本發(fā)明屬于可再生能源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空氣源熱泵與蓄能系統(tǒng)聯(lián)用的集中供熱供冷系統(tǒng)及運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電近些年發(fā)展迅速，裝機(jī)容量不斷上升，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電在全國(guó)發(fā)電總量中所占穩(wěn)步增加。但是風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電受氣候條件制約較為顯著，其發(fā)電負(fù)荷的波動(dòng)性較大。因此，當(dāng)城市用電負(fù)荷比較低時(shí)，電網(wǎng)給可再生能源發(fā)電上網(wǎng)的空間較小，諸多因素導(dǎo)致風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電年平均利用小時(shí)數(shù)偏低，可再生能源得不到充分的利用，因此“棄能”問(wèn)題越來(lái)越顯著。同時(shí)，我國(guó)北方采暖地區(qū)集中供熱比例偏低，供暖期空氣污染嚴(yán)重，需要增加供熱熱源。針對(duì)可再生能源發(fā)電的消納和集中供熱問(wèn)題，目前主要采用電鍋爐等形式將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃渴褂?，但由于電能品位高，轉(zhuǎn)換能到的熱量品位較低，存在很大的不可逆損失，導(dǎo)致供熱能源成本較高。在此背景之下，本專(zhuān)利提出了一種可消納風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電等發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)比較大的可再生能源發(fā)電利用系統(tǒng)，用于滿足用戶(hù)冬天供熱和夏天供冷的需求，提升風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)增大熱網(wǎng)集中供熱能力，降低集中供熱和供冷的能源成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種空氣源熱泵與蓄能系統(tǒng)聯(lián)用，同時(shí)滿足用戶(hù)供熱和供冷需求的系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，適用于消納風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電等發(fā)電負(fù)荷波動(dòng)較大的場(chǎng)合，用于提升其年利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)增加熱網(wǎng)的集中供熱能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的空氣源熱泵與蓄能裝置組合的系統(tǒng)包括風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1、空氣源熱泵2、蓄能罐3和用戶(hù)4，其中空氣源熱泵2包括電機(jī)5、壓縮機(jī)6、蒸發(fā)器(冷凝器)7、冷凝器（蒸發(fā)器）8和節(jié)流裝置9組成。風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2相連接。蓄能罐3進(jìn)出口通過(guò)閥門(mén)13、閥門(mén)14、閥門(mén)15、閥門(mén)16和循環(huán)泵11與管網(wǎng)相連接。其中空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8的水側(cè)進(jìn)出口與管網(wǎng)連接。

管網(wǎng)系統(tǒng)連接方式如下：回水管網(wǎng)與用戶(hù)4相連，此外回水管路通過(guò)閥門(mén)13和增壓泵11與蓄能罐3底部相連，回水管路同時(shí)通過(guò)閥門(mén)12與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，回水管路通過(guò)閥門(mén)15與蓄能罐3的頂部連接。供水管路與用戶(hù)4連接，同時(shí)與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，供水管路通過(guò)閥門(mén)16和增壓泵11與蓄能罐3的底部連接，同時(shí)供水管路通過(guò)閥門(mén)14與蓄能罐3的頂部連接。

風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2連接方式如下：風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2的電機(jī)5連接，電機(jī)5與壓縮機(jī)6連接，蒸發(fā)器（冷凝器）7與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接，冷凝器（蒸發(fā)器）8與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接。

該系統(tǒng)可以通過(guò)閥門(mén)13、閥門(mén)14、閥門(mén)15和閥門(mén)16的切換，實(shí)現(xiàn)在夏季給用戶(hù)供冷和冬季給用戶(hù)供熱的目的。運(yùn)行方式如下：

冬季供熱運(yùn)行方式：

閥門(mén)16和閥門(mén)15關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制熱模式運(yùn)行，蒸發(fā)器7從空氣中提取熱量，冷凝器8將熱網(wǎng)回水進(jìn)行加熱，當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量超過(guò)用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14打開(kāi)，增壓泵11打開(kāi)，蓄能罐3底部的冷水通過(guò)增壓泵11和閥門(mén)13后與管網(wǎng)回水混合后共同進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8，混合水被加熱后部分熱水通過(guò)閥門(mén)14從蓄能罐3頂部進(jìn)入后在罐內(nèi)儲(chǔ)存，蓄能罐3處于蓄熱狀態(tài)；當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量不能滿足用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)16和閥門(mén)15仍然保持關(guān)閉，此時(shí)增壓泵11關(guān)閉，閥門(mén)13和閥門(mén)14保持開(kāi)啟，從用戶(hù)4的回水分兩路同時(shí)經(jīng)過(guò)冷凝器8和蓄能罐3，部分回水從蓄能罐3底部進(jìn)入，其它回水進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8被加熱，此時(shí)蓄能罐3中儲(chǔ)存的熱水從罐體頂部流出，與經(jīng)過(guò)冷凝器8被加熱的熱水混合后共同供給用戶(hù)4，蓄能罐3處于放熱狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的熱水維持用戶(hù)4的供熱需求。

夏季供冷運(yùn)行方式：

閥門(mén)13和閥門(mén)14關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制冷模式運(yùn)行，蒸發(fā)器8從回水中提取熱量，冷凝器8將熱量釋放到空氣中，當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8制取的回水的冷量超過(guò)用戶(hù)4需要的供冷量時(shí)，閥門(mén)15和閥門(mén)16打開(kāi)，增壓泵11關(guān)閉，通過(guò)蒸發(fā)器8制取的冷水部分通過(guò)閥門(mén)16進(jìn)入蓄能罐3的底部，同時(shí)蓄能罐3中的熱水從頂部流出通過(guò)閥門(mén)15與用戶(hù)回水混合，蓄能罐3處于蓄冷模式；當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8所制取的冷量不能滿足用戶(hù)4的需求時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14仍然保持關(guān)閉，閥門(mén)15和閥門(mén)16開(kāi)啟，增壓泵11開(kāi)啟，用戶(hù)4的回水分兩路，部分回水進(jìn)入蒸發(fā)器8，其它回水通過(guò)閥門(mén)15進(jìn)入蓄能罐3的頂部，進(jìn)入蒸發(fā)器8的回水被降溫后與蓄能罐3底部流出的冷水混合后共同輸送給用戶(hù)，蓄能罐3處于放冷模式。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的冷水維持用戶(hù)4的供冷需求。

蓄能罐3的內(nèi)部可以填充相變材料或者不填充相變材料，如果填充相變材料，其工作原理為熱水進(jìn)入蓄能罐3時(shí)，其中填充的相變材料被加熱產(chǎn)生相變（相變溫度低于熱水溫度，相變材料變成熱態(tài)），進(jìn)而吸收熱水的熱量，熱水溫度降低變成冷水從蓄能罐3的另一側(cè)流出，完成蓄熱過(guò)程；當(dāng)冷水進(jìn)入蓄能罐3時(shí)，相變材料產(chǎn)生相變釋放熱量（相變溫度高于冷水溫度，相變材料變成冷態(tài)），冷水被加熱成熱水后從另一側(cè)流出，完成放熱過(guò)程，相變材料可以采用石蠟型、熔融鹽型或者水和鹽類(lèi)組合類(lèi)型等蓄熱材料。如果不填充蓄熱材料，則利用熱水和冷水的密度差實(shí)現(xiàn)自然分層，熱水從蓄能罐3上方進(jìn)出，冷水從蓄能罐3下方進(jìn)出。

本發(fā)明的有益效果為，通過(guò)空氣源熱泵與蓄能裝置聯(lián)用，增加熱網(wǎng)的集中供熱能力。在冬季和夏季進(jìn)行運(yùn)行模式切換，滿足用戶(hù)供熱和供冷的需求同時(shí)，顯著的提升風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)，同時(shí)降低了供熱和供冷的能源成本。

附圖說(shuō)明

圖1為采用本系統(tǒng)時(shí)管網(wǎng)與熱用戶(hù)直接連接的示意圖;

圖2為采用本系統(tǒng)時(shí)管網(wǎng)與熱用戶(hù)間接連接的示意圖；

圖中，1-風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組，2-空氣源熱泵，3-蓄能罐，4-用戶(hù)，5-電機(jī)，6-壓縮機(jī)，7-蒸發(fā)器（冷凝器），8-冷凝器（蒸發(fā)器），9-節(jié)流裝置，10-循環(huán)泵，11-增壓泵，12-閥門(mén)，13-閥門(mén)，14-閥門(mén)，15-閥門(mén)，16-閥門(mén)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1，如圖1所示的管網(wǎng)與用戶(hù)采用直接連接的方式，此方式中通過(guò)空氣源熱泵制取的熱水或者冷水直接進(jìn)入用戶(hù)中的換熱設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)供熱或者供冷。

管網(wǎng)連接方式如下：

管網(wǎng)系統(tǒng)連接方式如下：回水管網(wǎng)與用戶(hù)4相連，此外回水管路通過(guò)閥門(mén)13和增壓泵11與蓄能罐3底部相連，回水管路同時(shí)通過(guò)閥門(mén)12與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，回水管路通過(guò)閥門(mén)15與蓄能罐3的頂部連接。供水管路與用戶(hù)4連接，同時(shí)與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，供水管路通過(guò)閥門(mén)16和增壓泵11與蓄能罐3的底部連接，同時(shí)供水管路通過(guò)閥門(mén)14與蓄能罐3的頂部連接。

風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2連接方式如下：風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2的電機(jī)5連接，電機(jī)5與壓縮機(jī)6連接，蒸發(fā)器（冷凝器）7與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接，冷凝器（蒸發(fā)器）8與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接。

該系統(tǒng)可以通過(guò)閥門(mén)13、閥門(mén)14、閥門(mén)15和閥門(mén)16的切換，實(shí)現(xiàn)在夏季給用戶(hù)供冷和冬季給用戶(hù)供熱的目的。運(yùn)行方式如下：

冬季供熱運(yùn)行方式：

閥門(mén)16和閥門(mén)15關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制熱模式運(yùn)行，蒸發(fā)器7從空氣中提取熱量，冷凝器8將熱網(wǎng)回水進(jìn)行加熱，當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量超過(guò)用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14打開(kāi)，增壓泵11打開(kāi)，蓄能罐3底部的冷水通過(guò)增壓泵11和閥門(mén)13后與管網(wǎng)回水混合后共同進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8，混合水被加熱后部分熱水通過(guò)閥門(mén)14從蓄能罐3頂部進(jìn)入后在罐內(nèi)儲(chǔ)存，蓄能罐3處于蓄熱狀態(tài)；當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量不能滿足用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)16和閥門(mén)15仍然保持關(guān)閉，此時(shí)增壓泵11關(guān)閉，閥門(mén)13和閥門(mén)14保持開(kāi)啟，從用戶(hù)4的回水分兩路同時(shí)經(jīng)過(guò)冷凝器8和蓄能罐3，部分回水從蓄能罐3底部進(jìn)入，其它回水進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8被加熱，此時(shí)蓄能罐3中儲(chǔ)存的熱水從罐體頂部流出，與經(jīng)過(guò)冷凝器8被加熱的熱水混合后共同直接供給用戶(hù)4，蓄能罐3處于放熱狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的熱水維持用戶(hù)4的供熱需求。

夏季供冷運(yùn)行方式：

閥門(mén)13和閥門(mén)14關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制冷模式運(yùn)行，蒸發(fā)器8從回水中提取熱量，冷凝器8將熱量釋放到空氣中，當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8制取的回水的冷量超過(guò)用戶(hù)4需要的供冷量時(shí)，閥門(mén)15和閥門(mén)16打開(kāi)，增壓泵11關(guān)閉，通過(guò)蒸發(fā)器8制取的冷水部分通過(guò)閥門(mén)16進(jìn)入蓄能罐3的底部，同時(shí)蓄能罐3中的熱水從頂部流出通過(guò)閥門(mén)15與用戶(hù)回水混合，蓄能罐3處于蓄冷模式；當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8所制取的冷量不能滿足用戶(hù)4的需求時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14仍然保持關(guān)閉，閥門(mén)15和閥門(mén)16開(kāi)啟，增壓泵11開(kāi)啟，用戶(hù)4的回水分兩路，部分回水進(jìn)入蒸發(fā)器8，其它回水通過(guò)閥門(mén)15進(jìn)入蓄能罐3的頂部，進(jìn)入蒸發(fā)器8的回水被降溫后與蓄能罐3底部流出的冷水混合后共同直接輸送給用戶(hù)，蓄能罐3處于放冷模式。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的冷水維持用戶(hù)4的供冷需求。

實(shí)施例2，如圖2所示的管網(wǎng)與用戶(hù)采用直接間連的方式，此方式中通過(guò)空氣源熱泵制取的熱水或者冷水不直接進(jìn)入用戶(hù)中的換熱設(shè)備，而是通過(guò)一個(gè)換熱器得到用戶(hù)需要的溫度的熱水或者冷水，從而實(shí)現(xiàn)供熱或者供冷，適用于空氣源熱泵制取的熱水溫度較高和制取的冷水溫度較低的場(chǎng)合。

管網(wǎng)連接方式如下：

管網(wǎng)系統(tǒng)連接方式如下：回水管網(wǎng)與用戶(hù)4相連，此外回水管路通過(guò)閥門(mén)13和增壓泵11與蓄能罐3底部相連，回水管路同時(shí)通過(guò)閥門(mén)12與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，回水管路通過(guò)閥門(mén)15與蓄能罐3的頂部連接。供水管路與用戶(hù)4連接，同時(shí)與空氣源熱泵2的冷凝器（蒸發(fā)器）8連接，供水管路通過(guò)閥門(mén)16和增壓泵11與蓄能罐3的底部連接，同時(shí)供水管路通過(guò)閥門(mén)14與蓄能罐3的頂部連接。

風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2連接方式如下：風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組1與空氣源熱泵2的電機(jī)5連接，電機(jī)5與壓縮機(jī)6連接，蒸發(fā)器（冷凝器）7與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接，冷凝器（蒸發(fā)器）8與壓縮機(jī)6和節(jié)流裝置9連接。

該系統(tǒng)可以通過(guò)閥門(mén)13、閥門(mén)14、閥門(mén)15和閥門(mén)16的切換，實(shí)現(xiàn)在夏季給用戶(hù)供冷和冬季給用戶(hù)供熱的目的。運(yùn)行方式如下：

冬季供熱運(yùn)行方式：

閥門(mén)16和閥門(mén)15關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制熱模式運(yùn)行，蒸發(fā)器7從空氣中提取熱量，冷凝器8將熱網(wǎng)回水進(jìn)行加熱，當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量超過(guò)用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14打開(kāi)，增壓泵11打開(kāi)，蓄能罐3底部的冷水通過(guò)增壓泵11和閥門(mén)13后與管網(wǎng)回水混合后共同進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8，混合水被加熱后部分熱水通過(guò)閥門(mén)14從蓄能罐3頂部進(jìn)入后在罐內(nèi)儲(chǔ)存，蓄能罐3處于蓄熱狀態(tài)；當(dāng)空氣源熱泵2的冷凝器8加熱熱網(wǎng)回水的熱量不能滿足用戶(hù)4需要的供熱量時(shí)，閥門(mén)16和閥門(mén)15仍然保持關(guān)閉，此時(shí)增壓泵11關(guān)閉，閥門(mén)13和閥門(mén)14保持開(kāi)啟，從用戶(hù)4的回水分兩路同時(shí)經(jīng)過(guò)冷凝器8和蓄能罐3，部分回水從蓄能罐3底部進(jìn)入，其它回水進(jìn)入空氣源熱泵2的冷凝器8被加熱，此時(shí)蓄能罐3中儲(chǔ)存的熱水從罐體頂部流出，與經(jīng)過(guò)冷凝器8被加熱的熱水混合后經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器得到用戶(hù)需要溫度的熱水再供給用戶(hù)4，蓄能罐3處于放熱狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的熱水維持用戶(hù)4的供熱需求。

夏季供冷運(yùn)行方式：

閥門(mén)13和閥門(mén)14關(guān)閉，循環(huán)泵10開(kāi)啟，空氣源熱泵2以制冷模式運(yùn)行，蒸發(fā)器8從回水中提取熱量，冷凝器8將熱量釋放到空氣中，當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8制取的回水的冷量超過(guò)用戶(hù)4需要的供冷量時(shí)，閥門(mén)15和閥門(mén)16打開(kāi)，增壓泵11關(guān)閉，通過(guò)蒸發(fā)器8制取的冷水部分通過(guò)閥門(mén)16進(jìn)入蓄能罐3的底部，同時(shí)蓄能罐3中的熱水從頂部流出通過(guò)閥門(mén)15與用戶(hù)回水混合，蓄能罐3處于蓄冷模式；當(dāng)空氣源熱泵2的蒸發(fā)器8所制取的冷量不能滿足用戶(hù)4的需求時(shí)，閥門(mén)13和閥門(mén)14仍然保持關(guān)閉，閥門(mén)15和閥門(mén)16開(kāi)啟，增壓泵11開(kāi)啟，用戶(hù)4的回水分兩路，部分回水進(jìn)入蒸發(fā)器8，其它回水通過(guò)閥門(mén)15進(jìn)入蓄能罐3的頂部，進(jìn)入蒸發(fā)器8的回水被降溫后與蓄能罐3底部流出的冷水混合后通過(guò)一個(gè)換熱器得到用戶(hù)需要溫度的冷水后再輸送給用戶(hù)，蓄能罐3處于放冷模式。當(dāng)風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電不足以驅(qū)動(dòng)空氣源熱泵2時(shí)，閥門(mén)12關(guān)閉，僅依靠蓄能罐3中的冷水維持用戶(hù)4的供冷需求。

本發(fā)明適用于提升風(fēng)電或者太陽(yáng)能發(fā)電的年利用小時(shí)數(shù)，解決目前比較普遍的“棄能”問(wèn)題，同時(shí)滿足用戶(hù)的供熱和供冷需求，相比電鍋爐供熱等方式能源消耗水平顯著降低。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。