一种空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及供热技术领域。具体地说是一种空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统。


背景技术：

2.空气源热泵能够将空气中的低位热量转换成高位热能，是一种节能装置。空气源热泵的安装和使用都比较方便，在城市供热采暖中具有广阔的应用前景。传统的空气源热泵机组在室外空气温度高于-3℃的情况可以安全可靠地运行，而我国寒冷地区冬季气温较低，且气候干燥，采暖室外计算温度基本在-5至-15℃，最冷月平均室外相对湿度基本在45％-65％之间。当室外空气温度降到-15℃的时候，空气源热泵的制热能力快速下降，导致电费升高，室内的采暖效果显著下降；当室外的温度降到-10℃的时候，空气源热泵的除霜能力更弱，不及时排掉管道中的水，还可能冻坏管道和设备。因此，在室外环境温度比较低，空气中热量比较少，加上受到冬季制热化霜的影响，单独采取空气源热泵供热，供热效果差、使用成本高。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种适用于室外计算温度低于-15℃时，供热效果好的空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，包括空气源热泵、电磁锅炉、供热补给水管道、第一储能水箱和第二储能水箱；所述供热补给水管道的流体出口端与所述第一储能水箱的第一流体入口端流体导通；所述第一储能水箱的第一流体出口端与所述空气源热泵的流体入口端流体导通，所述空气源热泵的流体出口端与所述第一储能水箱的第二流体入口端流体导通；所述第一储能水箱的第二流体出口端与所述第二储能水箱的第一流体入口端流体导通；所述第二储能水箱的第一流体出口端与所述电磁锅炉的流体入口端流体导通，所述电磁锅炉的流体出口端与所述第二储能水箱的第二流体入口端流体导通；所述第二储能水箱的第二流体出口端与供热系统供水管流体导通，供热系统回水管的流体出口端与所述第一储能水箱的第三流体入口端流体导通。
6.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述供热补给水管道的流体出口端与所述第一储能水箱的第一流体入口端之间安装有水处理装置；所述供热补给水管道的流体出口端与所述水处理装置的流体入口端通过自来水管流体导通，且在所述自来水管沿流体的流动方向上依次安装有温度计和蝶阀；所述水处理装置的流体出口端与所述第一储能水箱的第一流体入口端通过软化水管流体导通，且所述软化水管上安装有蝶阀；所述自来水管和所述软化水管均为公称直径dn65的管道；所述处理装置为锅炉软化水设备，所述锅炉软化水设备的处理量为16m3/h；所述锅炉软化水设备的树脂罐的高度为2.3m，内径为900mm；所述锅炉软化水设备的盐箱的高度为1.35m，内径为930mm。
7.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述第一储能水箱的第一流体出口端通过主机侧供水管与所述空气源热泵的流体入口端流体导通，邻近所述第一储能水箱的所述主机侧供水管上安装有空气源热泵循环水泵，所述空气源热泵循环水泵的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述主机侧供水管流体导通；所述第一储能水箱与所述空气源热泵循环水泵之间的所述主机侧供水管上安装有蝶阀，所述空气源热泵循环水泵与所述空气源热泵之间的所述主机侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀、蝶阀、自动排水器、压力表和温度计，所述空气源热泵通过挠性接头与第一分支管道流体导通，所述第一分支管道与所述主机侧供水管流体导通，且所述第一分支管道上安装有蝶阀。
8.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述空气源热泵的流体出口端通过主机侧回水管与所述第一储能水箱的第二流体入口端流体导通，所述空气源热泵通过挠性接头与第二分支管道流体导通，所述第二分支管道与所述主机侧回水管流体导通；所述第二分支管道上安装有蝶阀；所述主机侧供水管为公称直径dn400管道，所述第一分支管道和所述第二分支管道均为公称直径dn80管道；所述空气源热泵循环水泵的额定流量q1为900m3/h,额定扬程h1＝15m,额定功率n1＝55kw。
9.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述第二储能水箱的第一流体出口端通过主机侧供水管与所述电磁锅炉的流体入口端流体导通，邻近所述第二储能水箱的所述主机侧供水管上安装有电磁锅炉循环水泵，所述电磁锅炉循环水泵的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述主机侧供水管流体导通；所述第二储能水箱与所述电磁锅炉循环水泵之间的所述主机侧供水管上安装有蝶阀，所述电磁锅炉循环水泵与所述电磁锅炉之间的所述主机侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀、蝶阀、自动排水器、压力表和温度计，所述电磁锅炉通过挠性接头与第三分支管道流体导通，所述第三分支管道与所述主机侧供水管流体导通，且所述第三分支管道上安装有蝶阀。
10.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述电磁锅炉的流体出口端通过主机侧回水管与所述第二储能水箱的第二流体入口端流体导通，所述电磁锅炉通过挠性接头与第四分支管道流体导通，所述第四分支管道与所述主机侧回水管流体导通；所述第四分支管道上安装有蝶阀；所述主机侧回水管为公称直径dn300的管道，所述第三分支管道和所述第四分支管道均为公称直径dn100的管道；所述电磁锅炉循环水泵的额定流量q2为500m3/h,额定扬程h2＝19m,额定功率n2＝37kw。
11.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述第二储能水箱的第二流体出口端通过采暖侧供水管与所述供热系统供水管流体导通，邻近所述第二储能水箱的所述采暖侧供水管上安装有采暖侧循环水泵，所述采暖侧循环水泵的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述采暖侧供水管流体导通；所述第二储能水箱与所述采暖侧循环水泵之间的所述采暖侧供水管上安装有蝶阀，所述采暖侧循环水泵与所述供热系统供水管之间的所述采暖侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀和蝶阀；所述采暖侧供水管为公称直径dn300的管道；所述采暖侧循环水泵的额定流量q3为300m3/h,额定扬程h3＝47m,额定功率n3＝55kw。
12.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述供热系统回水管的流体出口端通过采暖侧回水管与所述第一储能水箱的第三流体入口端流体导通；邻近所述第一储能水箱的所述采暖侧回水管上安装有启闭器，且所述供热系统回水管与所述启闭器之间的所述采
暖侧回水管上沿流体流动方向依次安装有蝶阀、压力表、温度计和蝶阀，所述启闭器与所述第一储能水箱之间的所述采暖侧回水管上安装有蝶阀；在所述温度计与所述第一储能水箱之间的所述采暖侧回水管上设置有另一个蝶阀与所述启闭器及所述启闭器两侧的蝶阀形成并联管路；所述启闭器为型号为tjw41x-10的除污式回水自控阀；所述采暖侧回水管为公称直径dn300的管道。
13.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述第一储能水箱上设置有第一溢流口，所述第一溢流口通过第一溢流管与排水管流体导通，所述第一储能水箱上还设置有第一放空口，所述第一放空口通过第一放空管与所述排水管流体导通，且所述第一放空管上安装有蝶阀；所述第一溢流管和所述第一放空管均为公称直径dn80的管道；
14.所述第二储能水箱上设置有第二溢流口，所述第二溢流口通过第二溢流管与排水管流体导通，所述第二储能水箱上还设置有第二放空口，所述第二放空口通过第二放空管与所述排水管流体导通，且所述第二放空管上安装有蝶阀；所述第二溢流管和所述第二放空管均为公称直径dn80的管道。
15.上述空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统，所述空气源热泵为35台，所述电磁锅炉为17台；所述第一储能水箱的第一流体出口端分别与每台所述空气源热泵的流体入口端流体导通，每台所述空气源热泵的流体出口端分别与所述第一储能水箱的第二流体入口端流体导通；所述第二储能水箱的第一流体出口端分别与每台所述电磁锅炉的流体入口端流体导通，每台所述电磁锅炉的流体出口端分别与所述第二储能水箱的第二流体入口端流体导通；所述空气源热泵的型号为zgr-150，额定功率为44kw，电压等级为380v；所述电磁锅炉的额定功率为240kw，电压等级为380v；所述第一储能水箱和所述第二储能水箱的体积均为48m3。
16.本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
17.本实用新型将空气源热泵和电磁锅炉联合使用，通过控制空气源热泵和电磁锅炉的数量及设计参数，可弥补空气源热泵在室温温度低于-15℃时供暖效果差、使用成本高、出水温度低、供暖安全差等问题。本实用新型提供的空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统在供暖过程中运行稳定，采暖供回水实测温度达到(56～65)℃/(46～53)℃，采暖效果好，且供热成本相对原有1x10.5mw 1x7mw燃煤热水锅炉下降了10％。
附图说明
18.图1本实用新型空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统的结构示意图。
19.图中附图标记表示为：1-电磁锅炉；2-第一储能水箱；3-水处理装置；4-空气源热泵循环水泵；5-电磁锅炉循环水泵；6-采暖侧循环水泵；7-启闭器；8-空气源热泵；9-第二储能水箱；10-供热系统回水管；11-供热系统供水管；12-排水管；13-供热补给水管道；14-第一溢流管；15-第一放空管；16-第一分支管道；17-第二分支管道；18-第三分支管道；19-第四分支管道；
20.图中：lrg-主机侧供水管；lrh-主机侧回水管；rg-采暖侧供水管；rh-采暖侧回水管；sw-软化水管；zw-自来水管；“t
”‑
温度计；“pi
”‑
压力表；-挠性接头；-自动排水器；-止回阀；-蝶阀。
具体实施方式
21.本实施例中空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统的结构示意图如图1所示，包括空气源热泵8、电磁锅炉1、供热补给水管道13、第一储能水箱2和第二储能水箱9；所述供热补给水管道13的流体出口端与所述第一储能水箱2的第一流体入口端流体导通；所述供热补给水管道13的流体出口端与所述第一储能水箱2的第一流体入口端之间安装有水处理装置3；所述供热补给水管道13的流体出口端与所述水处理装置3的流体入口端通过自来水管流体导通，且在所述自来水管沿流体的流动方向上依次安装有温度计和蝶阀；所述水处理装置3的流体出口端与所述第一储能水箱2的第一流体入口端通过软化水管流体导通，且所述软化水管上安装有蝶阀；所述自来水管和所述软化水管均为公称直径dn65的管道；所述处理装置3为锅炉软化水设备，所述锅炉软化水设备的处理量为16m3/h；所述锅炉软化水设备的树脂罐的高度为2.3m，内径为900mm；所述锅炉软化水设备的盐箱的高度为1.35m，内径为930mm。
22.空气源热泵8为35台，所述电磁锅炉1为17台；所述第一储能水箱2的第一流体出口端分别与每台所述空气源热泵8的流体入口端流体导通，每台所述空气源热泵8的流体出口端分别与所述第一储能水箱2的第二流体入口端流体导通；所述第一储能水箱2的第一流体出口端通过主机侧供水管分别与每台所述空气源热泵8的流体入口端流体导通，邻近所述第一储能水箱2的所述主机侧供水管上安装有空气源热泵循环水泵4，所述空气源热泵循环水泵4的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述主机侧供水管流体导通；所述第一储能水箱2与所述空气源热泵循环水泵4之间的所述主机侧供水管上安装有蝶阀，所述空气源热泵循环水泵4与所述空气源热泵8之间的所述主机侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀、蝶阀、自动排水器、压力表和温度计，所述空气源热泵8通过挠性接头与第一分支管道16流体导通，所述第一分支管道16与所述主机侧供水管流体导通，且所述第一分支管道16上安装有蝶阀。
23.所述空气源热泵8的流体出口端通过主机侧回水管与所述第一储能水箱2的第二流体入口端流体导通，所述空气源热泵8通过挠性接头与第二分支管道17流体导通，所述第二分支管道17与所述主机侧回水管流体导通；所述第二分支管道17上安装有蝶阀；所述主机侧供水管为公称直径dn400管道，所述第一分支管道16和所述第二分支管道17均为公称直径dn80管道。
24.所述第一储能水箱2上设置有第一溢流口，所述第一溢流口通过第一溢流管14与排水管12流体导通，所述第一储能水箱2上还设置有第一放空口，所述第一放空口通过第一放空管15与所述排水管12流体导通，且所述第一放空管15上安装有蝶阀；所述第一溢流管14和所述第一放空管15均为公称直径dn80的管道；所述第二储能水箱9上设置有第二溢流口，所述第二溢流口通过第二溢流管与排水管12流体导通，所述第二储能水箱9上还设置有第二放空口，所述第二放空口通过第二放空管与所述排水管12流体导通，且所述第二放空管上安装有蝶阀；所述第二溢流管和所述第二放空管均为公称直径dn80的管道。
25.所述第一储能水箱2的第二流体出口端与所述第二储能水箱9的第一流体入口端流体导通，本实施例中，所述第一储能水箱2和所述第二储能水箱9之间通过4根公称直径dn400管道流体导通；所述第二储能水箱9的第一流体出口端分别与每台所述电磁锅炉1的流体入口端流体导通，每台所述电磁锅炉1的流体出口端分别与所述第二储能水箱9的第二
流体入口端流体导通；所述第二储能水箱9的第一流体出口端通过主机侧供水管与所述电磁锅炉1的流体入口端流体导通，邻近所述第二储能水箱9的所述主机侧供水管上安装有电磁锅炉循环水泵5，所述电磁锅炉循环水泵5的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述主机侧供水管流体导通；所述第二储能水箱9与所述电磁锅炉循环水泵5之间的所述主机侧供水管上安装有蝶阀，所述电磁锅炉循环水泵5与所述电磁锅炉1之间的所述主机侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀、蝶阀、自动排水器、压力表和温度计，所述电磁锅炉1通过挠性接头与第三分支管道18流体导通，所述第三分支管道18与所述主机侧供水管流体导通，且所述第三分支管道18上安装有蝶阀；
26.所述电磁锅炉1的流体出口端通过主机侧回水管与所述第二储能水箱9的第二流体入口端流体导通，所述电磁锅炉1通过挠性接头与第四分支管道19流体导通，所述第四分支管道19与所述主机侧回水管流体导通；所述第四分支管道19上安装有蝶阀；所述主机侧回水管为公称直径dn300的管道，所述第三分支管道18和所述第四分支管道19均为公称直径dn100的管道。
27.所述第二储能水箱9的第二流体出口端通过采暖侧供水管与所述供热系统供水管11流体导通，邻近所述第二储能水箱9的所述采暖侧供水管上安装有采暖侧循环水泵6，所述采暖侧循环水泵6的流体入口端和流体出口端分别通过挠性接头与所述采暖侧供水管流体导通；所述第二储能水箱9与所述采暖侧循环水泵6之间的所述采暖侧供水管上安装有蝶阀，所述采暖侧循环水泵6与所述供热系统供水管11之间的所述采暖侧供水管上沿流体流动方向依次安装有止回阀和蝶阀；所述采暖侧供水管为公称直径dn300的管道。
28.供热系统回水管10的流体出口端与所述第一储能水箱2的第三流体入口端流体导通。所述供热系统回水管10的流体出口端通过采暖侧回水管与所述第一储能水箱2的第三流体入口端流体导通；邻近所述第一储能水箱2的所述采暖侧回水管上安装有启闭器7，且所述供热系统回水管10与所述启闭器7之间的所述采暖侧回水管上沿流体流动方向依次安装有蝶阀、压力表、温度计和蝶阀，所述启闭器7与所述第一储能水箱2之间的所述采暖侧回水管上安装有蝶阀；在所述温度计与所述第一储能水箱2之间的所述采暖侧回水管上设置有另一个蝶阀与所述启闭器7及所述启闭器7两侧的蝶阀形成并联管路；所述启闭器7为型号为tjw41x-10的dn300除污式回水自控阀；所述采暖侧回水管为公称直径dn300的管道。
29.本实施例中，所述空气源热泵8的型号为zgr-150，额定功率为44kw，电压等级为380v，制热量为150kw，最大功率为59.1kw，最大制热量为164.8kw，设计每台空气源热泵8的最高出水温度为60℃，温为差5℃；所述电磁锅炉1的额定功率为240kw，电压等级为380v，热转换效率≥97％，设计每台电磁锅炉1的最高出水温度为85℃，温差为5℃；所述第一储能水箱2和所述第二储能水箱9的尺寸均为4m
×
4m
×
3m，体积均为48m3。所述空气源热泵循环水泵4的额定流量q1为900m3/h,额定扬程h1＝15m,额定功率n1＝55kw；本实施例中所述空气源热泵循环水泵4共设置2台，1台投入使用，1台做备用；所述电磁锅炉循环水泵5的额定流量q2为500m3/h,额定扬程h2＝19m,额定功率n2＝37kw；本实施例中所述电磁锅炉循环水泵5共设置2台，1台投入使用，1台做备用。所述采暖侧循环水泵6的额定流量q3为300m3/h,额定扬程h3＝47m,额定功率n3＝55kw，本实施例中采暖侧循环水泵6共设置2台，2台同时投入使用。
30.工作原理：供热补给水管道13中的自来水经水处理装置3软化处理后进入第一储
能水箱2，第一储能水箱2中的水在空气源热泵循环水泵4的作用下分别进入到由35台空气源热泵8组成的空气源热泵机组中进行初步加热，经空气源热泵机组初步加热后的水回到第一储能水箱2中，第一储能水箱2中温度初步升高的水进入第二储能水箱9中，并在电磁锅炉循环水泵5的作用下分别进入到由17台电磁锅炉1组成的电磁锅炉机组中进一步加热，加热后的水回流到第二储能水箱9中，第二储能水箱9中达到供热温度要求的采暖用水在采暖侧循环水泵6的作用下进入供热系统供水管实现供热；最后供热系统回水管中采暖回水经供热系统回水管回到第一储能水箱2中循环利用。另外，当第一储能水箱2和第二储能水箱9中的供水量过多时，可通过其上设置的溢流口排出，当需要将第一储能水箱2和第二储能水箱9排空时，可打开第一放空管和第二放空管上的蝶阀进行排水放空。
31.将本实施例的空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统在内蒙古地区进行测试。
32.1、测试工程简介
33.内蒙古蒙能风电供热有限公司风电供热100mw项目，是由内蒙古蒙能风电供热有限公司投资建设。该工程热源点共选址五处暨五个项目，项目地点分别为呼和浩特高度戒备监狱、呼和浩特市黄合少镇政府、呼和浩特市第二十二中学、呼和浩特市第九中学和赛罕区金河镇第二中心校供热。五个项目采暖面积合计约为21万m2。将本实施例设计的空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统用于位于高度戒备监狱供热站院内的供暖，高度戒备监狱位于呼和浩特市东南部，距呼和浩特市市区约15km，具体位于黄合少镇集贤村南约1.36km；新建锅炉房布置在原有锅炉房北侧。
34.该区域供暖面积约11.24万m2(本实施例中实际采暖面积为8.61万m2，留有二期扩建余地)，有约30％的采暖面积使用地暖，其余均为散热器取暖。将本实施例空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统替换原有1x10.5mw 1x7mw燃煤热水锅炉。
35.2.设计标准及相关参数
36.气象参数：供暖室外计算温度-17.0℃；年平均温度6.7℃；冬季日照率63％；极端最低温度-30.3℃；极端最高温度38.5℃；采暖期182天。
37.供暖相关参数：(1)按照建设单位提供资料，建筑物的供热系统设计均已完成，采暖综合热指标按照53.27w/m2设计。(2)供热负荷为5988kw。(3)采暖供回水设计温度为60℃/50℃。(4)设计压力：0.6mppa，水压试验压力：0.9mpa。
38.设计依据：《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》gb 50736-2012、《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》gb 50019-2015、《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》dl/t 5035-2016、《建筑设计防火规范》(2018年版)gb 50016-2014、《12系列建筑标准设计图集》以及建筑专业提供的锅炉房图纸。
39.本实施例在实施过程中，所有管道均采用焊接，阀门采用法兰连接；管道穿过墙壁时，设置金属套管；管道、管件及支架在使用前先清除表面锈斑等杂物，刷两道防锈底漆，两道银粉漆；系统安装完毕后进行水压试验，试验压力为0.9mp，在试验压力下10mi n内压力下降小于0.02mpa，将至工作压力后无渗漏。采暖管道经试压合格后投入使用前进行反复冲洗，直到排出水中不带泥沙铁渣等杂质且水色不浑浊时为合格。对室内非采暖区域管道进行保温，施工按照国家标准图集《管道与设备绝热》08r418-1执行。其他各项施工要求遵照现行的《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》。
40.经测试，本实施例中空气源热泵和电磁锅炉联合供热系统在呼和浩特高度戒备监
狱供热站院内的供暖过程中系统运行稳定，采暖供回水实测温度达到(56～65)℃/(46～53)℃，采暖效果好，且供热成本相对原有1x10.5mw 1x7mw燃煤热水锅炉下降了10％。
41.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。