一种基于热泵的能源网络化利用装置及其系统的制作方法

1.本实用新型涉及热泵技术领域，具体涉及一种基于热泵的能源网络化利用装置及其系统。


背景技术：

2.能源网络化利用是一种以“梯级利用”的准则，把分布在不同地点的用能单位互联起来，按照一定的方式，尽可能与用户配合，满足用户用能需求，使能源达到最大化利用。
3.热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，也是全世界倍受关注的新能源技术。以空气源热泵为例，空气源热泵包括蒸发器、压缩机、热交换器、膨胀阀及冷媒等，其原理为：在冷媒循环过程中，冷媒先从自然界的空气中获取低品位热能，经过压缩机做功，然后再通过热交换器，向人们提供可被利用的高品位热能，最后经过膨胀阀，节能降压后，流入蒸发器，再吸取空气中的低品位热能，如此完成一个制热循环。目前在热泵的利用中，主要是将其产生的高品位热能，为用户提供热水、采暖等，但是热能的输配方式都是单个供热，即使用完的低温热水通过循环管循环回热泵机组内，再加热，而并未对剩余的热能做网络化的使用。
4.在现有文献中，cn106871214a公开了一种提高供热效率的热泵系统，该热泵系统通过采用分别与热泵机组、供热末端相连的两个储水罐，交替进行供热、制热，使得热泵机组能够长时间运行在能效比较高的工况，提高了整个系统的能效比，进而提高了供热效率。从上述技术中可看出，其直接为一个供热末端进行供热，当热源用完后，再输送回储罐中，但是由于仍然存在较高的余温，导致回流液与热泵机组的换热后，热交换的差值并不高，导致整体的热泵机组的cop值不高，热利用率仍然有待提升。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本实用新型目的之一在于提供一种基于热泵的能源网络化利用装置，解决上述传统的问题，其通过优化能源利用的模式，以网络化的方式进行调配，尽可能将热泵所产生的能源进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用。
6.本实用新型目的之二在于提供一种采用该基于热泵的能源网络化利用装置的系统。
7.本实用新型目的之一采用如下技术方案实现：
8.一种基于热泵的能源网络化利用装置，包括至少一个热泵、与所述热泵相连的热能用户单元及控制中心，所述热能用户单元包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的所述高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；所述控制中心与所述热泵、阶梯热能调配系统电性连接，用于对所述热泵所提供的热能进行智慧能源调配。
9.优选地，所述热能用户单元还包括用于连接所述热泵的输热端与所述高温用户的第一阶梯输热管、用于连接所述高温用户与所述中温用户的第二阶梯输热管、用于连接所述中温用户与所述低温用户的第三阶梯输热管及用于连接所述低温用户与所述热泵的回
热端的回流热管道；所述第一阶梯输热管设有第一分流热管及第二分流热管，所述第一分流热管与所述中温用户的热入口相连，所述第二分流热管与所述低温用户的热入口相连；所述第二阶梯输热管安装有第一热输送泵，所述第一热输送泵的出口还设有与所述低温用户相连的第三分流热管，所述第三阶梯输热管安装有第二热输送泵，所述回流热管道安装有第三热输送泵。
10.优选地，所述第一阶梯输热管、第二阶梯输热管、第三阶梯输热管、回流热管道、第一分流热管、第二分流热管、第三分流热管上均设有控制阀门。
11.优选地，所述回流热管道上还安装有热回流缓冲罐，所述热回流缓冲罐的出口安装有第四热输送泵，所述第四热输送泵的出口与所述热泵的回热端相连。
12.优选地，所述低温用户的热入口还相连有第四分流热管，所述第四分流热管用于与相邻的热泵的输热端相连。
13.优选地，所述热泵包括空冷器、压缩机、热交换器、膨胀阀、储热罐、主热输送泵、供热水管道及回水热管道，所述空冷器、压缩机、热交换器、膨胀阀首尾相连形成制热循环系统，所述储热罐、主热输送泵、供热水管道、热能用户单元、回水热管道形成与所述热交换器进行热交换的用热循环系统。
14.优选地，所述基于热泵的能源网络化利用装置还包括与所述控制中心电性连接的冷能利用单元，所述冷能利用单元包括冷交换器、储冷罐、主冷输送泵、供冷水管道、冷能用户单元及回水冷管道，所述冷交换器与所述空冷器为并联设置，所述储冷罐、主冷输送泵、供冷水管道、冷能用户单元、回水冷管道形成与所述冷交换器进行冷交换的用冷循环系统。
15.优选地，所述冷能用户单元包括第一阶梯输冷管、高用冷用户、第二阶梯输冷管、中用冷用户、第三阶梯输冷管、低用冷用户及回流冷管道，相邻的所述高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统，所述第一阶梯输冷管用于连接所述主冷输送泵的出口与所述高用冷用户，所述第一阶梯输冷管设有第一分流冷管及第二分流冷管，所述第一分流冷管与所述中用冷用户的冷入口相连，所述第二分流冷管与所述低用冷用户的冷入口相连；所述第二阶梯输冷管用于连接所述高用冷用户与所述中用冷用户，所述第二阶梯输冷管安装有第一冷输送泵，所述第一冷输送泵的出口还设有与所述低用冷用户相连的第三分流冷管；所述第三阶梯输冷管用于连接所述中用冷用户与所述低用冷用户，所述第三阶梯输冷管安装有第二冷输送泵；所述低用冷用户的冷入口还相连有第四分流冷管，所述第四分流冷管用于与相邻的热泵的输冷端相连；所述回流冷管道安装有冷回流缓冲罐及设于所述冷回流缓冲罐出口的第三冷输送泵，所述第三冷输送泵的出口与所述热泵的回冷端相连。
16.优选地，所述基于热泵的能源网络化利用装置还包括与所述热泵相连的供电单元，所述供电单元包括可再生能源发电模组及与所述可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心；所述可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。
17.本实用新型目的之二采用如下技术方案实现：
18.一种能源网络化利用系统，包括至少一个上述所述的基于热泵的能源网络化利用装置。
19.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
20.1、本实用新型的基于热泵的能源网络化利用装置通过优化能源利用的模式，将各
热能用户单元分为高温用户、中温用户和低温用户，再将各用户所组成的阶梯热能调配系统以网络化的方式进行调配，尽可能将热泵所产生的能源进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用。
21.2、本实用新型的基于热泵的能源网络化利用装置还通过设有冷能利用单元，将冷交换器与空冷器并联设置，再通过冷能用户单元将热泵所产生的冷能以网络化的方式进行再利用，以进一步地提高热泵所产生的冷能的利用率，在热泵所产生的热能利用的基础上，再将热泵所产生的冷能方面进行利用，实现热泵的热冷联供利用。
附图说明
22.图1为本实用新型的基于热泵的能源网络化利用装置的第一种结构的流程示意图；
23.图2为本实用新型的基于热泵的能源网络化利用装置的第二种结构的流程示意图。
24.图中：10、热泵；11、空冷器；12、压缩机；13、热交换器；14、膨胀阀；15、储热罐；16、主热输送泵；20、热能用户单元；21、高温用户；22、中温用户；23、低温用户；24、热回流缓冲罐；25、第四分流热管；30、冷能利用单元；31、冷交换器；32、储冷罐；33、主冷输送泵；40、冷能用户单元；41、高用冷用户；42、中用冷用户；43、低用冷用户；44、冷回流缓冲罐；45、第四分流冷管。
具体实施方式
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
28.请参阅图1-图2，为本实用新型一较佳实施例的基于热泵10的能源网络化利用装置，用于将热泵10所产生的热能、冷能进行网络化的阶梯利用，具体的，该基于热泵10的能源网络化利用装置包括至少一个热泵10、与热泵10相连的热能用户单元20及控制中心（图未示），热能用户单元20包括高温用户21、中温用户22及低温用户23，相邻的高温用户21、中温用户22、低温用户23组成阶梯热能调配系统；控制中心与热泵10、阶梯热能调配系统电性连接，用于对热泵10所提供的热能进行智慧能源调配。可理解地，该装置包括多个热泵10，通过控制中心，对各个热泵10所产的热能，对用户进行调配。其中，高温用户21的用热温度
＞中温用户22的用热温度＞低温用户23的用热温度，即高温用户21的用热温度最高。
29.上述基于热泵10的能源网络化利用装置通过优化能源利用的模式，将各热能用户单元20分为高温用户21、中温用户22和低温用户23，再将各用户所组成的阶梯热能调配系统以网络化的方式进行调配，尽可能将热泵10所产生的能源进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用。
30.再如图1，在其中一个实施例中，热能用户单元20还包括用于连接热泵10的输热端与高温用户21的第一阶梯输热管、用于连接高温用户21与中温用户22的第二阶梯输热管、用于连接中温用户22与低温用户23的第三阶梯输热管及用于连接低温用户23与热泵10的回热端的回流热管道；第一阶梯输热管设有第一分流热管及第二分流热管，第一分流热管与中温用户22的热入口相连，第二分流热管与低温用户23的热入口相连；第二阶梯输热管安装有第一热输送泵，第一热输送泵的出口还设有与低温用户23相连的第三分流热管，第三阶梯输热管安装有第二热输送泵，回流热管道安装有第三热输送泵。可理解的，在其中一阶梯热能调配系统中，当从中温用户22中供给低温用户23的用能不足时，控制中心通过数据收集及分析，可将高温用户21中的多余热能输配至低温用户23，或者直接从热泵10中调配多余热能至低温用户23；可理解地，该多余热能可以是热泵10的未调配的压缩功率或者已提前存储的热能。当热泵10输出的热水温度不太高时，可提供在热泵10的出口处增加加热设备，如电加热、天然气锅炉、生物质锅炉等等。
31.在本实施例中，第一阶梯输热管、第二阶梯输热管、第三阶梯输热管、回流热管道、第一分流热管、第二分流热管、第三分流热管上均设有控制阀门，通过控制各对应的控制阀门，以实现热能的输送及分配。
32.在另一实施例中，回流热管道上还安装有热回流缓冲罐24，热回流缓冲罐24的出口安装有第四热输送泵，第四热输送泵的出口与热泵10的回热端相连，将回流的热水集中在热回流缓冲罐24中，再通过第四热输送泵输送回热泵10中进行换热。低温用户23的热入口还相连有第四分流热管25，第四分流热管25用于与相邻的热泵10的输热端相连，即若热泵10的热能不足时，可以从其他区域的热泵10中分配热能过来。
33.在本实施例中，热泵10包括空冷器11、压缩机12、热交换器13、膨胀阀14、储热罐15、主热输送泵16、供热水管道及回水热管道，空冷器11、压缩机12、热交换器13、膨胀阀14首尾相连形成制热循环系统，储热罐15、主热输送泵16、供热水管道、热能用户单元20、回水热管道形成与热交换器13进行热交换的用热循环系统。其中，为了增加调峰的作用，增设有与储热罐15并联设置的供热主管，以不经过储热罐15，从热交换器13出来的热水直接输送至主热输送泵16的入口。制热循环系统内灌装有冷媒，如r245fa、r134a、r22、r142b、r515b、r1233zd、r141b、r407c、r410a、r32等，根据需要进行单个使用或者多个配搭使用，如r22+ r142b，r22+r245fa，r32+r515b，r32+r141b等，在此不再赘述。用热循环系统内灌装的是软化水或者纯净水。
34.再如图2所示，为了更好地利用热泵10所产生的冷能，该基于热泵10的能源网络化利用装置还包括与控制中心电性连接的冷能利用单元30，冷能利用单元30包括冷交换器31、储冷罐32、主冷输送泵33、供冷水管道、冷能用户单元40及回水冷管道，冷交换器31与空冷器11为并联设置，储冷罐32、主冷输送泵33、供冷水管道、冷能用户单元40、回水冷管道形成与冷交换器31进行冷交换的用冷循环系统。该冷能利用单元30将冷交换器31与空冷器11
并联设置，再通过冷能用户单元40将热泵10所产生的冷能以网络化的方式进行再利用，以进一步地提高热泵10所产生的冷能的利用率，在热泵10所产生的热能利用的基础上，再将热泵10所产生的冷能方面进行利用，实现热泵10的热冷联供利用。用冷循环系统所灌装的是冷冻水，冷冻水为乙二醇水溶液或者氯化钙水溶液。
35.在其中一实施例中，冷能用户单元40包括与供冷水管道相连的第一阶梯输冷管、高用冷用户41、第二阶梯输冷管、中用冷用户42、第三阶梯输冷管、低用冷用户43及回流冷管道，相邻的高用冷用户41、中用冷用户42、低用冷用户43组成阶梯冷能调配系统，第一阶梯输冷管用于连接主冷输送泵33的出口与高用冷用户41，第一阶梯输冷管设有第一分流冷管及第二分流冷管，第一分流冷管与中用冷用户42的冷入口相连，第二分流冷管与低用冷用户43的冷入口相连；第二阶梯输冷管用于连接高用冷用户41与中用冷用户42，第二阶梯输冷管安装有第一冷输送泵，第一冷输送泵的出口还设有与低用冷用户43相连的第三分流冷管；第三阶梯输冷管用于连接中用冷用户42与低用冷用户43，第三阶梯输冷管安装有第二冷输送泵；低用冷用户43的冷入口还相连有第四分流冷管45，第四分流冷管45用于与相邻的热泵10的输冷端相连；回流冷管道安装有冷回流缓冲罐44及设于冷回流缓冲罐44出口的第三冷输送泵，第三冷输送泵的出口与热泵10的回冷端相连。通过上述的设置，以对热泵10的冷端进行阶梯网络化冷能利用。
36.其中，高用冷用户41的用冷温度＜中用冷用户42的用冷温度＜低用冷用户43的用冷温度，即高用冷用户41的用冷温度最低。
37.可选地，为了避免热泵10的两端的冷能和热能利用不均，在回水热管道上增设有散热器，散热器可以为空冷器或者其他类型的散热设备，散热器与回水热管道为并联设置。
38.在另一些实施例中，基于热泵10的能源网络化利用装置还包括与热泵10相连的供电单元，供电单元包括可再生能源发电模组（图未示）及与可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心（图未示）；可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。通过利用可再生能源，为热泵10进行供电，以进一步地降低热泵10用能。
39.控制中心为ai智慧能源控制中心，通过云端或者高速网络传输的方式，收集和统计热泵10、热能用户单元20和冷能用户单元40的数据以及环境、电力数据，如热泵10的供热功率、供冷功率、储能情况、供电分配情况、热能用户单元20的用能情况、附近其他热能单元的用能情况、各单个用户的用能情况、冷能用户单元40的用能情况、附近其他冷能单元的用能情况、各单个用户的用能情况等，还收集用能单元的环境情况、供电单元的电力情况，作出实际的调整方案。在本实施例中，控制中心为单片机，其内集成了上述所说的一些控制及数据集成。其中，在各管路上设有控制阀、温度检测器（图中未示）、压力检测器（图中未示）等，以控制各回路的形成，以及监控各管路的温度和压力，在此不再赘述。
40.在另一些实施例中，本实用新型还提供一种能源网络化利用系统，包括至少一个上述的基于热泵10的能源网络化利用装置。通过统筹多个该装置，以实现系统的能源网络化调配。
41.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，包括至少一个热泵、与所述热泵相连的热能用户单元及控制中心，所述热能用户单元包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的所述高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；所述控制中心与所述热泵、阶梯热能调配系统电性连接，用于对所述热泵所提供的热能进行智慧能源调配。2.根据权利要求1所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述热能用户单元还包括用于连接所述热泵的输热端与所述高温用户的第一阶梯输热管、用于连接所述高温用户与所述中温用户的第二阶梯输热管、用于连接所述中温用户与所述低温用户的第三阶梯输热管及用于连接所述低温用户与所述热泵的回热端的回流热管道；所述第一阶梯输热管设有第一分流热管及第二分流热管，所述第一分流热管与所述中温用户的热入口相连，所述第二分流热管与所述低温用户的热入口相连；所述第二阶梯输热管安装有第一热输送泵，所述第一热输送泵的出口还设有与所述低温用户相连的第三分流热管，所述第三阶梯输热管安装有第二热输送泵，所述回流热管道安装有第三热输送泵。3.根据权利要求2所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述第一阶梯输热管、第二阶梯输热管、第三阶梯输热管、回流热管道、第一分流热管、第二分流热管、第三分流热管上均设有控制阀门。4.根据权利要求2所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述回流热管道上还安装有热回流缓冲罐，所述热回流缓冲罐的出口安装有第四热输送泵，所述第四热输送泵的出口与所述热泵的回热端相连。5.根据权利要求1所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述低温用户的热入口还相连有第四分流热管，所述第四分流热管用于与相邻的热泵的输热端相连。6.根据权利要求1所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述热泵包括空冷器、压缩机、热交换器、膨胀阀、储热罐、主热输送泵、供热水管道及回水热管道，所述空冷器、压缩机、热交换器、膨胀阀首尾相连形成制热循环系统，所述储热罐、主热输送泵、供热水管道、热能用户单元、回水热管道形成与所述热交换器进行热交换的用热循环系统。7.根据权利要求6所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述基于热泵的能源网络化利用装置还包括与所述控制中心电性连接的冷能利用单元，所述冷能利用单元包括冷交换器、储冷罐、主冷输送泵、供冷水管道、冷能用户单元及回水冷管道，所述冷交换器与所述空冷器为并联设置，所述储冷罐、主冷输送泵、供冷水管道、冷能用户单元、回水冷管道形成与所述冷交换器进行冷交换的用冷循环系统。8.根据权利要求7所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述冷能用户单元包括第一阶梯输冷管、高用冷用户、第二阶梯输冷管、中用冷用户、第三阶梯输冷管、低用冷用户及回流冷管道，相邻的所述高用冷用户、中用冷用户、低用冷用户组成阶梯冷能调配系统，所述第一阶梯输冷管用于连接所述主冷输送泵的出口与所述高用冷用户，所述第一阶梯输冷管设有第一分流冷管及第二分流冷管，所述第一分流冷管与所述中用冷用户的冷入口相连，所述第二分流冷管与所述低用冷用户的冷入口相连；所述第二阶梯输冷管用于连接所述高用冷用户与所述中用冷用户，所述第二阶梯输冷管安装有第一冷输送泵，所述第一冷输送泵的出口还设有与所述低用冷用户相连的第三分流冷管；所述第三阶梯输冷管用于连接所述中用冷用户与所述低用冷用户，所述第三阶梯输冷管安装有第二冷输送泵；所述低用冷用户的冷入口还相连有第四分流冷管，所述第四分流冷管用于与相邻的热
泵的输冷端相连；所述回流冷管道安装有冷回流缓冲罐及设于所述冷回流缓冲罐出口的第三冷输送泵，所述第三冷输送泵的出口与所述热泵的回冷端相连。9.根据权利要求1所述的基于热泵的能源网络化利用装置，其特征在于，所述基于热泵的能源网络化利用装置还包括与所述热泵相连的供电单元，所述供电单元包括可再生能源发电模组及与所述可再生能源发电模组电性连接的电力分配中心；所述可再生能源发电模组包括太阳能发电模组和/或风能发电模组。10.一种能源网络化利用系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-9任一项所述的基于热泵的能源网络化利用装置。

技术总结
本实用新型公开了一种基于热泵的能源网络化利用装置及其系统，该装置包括至少一个热泵、热能用户单元及控制中心，热能用户单元包括高温用户、中温用户及低温用户，相邻的高温用户、中温用户、低温用户组成阶梯热能调配系统；控制中心与热泵、阶梯热能调配系统电性连接，用于对热泵所提供的热能进行智慧能源调配。上述装置通过优化能源利用的模式，将各热能用户单元分为高温用户、中温用户和低温用户，再将各用户所组成的阶梯热能调配系统以网络化的方式进行调配，尽可能将热泵所产生的能源进行阶梯利用，以实现能源的最大化地有效利用。用。用。


技术研发人员：马革 褚川川 张强 韩耀华 邓晓文
受保护的技术使用者：广州森茂智慧能源科技有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/20