專利名稱：可再生能源的城市大熱容水環系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種城市大熱容水環系統，屬于區域能源綜合利用技術領域。
背景技術：
目前國內外聯合供能系統的研究主要集中在常規能源的熱電聯產系統以及熱電冷聯供系統。從國內外的發展來看，這些系統均完全采用化石能源或以化石能源為主。隨著技術的進步，傳統化石能源系統的效率已經有了顯著的提高，后期效率提升的代價很大。而且隨著我國城市化進程的加速，石油、煤炭等化石能源供不應求，城市能源系統輔之以可再生能源或轉化為以可再生能源為主、多能源互補利用是ー個大趨勢。在以往的城市市政建設中，城市供熱系統、供冷系統以及供水系統通常是完全獨立的三個系統，分別有各自的源、網以及用戶，系統的能源供應以常規能源為主，系統的管網一般分別設置于地下空間。這樣分開設置的系統輸配能耗高，管網成本及維護費用高，供能可靠性差。因此，在城市供能系統發展對可再生能源的利用、系統能效的提升、降低系統的運行費用及系統的簡單化方面具有很大的需求。作為城市市政管網的重要組成部分，城市供熱、供冷、供水管網在我國已有幾十年的發展歷程，針對城市市政管網輸配技術領域已開展了大量的研究工作，研究的重點包括獨立市政管網結構形式、分布式市政管網輸配技術、城市供熱管網集中調節理論、城市供水管網優化運行方法等等。相關的理論研究、產品開發、工程應用等方面已取得了諸多成果。但是對于城市供熱、供冷、供水管網聯合供應方面的研究，還處于空白階段。
發明內容
本發明的目的在于讓區域內冷熱量自然平衡并將機械轉換熱降為最低；直接供給區域建筑物冷、熱量以及生活用水；充分利用可再生能源；提高供能效率以及用能安全性。該系統命名為城市大熱容水環系統。本發明的技術方案為本發明所述城市大熱容水環系統包括含初級水處理的取退水子系統、大熱容水環管網子系統、含中高級水處理的用戶側子系統和輔助熱源子系統；所述含初級水處理的取退水子系統包括過濾裝置、取水水泵、給水池、給水池供水閥門、蓄水池、蓄水池入ロ閥門、蓄水池供水閥門、蓄水池泄水閥門、第二水力發電機和第二水力發電控制閥、第二泄水閥、供水水泵、第一水力發電機和第一水力發電控制閥、第一泄水閥；所述大熱容水環管網子系統包括換熱設備、給水主干路、泄水主干路、熱水管路、冷水管路；所述含中高級水處理的用戶側子系統包括用于供熱供冷的大型水源熱泵機組、第一鍋爐、第二鍋爐、制冷機組、用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組、蓄能池、生活用熱水管道、第一中級水處理設備、第二中級水處理設備、第一壓差傳感器、第二壓差傳感器、生活用中質水管道、高級水處理設備和直飲水管道；所述取水水泵用于從地表水源取水，取水水泵入ロ設置過濾裝置，取水水泵的出水口連接給水池，在給水池中采用預氧化/高效混凝/高速過濾處理從地表水源中取出的原水，給水池的出口通過供水水泵與換熱設備的入水ロ連通，在給水池和給水池水泵之間管路上設有給水池控制閥，換熱設備的出水ロ連通給水主干路的一端，給水主干路的另一端連通熱水管路的進水端以及冷水管路的進水端；熱水管路的出水端以及冷水管路的出水端與泄水主干路的一端連通；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組的冷熱源端的入口通過供熱供冷水泵與供熱進水支管的一端以及供冷進水支管的一端均連通，供熱進水支管的另一端連通在熱水管路上，供冷進水支管的另一端連通在冷水管路上；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組的冷熱源端的出口與供熱回水支管的一端以及供冷回水支管的一端均連通，供熱回水支管的另ー端連通在冷水管路上，供冷回水支管的另一端連通在熱水管路上；供熱進水支管上設有供熱進水控制閥，供冷進水支管上設有供冷進水控制閥，供熱回水支管上設有供熱回水控制閥，供冷回水支管上設有供冷回水控制閥；當用戶需要供熱時，開啟供熱進水閥門和供熱回水控制閥，關閉供冷進水控制閥和供冷回水控制閥，當用戶需要供冷時，開啟供冷進水控制閥和供冷回水控制閥，關閉供熱進水閥門和供熱回水控制閥；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組的用戶端與用戶供熱供冷系統連接；當熱泵機組供給用戶端的熱量無法滿足用戶要 求時通過開啟供熱鍋爐提高管道水溫；當熱泵機組供給用戶端的冷量無法滿足用戶要求時通過開啟制冷機組降低管道水溫；用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組的冷熱源端的入口通過提供生活用熱水水泵與提供生活用熱水進水支管的一端連通，提供生活用熱水進水支管的另一端連通在熱水管路上，用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組的冷熱源端的出口與提供生活用熱水回水支管的一端連通，提供生活用熱水回水支管的另一端連通在冷水管路上，提供生活用熱水進水支管上設有提供生活用熱水進水控制閥，水源熱泵機組的用戶端的入口通過管道與第一中級水處理設備出口相連通，第一中級水處理設備的入口通過水處理水泵與熱水管道相連通；水源熱泵機組用戶端的出口與用戶生活用熱水管道相連通，當供給用戶端的熱水溫度無法滿足用戶要求時通過第二供熱鍋爐提高管道水溫；所述第二中級水處理設備的入口通過中級水處理用水泵與第一取水管道的一端以及第二取水管道的一端均連通，第一取水管道的另一端連通在熱水管路上，第二取水管道的另一端連通在冷水管路上，在第一取水管道上設有第一壓差控制閥，在第二取水管道上設有第二壓差控制閥；在熱水管道與冷水管道之間安裝第一壓差傳感器，第一壓カ傳感器可以測出熱水管道和冷水管道的某點處的壓力并進行比較；當熱水管道某點處的壓力與冷水管道某點處的壓力之差大于零時，第一壓差控制閥打開并且第二壓差控制閥關閉；當壓カ差小于零時，第二壓差控制閥打開并且第一壓差控制閥關閉；所述第二中級水處理設備的出口與用戶的生活用中質水管道連通；高級水處理設備的入口通過高級水處理用水泵與第三取水管道的一端以及第四取水管道的一端均連通，第三取水管道的另一端連通在熱水管路上，第四取水管道的另ー端連通在冷水管路上，在第三取水管道上設有第三壓差控制閥，在第四取水管道上設有第四壓差控制閥；在熱水管道與冷水管道之間安裝第二壓差傳感器，第二壓カ傳感器可以測出熱水管道和冷水管道的某點處的壓力并進行比較；當熱水管道某點處的壓力與冷水管道某點處的壓力之差大于零吋，閥門打開并且閥門關閉；當壓カ差小于零吋，閥門打開并且閥門關閉；高級水處理設備的出口與用戶的直飲水管道相連通；
蓄能池的入口與蓄能池供水用水泵的一端相連接，水泵的另一端與蓄熱給水管道的一端以及蓄冷給水管道的一端均連通，蓄熱給水管道的另一端連接在熱水管道上，蓄冷給水管道的另一端連接在冷水管道上，在蓄熱給水管道上設有蓄熱進水控制閥，在蓄冷給水管道上設有蓄冷進水控制閥；蓄能池的出ロ通過蓄能池排水用水泵與蓄熱排水管道的一端以及蓄冷排水管道的一端均連通，蓄熱排水管道的另一端連接在熱水管道上，蓄冷排水管道的另一端連接在冷水管道上，蓄熱排水在管道上設有蓄熱排水控制閥，在蓄冷排水管道上設有蓄冷排水控制閥；當熱水管道中熱量較多吋，僅開啟蓄熱進水控制閥，蓄能池儲存一定的熱量，當熱水管道中需要熱量時，僅開啟蓄熱排水控制閥，將熱量補充到管道中；同理，當冷水管道中冷量較多時，僅開啟蓄冷進水控制閥，蓄能池儲存一定的冷量，當冷水管道中需要冷量時，僅開啟蓄冷排水控制閥，將冷量補充到管道中；
泄水主干路一端與熱水管道和冷水管道分別連接；泄水主干管的另一端與第一泄水閥和第一水力發電控制閥的一端分別連接，第一泄水閥的另一端通過管道將水排到下游河流；第一水力發電控制閥的另一端連接第一水力發電機，當需要發電時，可以利用水力發電機進行水カ發電，當無需發電時，可以開啟第一泄水閥泄水；輔助熱源子系統向換熱設備內提供熱量，并通過換熱設備提高給水主干路內的水溫。城市大熱容水環系統利用取水水泵抽取江河湖泊等地表水，采用新型變頻調速的大功率智能取水控制方法取水。大熱容系統泄水直接排入到下游河流中；由于城市地表面與水源面之間存在高差，因此可以利用水力發電機進行高差發電；也可以將水輪機與取水水泵同軸連接，利用水輪機帶動水泵運轉。為了防止管道以及設備腐蝕，對地表水集中采用預氧化/高效混凝/高速過濾處理。該系統用ー個管網實現用戶側供熱、供冷、供水三個功能。該系統的管網由冷、熱水兩種管道組成，用戶側的供熱、生活用熱水的熱量是利用大型水源熱泵提取熱水管道中水體的熱量得到的；用戶側的供冷是利用大型水源熱泵將建筑物的熱量轉移到熱水管道中；用戶側的生活用中質水以及直飲水是直接提取兩個管道中的水并進行中、高級水處理得到的。因此，用戶側接入三種功能的管道包括生活用中質水、生活用熱水以及直接飲用水管道。該系統的總管道水溫要求為7度到35度之間，當總管道的最低水溫無法滿足要求吋，利用太陽能、水源熱泵以及污水源熱泵耦合提高總管道水溫。本發明充分利用高密度、可回收及可再生能源，包括地表水熱能，污水熱能，太陽能等；提出高效直接的供熱與供冷能量轉換與利用方式；實現了用戶側分質供水理念，即提供用戶生活用熱水、中質水及直飲水；將城市的供熱、供冷與供水三個管網的功能用ー個大管網代替。該系統節約常規能源，簡化城市市政管網系統，降低了建造管網成本及運行管理費用，大幅度提高城市居民生活品質與安全。本發明可用于城市區域能源規劃及聯合供能優化設計。本發明具有以下創新點I、該系統充分利用可再生資源，是ー種新型的城市市政管網系統；2、該系統實現三網合一輸配，有效地將供水、供熱、供冷三個管網的功能用ー套管網系統來實現；3、該系統實現了整體地合理使用區域內冷熱量，提出了高效直接的供熱與供冷能源轉換及利用方式；
4、該系統實現用戶側分質供水，即提供用戶生活熱水、中質水及直飲水。本發明對比已有技術具有以下幾個方面的顯著優點I、該系統充分利用高密度、可回收及可再生能源，包括地表水熱能，污水熱能，太陽能等，節約了常規能源；2、該系統提供高效直接的供熱與供冷能量轉換與利用，可降低城市供熱、供冷與供熱水常規能源消耗的20% 50% ;3、該系統實現了用戶側分質供水理念，提供用戶生活熱水、中質水及直飲水。相對于現有的給水管網，減少了處理水的費用，大幅度提高了城市居民生活品質與安全；4、該系統將城市的供熱、供冷與供水三個管網的功能用ー套管網實現，從而簡化了城市市政管網系統，降低了建造管網成本及運行管理費用達
圖I是本發明的可再生能源的城市大熱容水環系統的流程框圖，城市大熱容水環系統包括含初級水處理的取退水子系統I、大熱容水環管網子系統II、含中高級水處理的用戶側子系統III和輔助熱源子系統IV ;圖2是本發明的具體實施方案的具體結構示意圖(圖中I-取水泵房，6-建筑物，61-地表河流)。所述含初級水處理的取退水子系統I包括過濾裝置2、取水水泵20、給水池3、給水池供水閥門21、蓄水池19、蓄水池入口閥門65、蓄水池供水閥門66、蓄水池泄水閥門68、供水水泵22、第一水力發電機13-1、第二水力發電機13-2、第一水力發電控制閥64和第二水力發電控制閥67 ;所述大熱容水環管網子系統II包括換熱設備4、給水主干路23、泄水主干路26、熱水管路24、冷水管路25 ;所述含中高級水處理的用戶側子系統III包括用于供熱供冷的大型水源熱泵機組5、第一鍋爐69-1、第ニ鍋爐69-2、制冷機組70、用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組27、蓄能池12、生活用熱水管道7、第一中級水處理設備8-1、第二中級水處理設備8-2、第一壓差傳感器63-1、第ニ壓差傳感器63-2、生活用中質水管道9、高級水處理設備10和直飲水管道11 ;所述輔助熱源子系統IV包括水源熱泵機組14，污水源熱泵15，污水池17，太陽能集熱器16。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖I和圖2所示，本實施方式所述的可再生能源的城市大熱容水環系統包括含初級水處理的取退水子系統I、大熱容水環管網子系統II、含中高級水處理的用戶側子系統III和輔助熱源子系統IV ;所述含初級水處理的取退水子系統I包括過濾裝置2、取水水泵20、給水池3、給水池供水閥門21、蓄水池19、蓄水池入口閥門65、蓄水池供水閥門66、蓄水池泄水閥門68、第二水力發電機13-2和第二水力發電控制閥64、第二泄水閥68、供水水泵22、第一水力發電機13-1和第一水力發電控制閥64、第一泄水閥71 ；所述大熱容水環管網子系統II包括換熱設備4、給水主干路23、泄水主干路26、熱水管路24、冷水管路25 ;所述含中高級水處理的用戶側子系統III包括用于供熱供冷的大型水源熱泵機組5、第一鍋爐69-1、第二鍋爐69-2、制冷機組70、用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組27、蓄能池12、生活用熱水管道7、第一中級水處理設備8-1、第二中級水處理設備
8-2、第一壓差傳感器63-1、第二壓差傳感器63-2、生活用中質水管道9、高級水處理設備10和直飲水管道11 ；
所述取水水泵20用于從地表水源取水,取水水泵20入口設置過濾裝置2,取水水泵20的出水ロ連接給水池3，在給水池3中采用預氧化/高效混凝/高速過濾處理從地表水源中取出的原水，給水池3的出ロ通過供水水泵22與換熱設備4的入水ロ連通，在給水池3和給水池水泵22之間管路上設有給水池控制閥21，換熱設備4的出水ロ連通給水主干路23的一端，給水主干路23的另一端連通熱水管路24的進水端以及冷水管路25的進水端；熱水管路24的出水端以及冷水管路25的出水端與泄水主干路26的一端連通；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組5的冷熱源端的入口通過供熱供冷水泵28與供熱進水支管29的一端以及供冷進水支管30的一端均連通，供熱進水支管29的另一端連通在熱水管路24上，供冷進水支管30的另一端連通在冷水管路25上；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組5的冷熱源端的出口與供熱回水支管31的一端以及供冷回水支管32的一端均連通，供熱回水支管31的另一端連通在冷水管路25上，供冷回水支管32的另一端連通在熱水管路24上；供熱進水支管29上設有供熱進水控制閥33，供冷進水支管30上設有供冷進水控制閥34，供熱回水支管31上設有供熱回水控制閥35，供冷回水支管32上設有供冷回水控制閥36 ;當用戶需要供熱時，開啟供熱進水閥門33和供熱回水控制閥35，關閉 供冷進水控制閥34和供冷回水控制閥36，當用戶需要供冷時，開啟供冷進水控制閥34和供冷回水控制閥36，關閉供熱進水閥門33和供熱回水控制閥35 ;用于供熱供冷的大型水源熱泵機組5的用戶端與用戶供熱供冷系統連接；當熱泵機組5供給用戶端的熱量無法滿足用戶要求時通過開啟供熱鍋爐69-1提高管道水溫；當熱泵機組5供給用戶端的冷量無法滿足用戶要求時通過開啟制冷機組70降低管道水溫；用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組27的冷熱源端的入口通過提供生活用熱水水泵37與提供生活用熱水進水支管38的一端連通，提供生活用熱水進水支管38的另一端連通在熱水管路24上，用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組27的冷熱源端的出ロ與提供生活用熱水回水支管39的一端連通，提供生活用熱水回水支管39的另一端連通在冷水管路25上，提供生活用熱水進水支管38上設有提供生活用熱水進水控制閥40，水源熱泵機組27的用戶端的入口通過管道與第一中級水處理設備8-1出ロ相連通，第一中級水處理設備8-1的入口通過水處理水泵41與熱水管道24相連通；水源熱泵機組27用戶端的出口與用戶生活用熱水管道7相連通，當供給用戶端的熱水溫度無法滿足用戶要求時通過第二供熱鍋爐69-2提高管道水溫；所述第二中級水處理設備8-2的入口通過中級水處理用水泵42與第一取水管道43的一端以及第二取水管道44的一端均連通，第一取水管道43的另一端連通在熱水管路24上，第二取水管道44的另一端連通在冷水管路25上，在第一取水管道43上設有第一壓差控制閥45，在第二取水管道44上設有第二壓差控制閥46 ;在熱水管道24與冷水管道25之間安裝第一壓差傳感器63-1，第一壓カ傳感器63-1可以測出熱水管道24和冷水管道25的某點處的壓力并進行比較；當熱水管道24某點處的壓力與冷水管道某點處的壓力之差大于零時，第一壓差控制閥45打開并且第二壓差控制閥46關閉；當壓カ差小于零時，第二壓差控制閥46打開并且第一壓差控制閥45關閉；所述第二中級水處理設備8-2的出口與用戶的生活用中質水管道9連通；高級水處理設備10的入口通過高級水處理用水泵47與第三取水管道48的一端以及第四取水管道49的一端均連通，第三取水管道48的另一端連通在熱水管路24上，第四取水管道49的另一端連通在冷水管路25上，在第三取水管道48上設有第三壓差控制閥50，在第四取水管道49上設有第四壓差控制閥51 ;在熱水管道24與冷水管道25之間安裝第二壓差傳感器63-2，第二壓カ傳感器63-2可以測出熱水管道24和冷水管道25的某點處的壓カ并進行比較；當熱水管道24某點處的壓力與冷水管道25某點處的壓力之差大于零吋，閥門50打開并且閥門51關閉；當壓カ差小于零吋，閥門51打開并且閥門50關閉；高級水處理設備10的出口與用戶的直飲水管道11相連通；
蓄能池12的入口與蓄能池供水用水泵52的一端相連接，水泵的另一端與蓄熱給水管道58的一端以及蓄冷給水管道59的一端均連通，蓄熱給水管道58的另一端連接在熱水管道24上，蓄冷給水管道59的另一端連接在冷水管道25上，在蓄熱給水管道58上設有蓄熱進水控制閥55，在蓄冷給水管道59上設有蓄冷進水控制閥54 ;蓄能池12的出ロ通過蓄能池排水用水泵53與蓄熱排水管道60的一端以及蓄冷排水管道62的一端均連通，蓄熱排水管道60的另一端連接在熱水管道24上，蓄冷排水管道62的另一端連接在冷水管道25上，蓄熱排水在管道60上設有蓄熱排水控制閥57，在蓄冷排水管道62上設有蓄冷排水控制閥56 ;當熱水管道24中熱量較多吋，僅開啟蓄熱進水控制閥55，蓄能池12儲存一定的熱量，當熱水管道24中需要熱量時，僅開啟蓄熱排水控制閥57，將熱量補充到管道中；同理，當冷水管道25中冷量較多時，僅開啟蓄冷進水控制閥54，蓄能池12儲存一定的冷量，當冷水管道25中需要冷量時，僅開啟蓄冷排水控制閥56，將冷量補充到管道中；泄水主干路26 —端與熱水管道24和冷水管道25分別連接；泄水主干管的另一端與第一泄水閥71和第一水力發電控制閥64的一端分別連接,第一泄水閥71的另一端通過管道將水排到下游河流；第一水力發電控制閥64的另一端連接第一水力發電機13-1，當需要發電時，可以利用水力發電機進行水カ發電，當無需發電時，可以開啟第一泄水閥71泄水；輔助熱源子系統IV向換熱設備4內提供熱量，并通過換熱設備4提高給水主干路23內的水溫。
具體實施方式
ニ 如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV包括水源熱泵機組14，水源熱泵機組14的用戶端與換熱設備4相連通，水源熱泵機組14的熱源端與地表水源相連接，通過水源熱泵機組14提取地表水源的熱量將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV還包括污水源熱泵15，污水源熱泵15的用戶端與換熱設備4相連通，污水源熱泵15的熱源端與污水池17相連接，通過污水源熱泵機組15提取污水池17內污水的熱量將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV還包括太陽能集熱器16，太陽能集熱器16中的熱量通過換熱設備4將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
五如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV還包括太陽能集熱器16，太陽能集熱器16中的熱量通過換熱設備4將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV包括污水源熱泵15，污水源熱泵15的用戶端與換熱設備4相連通，污水源熱泵15的熱源端與污水池17相連接，通過污水源熱泵機組15提取污水池17內污水的熱量將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV還包括太陽能集熱器16，太陽能集熱器16中的熱量通過換熱設備4將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八如圖2所示，本實施方式所述輔助熱源子系統IV包括太陽能集熱器16，太陽能集熱器16中的熱量通過換熱設備4將給水主干路23內的水進行升溫。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九如圖2所示，本實施方式所述含初級水處理的取退水子系統I還 包括蓄水池19，泄水主干管26的另一端與蓄水池入ロ閥門65的一端相連接，蓄水池入ロ閥門65的另一端與蓄水池19相連接，蓄水池19上分別安裝第二泄水閥68與第二水力發電控制閥67，第二泄水閥68與下游河流相連通，第二水力發電控制閥67與第二水力發電機13-2相連接。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、ニ、三、四、五、六、七、八或九相同。
具體實施方式
十如圖2所示，本實施方式所述蓄水池19通過供水閥門66與給水池水泵22連通；將水力發電機的轉軸與部分給水水泵的轉軸相連接，進而帶動部分給水水泵運轉。其它組成及連接關系與具體實施方式
九相同。工作原理如附圖2所示城市大熱容水環系統利用水泵從江河湖泊等地表水源抽取地表水，在管道入ロ處安裝過濾裝置2用于初步過濾地表水，再對管道中的水在給水池3中采用預氧化/高效混凝/高速過濾處理。利用循環水泵22將水送入大熱容管網系統中，管網系統主要由兩根主管道和兩根分支管道組成，兩根主管道分別是取水主管道23和泄水主管道26 ;兩根分支管道分別是熱水管道24和冷水管道25。取水主管道的水溫要求為7度到35度之間。當管道中水溫低于7度時，可以利用輔助熱源提高管道水溫。輔助熱源包括太陽能、地表水熱能以及污水熱能。當用戶需要供熱時，利用水源熱泵機組5提取熱水管道24中的水的熱量并將溫度較低的水排到冷水管道25中；當用戶需要供冷時，利用水源熱泵機組5抽取冷水管道25中的冷水并將用戶負荷熱量轉移到冷水中，使得冷水溫度升高并將溫度較高的水排到熱水管道24中；當用戶側管道中水的供熱溫度無法滿足要求時，可以開啟鍋爐69-1提高水溫；當用戶側管道中水的供冷溫度無法滿足要求時，可以開啟制冷機組70降低水溫。當用戶需要生活用熱水時，抽取熱水管道24中的水并利用中級水處理設備8-1進行中度處理，同時利用水源熱泵27提取熱水管道24中水的熱量，加熱經中度處理的水，然后將溫度較高的中質水送入用戶生活用熱水管道7中；當熱水溫度無法滿足用戶要求吋，可以開啟鍋爐69-2提高水溫；通過向用戶端供熱、供冷以及供應生活用熱水實現區域內冷熱量自然平衡。當用戶需要中質水(用于沖廁、洗衣等日常使用)時，利用第一壓差傳感器63-1測出熱水管道24和冷水管道25上某一點的壓カ并進行比較，抽取壓カ較高管道的水并利用中級水處理設備8-2進行中度處理，然后將中質水送入用戶中質水管道9中。當用戶需要直飲水時，利用第二壓差傳感器63-2測出熱水管道24和冷水管道25上某一點的壓カ并進行比較，抽取壓カ較高管道的水并利用高級水處理設備10進行深度處理，達到直接飲用的標準，然后將直飲水送入用戶直飲水管道11中，這實現了用戶側分質供水，提供用戶生活熱水、中質水及直飲水。當管道系統中產生大量剰余能量時，可以利用蓄能池12儲存部分能量；當用戶的需能量較大時，蓄能池12能夠及時的釋放能量到管道中，實現能量的時間遷移。系統泄水可以將水直接排到下游河流中，同時當需要發電時，也可以根據城市地面與地表水源表面之間的高差，利用水力發電機13-1進行發電；如果有條件的地方，可以設置蓄水池19，將多余的水儲存到蓄水池中，當蓄水池的水量較多時，開啟蓄水池的泄水閥68排水；當需要發電時，可以利用水力發電機13-2進行發電，也可以將水力發電機與部分給水水泵同軸連接，帶動水泵運轉；當系統需水量較 大時，可以開啟蓄水池供水閥門66，將蓄水池的水送到大熱容管網系統中。
權利要求
1.ー種可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述城市大熱容水環系統包括含初級水處理的取退水子系統(I)、大熱容水環管網子系統(II)、含中高級水處理的用戶側子系統(III)和輔助熱源子系統(IV);所述含初級水處理的取退水子系統(I)包括過濾裝置(2)、取水水泵(20)、給水池(3)、給水池供水閥門(21)、蓄水池(19)、蓄水池入口閥門(65)、蓄水池供水閥門(66)、蓄水池泄水閥門(68)、第二水力發電機(13-2)和第二水力發電控制閥(64)、第二泄水閥(68)、供水水泵(22)、第一水力發電機(13-1)和第一水力發電控制閥(64)、第一泄水閥(71);所述大熱容水環管網子系統(II)包括換熱設備(4)、給水主干路(23)、泄水主干路(26)、熱水管路(24)、冷水管路(25);所述含中高級水處理的用戶側子系統(III)包括用于供熱供冷的大型水源熱泵機組(5)、第一鍋爐(69-1)、第二鍋爐(69-2)、制冷機組(70)、用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組(27)、蓄能池(12)、生活用熱水管道(7)、第一中級水處理設備(8-1)、第二中級水處理設備(8-2)、第一壓差傳感器(63-1)、第二壓差傳感器￠3-2)、生活用中質水管道(9)、高級水處理設備(10)和直飲水管道(11); 所述取水水泵(20)用于從地表水源取水,取水水泵(20)入口設置過濾裝置(2),取水水泵(20)的出水ロ連接給水池(3)，在給水池(3)中采用預氧化/高效混凝/高速過濾處理從地表水源中取出的原水，給水池(3)的出口通過供水水泵(22)與換熱設備(4)的入水口連通，在給水池(3)和給水池水泵(22)之間管路上設有給水池控制閥(21)，換熱設備(4)的出水ロ連通給水主干路(23)的一端，給水主干路(23)的另一端連通熱水管路(24)的進水端以及冷水管路(25)的進水端；熱水管路(24)的出水端以及冷水管路(25)的出水端與泄水主干路(26)的一端連通； 用于供熱供冷的大型水源熱泵機組(5)的冷熱源端的入口通過供熱供冷水泵(28)與供熱進水支管(29)的一端以及供冷進水支管(30)的一端均連通，供熱進水支管(29)的另一端連通在熱水管路(24)上，供冷進水支管(30)的另一端連通在冷水管路(25)上；用于供熱供冷的大型水源熱泵機組(5)的冷熱源端的出口與供熱回水支管(31)的一端以及供冷回水支管(32)的一端均連通，供熱回水支管(31)的另一端連通在冷水管路(25)上，供冷回水支管(32)的另一端連通在熱水管路(24)上；供熱進水支管(29)上設有供熱進水控制閥(33)，供冷進水支管(30)上設有供冷進水控制閥(34)，供熱回水支管(31)上設有供熱回水控制閥(35)，供冷回水支管(32)上設有供冷回水控制閥(36);當用戶需要供熱時，開啟供熱進水閥門(33)和供熱回水控制閥(35)，關閉供冷進水控制閥(34)和供冷回水控制閥(36)，當用戶需要供冷時，開啟供冷進水控制閥(34)和供冷回水控制閥(36)，關閉供熱進水閥門(33)和供熱回水控制閥(35);用于供熱供冷的大型水源熱泵機組(5)的用戶端與用戶供熱供冷系統連接；當熱泵機組(5)供給用戶端的熱量無法滿足用戶要求時通過開啟供熱鍋爐￠9-1)提高管道水溫；當熱泵機組(5)供給用戶端的冷量無法滿足用戶要求時通過開啟制冷機組(70)降低管道水溫； 用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組(27)的冷熱源端的入口通過提供生活用熱水水泵(37)與提供生活用熱水進水支管(38)的一端連通，提供生活用熱水進水支管(38)的另一端連通在熱水管路(24)上，用于提供生活用熱水的大型水源熱泵機組(27)的冷熱源端的出口與提供生活用熱水回水支管(39)的一端連通，提供生活用熱水回水支管(39)的另一端連通在冷水管路(25)上，提供生活用熱水進水支管(38)上設有提供生活用熱水進水控制閥(40)，水源熱泵機組(27)的用戶端的入口通過管道與第一中級水處理設備(8-1)出口相連通，第一中級水處理設備(8-1)的入口通過水處理水泵(41)與熱水管道(24)相連通；水源熱泵機組(27)用戶端的出口與用戶生活用熱水管道(7)相連通，當供給用戶端的熱水溫度無法滿足用戶要求時通過第二供熱鍋爐￠9-2)提高管道水溫； 所述第二中級水處理設備(8-2)的入口通過中級水處理用水泵(42)與第一取水管道(43)的一端以及第二取水管道(44)的一端均連通，第一取水管道(43)的另一端連通在熱水管路(24)上,第二取水管道(44)的另一端連通在冷水管路(25)上,在第一取水管道(43)上設有第一壓差控制閥(45)，在第二取水管道(44)上設有第二壓差控制閥(46);在熱水管道(24)與冷水管道(25)之間安裝第一壓差傳感器(63-1),第一壓カ傳感器(63-1)可以測出熱水管道(24)和冷水管道(25)的某點處的壓カ并進行比較；當熱水管道(24)某點處的壓力與冷水管道某點處的壓力之差大于零時，第一壓差控制閥(45)打開并且第二壓差控制閥(46)關閉；當壓カ差小于零時，第二壓差控制閥(46)打開并且第一壓差控制閥(45)關閉；所述第二中級水處理設備(8-2)的出口與用戶的生活用中質水管道(9)連通； 高級水處理設備(10)的入口通過高級水處理用水泵(47)與第三取水管道(48)的一端以及第四取水管道(49)的一端均連通，第三取水管道(48)的另一端連通在熱水管路(24)上，第四取水管道(49)的另一端連通在冷水管路(25)上，在第三取水管道(48)上設有第三壓差控制閥(50)，在第四取水管道(49)上設有第四壓差控制閥(51);在熱水管道(24)與冷水管道(25)之間安裝第二壓差傳感器(63-2)，第二壓カ傳感器￠3-2)可以測出熱水管道(24)和冷水管道(25)的某點處的壓カ并進行比較；當熱水管道(24)某點處的壓カ與冷水管道(25)某點處的壓力之差大于零時，第三壓差控制閥(50)打開并且第四壓差控制閥(51)關閉；當壓カ差小于零時，第四壓差控制閥(51)打開并且第三壓差控制閥(50)關閉；高級水處理設備(10)的出口與用戶的直飲水管道(11)相連通； 蓄能池(12)的入口與蓄能池供水用水泵(52)的一端相連接，水泵的另一端與蓄熱給水管道(58)的一端以及蓄冷給水管道(59)的一端均連通，蓄熱給水管道(58)的另一端連接在熱水管道(24)上，蓄冷給水管道(59)的另一端連接在冷水管道(25)上，在蓄熱給水管道(58)上設有蓄熱進水控制閥(55)，在蓄冷給水管道(59)上設有蓄冷進水控制閥(54);蓄能池(12)的出口通過蓄能池排水用水泵(53)與蓄熱排水管道￠0)的一端以及蓄冷排水管道￠2)的一端均連通，蓄熱排水管道￠0)的另一端連接在熱水管道(24)上，蓄冷排水管道￠2)的另一端連接在冷水管道(25)上，蓄熱排水在管道￠0)上設有蓄熱排水控制閥(57)，在蓄冷排水管道￠2)上設有蓄冷排水控制閥(56);當熱水管道(24)中熱量較多時，僅開啟蓄熱進水控制閥(55)，蓄能池(12)儲存一定的熱量，當熱水管道(24)中需要熱量時，僅開啟蓄熱排水控制閥(57)，將熱量補充到管道中；同理，當冷水管道(25)中冷量較多時，僅開啟蓄冷進水控制閥(54)，蓄能池(12)儲存一定的冷量，當冷水管道(25)中需要冷量時，僅開啟蓄冷排水控制閥(56)，將冷量補充到管道中； 泄水主干路(26) —端與熱水管道(24)和冷水管道(25)分別連接；泄水主干管的另ー端與第一泄水閥(71)和第一水力發電控制閥￠4)的一端分別連接，第一泄水閥(71)的另一端通過管道將水排到下游河流；第一水力發電控制閥￠4)的另一端連接第一水力發電機(13-1)，當需要發電時，可以利用水力發電機進行水カ發電，當無需發電時，可以開啟第一泄水閥(71)泄水；輔助熱源子系統(IV)向換熱設備(4)內提供熱量，并通過換熱設備(4)提高給水主干路(23)內的水溫。
2.根據權利要求I所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)包括水源熱泵機組(14)，水源熱泵機組(14)的用戶端與換熱設備(4)相連通，水源熱泵機組(14)的熱源端與地表水源相連接，通過水源熱泵機組(14)提取地表水源的熱量將給水主干路(23)內的水進行升溫。
3.根據權利要求2所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)還包括污水源熱泵(15)，污水源熱泵(15)的用戶端與換熱設備(4)相連通，污水源熱泵(15)的熱源端與污水池(17)相連接，通過污水源熱泵機組(15)提取污水池(17)內污水的熱量將給水主干路(23)內的水進行升溫。
4.根據權利要求2所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)還包括太陽能集熱器(16)，太陽能集熱器(16)中的熱量通過換熱設備 (4)將給水主干路(23)內的水進行升溫。
5.根據權利要求3所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)還包括太陽能集熱器(16)，太陽能集熱器(16)中的熱量通過換熱設備(4)將給水主干路(23)內的水進行升溫。
6.根據權利要求I所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)包括污水源熱泵(15)，污水源熱泵(15)的用戶端與換熱設備(4)相連通，污水源熱泵(15)的熱源端與污水池(17)相連接，通過污水源熱泵機組(15)提取污水池(17)內污水的熱量將給水主干路(23)內的水進行升溫。
7.根據權利要求6所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)還包括太陽能集熱器(16)，太陽能集熱器(16)中的熱量通過換熱設備(4)將給水主干路(23)內的水進行升溫。
8.根據權利要求I所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述輔助熱源子系統(IV)包括太陽能集熱器(16)，太陽能集熱器(16)中的熱量通過換熱設備(4)將給水主干路(23)內的水進行升溫。
9.根據權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述含初級水處理的取退水子系統(I)還包括蓄水池(19)，泄水主干管(26)的另一端與蓄水池入口閥門(65)的一端相連接，蓄水池入口閥門(65)的另一端與蓄水池(19)相連接，蓄水池(19)上分別安裝第二泄水閥￠8)與第二水力發電控制閥(67)，第二泄水閥(68)與下游河流相連通，第二水力發電控制閥￠7)與第二水力發電機(13-2)相連接。
10.根據權利要求9所述的可再生能源的城市大熱容水環系統，其特征在于所述蓄水池(19)通過供水閥門￠6)與給水池水泵(22)連通；將水力發電機的轉軸與部分給水水泵的轉軸相連接，進而帶動部分給水水泵運轉。
全文摘要
可再生能源的城市大熱容水環系統，屬于區域能源綜合利用技術領域。本發明的目的在于讓區域內冷熱量自然平衡并將機械轉換熱降為最低；直接供給區域建筑物冷、熱量以及生活用水；充分利用可再生能源；提高供能效率以及用能安全性。本發明包括含初級水處理的取退水子系統、大熱容水環管網子系統、含中高級水處理的用戶側子系統和輔助熱源子系統。本發明提出直接的供熱與供冷能源轉換與利用方式，實現了用戶側分質供水理念，提供用戶生活用熱水、中質水及直飲水；將城市的供熱、供冷與供水三個管網的功能用一套管網實現。節約常規能源，簡化城市市政管網系統，降低了建造管網成本及運行管理費用，可用于城市區域能源綜合利用及聯合供能優化設計。
文檔編號F17D1/14GK102654244SQ20121006511
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者劉明生 申請人:哈爾濱工業大學