步骤b2中根据换热站对于采暖温度设定值的需求控制第一循环泵的启闭。

19、根据上述技术方案，步骤b3中换热站出口测量的温度值≤55℃时，启动第四循环泵，换热站出口测量的温度值≥65℃时，关闭第四循环泵。

20、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

21、（1）利用地埋管换热器实现热量的跨季节储存，在供热高峰期能够释放储存的热量，有效缓解能源供需矛盾。

22、（2）采用地埋管和吸收式热泵结合的方式，在承担供热系统调峰负荷的同时降低一次网回水温度，提高余热回收率和系统能效。

23、（3）地埋管换热器在储热+取热工况的运行条件下一直有热水循环储存热量，保持土壤储热体在调峰运行前温度不变。