[发明专利]区域能量共享系统

说明书

本申请是申请日为2010年6月16日、申请号为201080032874.5、发明名称为“区域能量共享系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于在区域中的服务器(server)与客户(client)之间共享热能的区域能量共享系统。

背景技术

传统建筑物加热和冷却系统使用主要高级能源(比如电力或者化石燃料)来提供空间加热和/或冷却以及加热或者冷却建筑物中使用的水。加热或者冷却建筑物空间和水的过程将这一高级能量转换成具有高熵的低级废热，该低级废热然后离开建筑物并且回到环境。例如来自淋浴或者水池的加热的水排入到下水道中并且加热的空气中的热能将辐射并且经过外壁传导进入大气。

建筑物加热和冷却系统消耗大量不可再生资源并且对全球变暖起明显作用。许多工业过程也排放引起水道和大气进一步升温的大量低级热能。

已经尝试利用自然热源和冷源来提供用于加热和冷却建筑物的高效、对环境更友好的方式；例如并且如在图1(现有技术)中所示，区域中的建筑物可以各自被独立地下源热泵系统个别服务。遗憾的是，这一方式需要大量基础设施成本，因为每个房主将需要安装具有地热地下环路的热泵系统。

典型建筑物区域在图2(现有技术)中被示意地示出并且包括各自流体地耦合到单管温水分配回路的客户建筑物。在这一示意图中，热源(例如具有地热地下环路的机械厂)经过热交换器热耦合到回路；提供另一热交换器用于将回路热耦合到相邻区域中的另一流体流量分配回路。每个建筑物可以具有热泵，该热泵热耦合到回路并且将来自回路的热能转换成用于家用空间或者水加热的有用热。这样的区域的一个特别弊端在于每个建筑物串行连接到回路，因此破坏建筑物热泵操作的总效率，因为下游热泵将在所有上游热泵从回路汲取热时更努力工作。当一些建筑物热泵加热而一些冷却时也妨碍高效操作，因为将有沿着回路的大量温度变化并且将需要运用额外措施以将回路的温度维持于它的设计操作范围内。

因此提供一种用于加热和/或冷却建筑物的改进并且成本有效的如下系统将是有用的，该系统再使用由于家用空间和水加热以及冷却过程而产生的至少一些低级废热。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种包括热能回路和热泵组件的区域能量共享系统。热能回路包括：温液体管道，用于热传送液体在第一温度流过；以及冷液体管道，用于热传送液体在比第一温度更低的第二温度流过。热泵组件包括：可逆热泵；建筑物热交换器，热耦合到热泵并且用于热耦合到客户建筑物；回路热交换器，将热泵热耦合到热能回路；管线，将回路热交换器流体地耦合到温和冷液体管道；至少一个循环泵，耦合到管线；以及阀组件，包括耦合到管线并且在加热模式与冷却模式之间可切换的至少一个控制阀，在加热模式中限定用于热传送液体从温液体管道经过管线流过回路热交换器并且流向冷液体管道的流体路径，在冷却模式中限定热传送流体从冷液体管道经过管线流过热交换器并且流向温液体管道的流体路径。阀组件可以还可切换到关断模式，在关断模式中温和冷液体管道未经过管线来与热交换器流体连通。

阀组件可以包括一对三通控制阀，其中第一三通控制阀流体地耦合到温液体管道、冷液体管道和回路热交换器的入口，而第二三通控制阀流体地耦合到温液体管道、冷液体管道和回路热交换器的出口。当阀组件在加热模式中时，第一三通控制阀向冷液体管道关闭而向温液体管道和回路热交换器的入口开放，而第二三通控制阀向温液体管道关闭而向冷水管道和回路热交换器的出口开放。

取而代之，阀组件可以包括具有四个端口和旋转致动器的单个四通控制阀。四个端口包括：第一端口，流体地耦合到温液体管道；第二端口，流体地耦合到回路热交换器的入口；第三端口，流体地耦合到冷液体管道；以及第四端口，流体地耦合到回路热交换器的出口，旋转致动器在加热模式中流体地耦合第一和第二端口并且流体地耦合第三和第四端口而在冷却模式中流体地耦合第一和第四端口并且流体地耦合第二和第三端口。

根据本发明的另一方面，一种区域能量共享系统包括热能回路和灰水注入组件。灰水注入组件包括：灰水供应管道，流体地耦合到温或者冷水管道并且用于流体地耦合到灰水源，从而向温或者冷水管道供应灰水；压力控制设备，流体地耦合到灰水供应管道或者热能回路并且可操作用于调节热能回路内的水压；客户建筑物热传送装置，流体地耦合到温和冷水管道并且用于热耦合到客户建筑物，从而可以在热能回路与客户建筑物之间传送热能；以及灰水卸除管道，流体地耦合到温水管道并且用于流体地耦合到客户建筑物，从而可以向建筑物供应灰水用于非可饮用使用。