一种家用分布式能源循环系统

摘要

本发明公开了一种家用分布式能源循环系统，包括燃气储罐、燃气控制阀、燃气发电机、公用电网接口、余热生活控制阀、余热热泵控制阀、吸收式热泵、风机盘管控制阀、风机盘管、盘管供热/制冷终端、供热终端、地暖/暖气片、热泵供热控制阀、热泵余热控制阀、烟气旁路阀、做饭烟气控制阀、做饭炊具、热水加热器、热水箱和烟囱，本发明采用天燃气为燃料，采用燃气轮机发电。燃气轮机的排气温度大约为500~550℃，能够用余热做饭、烧热水和供暖等。对于需要供热和制冷的地区，夏天为家庭制冷，冬天为家庭供热。本发明的能源利用效率可达到70%以上，比家用传统能源利用系统节能50%以上，大大减轻了家庭的经济负担，提高了人们的生活品质。

说明书

技术领域

 本发明涉及一种能源循环系统，尤其涉及一种家用分布式能源循环系统。

背景技术

 我国有13亿人，约7亿城市人口，2亿个家庭。家庭用电、用热、供热、制冷的能源消耗占城市用能的40%以上。随着人们生活水平的逐步提高，对住宅的要求越来越高，住房面积也越来越大。供热、供冷、做饭、用热水等已经在城市和农村得到普及。目前家庭用能的普遍方式是：采用电能空调供热和制冷、天然气直接燃烧供热、电热热水器、天然气热水器、天然气直接燃烧做饭等。这些用能方式都是直接消耗高品位能源，不仅造成能源浪费，而且给家庭带来经济负担。

节能减排是国家的一项基本国策。大力发展分布式能源是国家产业政策大力提倡的用能方式。特别是家用分布式能源系统还处于空白。因此，开发先进的家用能源系统对节能减排和提供民众的生活水平十分重要。其中，家用分布式能源系统是对家用能源的科学化利用。传统的能源消耗方式的能源利用率仅为20~30%.如果采用分布式能源系统，其能源利用率可以达到到70%，比传统能源利用方式的效率至少提高30%以上。我国现在的能源总消耗大约30亿吨标煤。其中，家庭能源消耗大约每年10亿吨标煤，即使节能万分之一，每年的节能量也将达到100万吨标煤以上。

现有的家庭基本上采用的是分散式用能方式，其基本特征如下：1）家用空调：直接用电能驱动热泵运行，对家庭供热或采暖；2）家庭供热：除了集中供热系统以外，家庭基本上采用燃煤采暖。由于污染很大，特别是城市几乎不可能采用燃煤供暖。而是采用天然气直接燃烧加热水，然后用水作为介质通过暖气片，或地板采暖。3）生活热水：家用生活热水绝大部分用燃气炉烧热水，有一部分家庭用电热水器供应热水。4）做饭：城市家庭做饭几乎全部采用天然气为燃料，用燃气灶做饭。

    分散式用能方式存在以下缺陷：1）家用空调用的是高品位能源。我国电力生产的平均能耗为350克标煤左右，相当于热电转换效率为35%。因此，用电力驱动空调浪费的能源大约为60%左右。特别是家用小空调，效率更低，更浪费能源。2）燃气燃烧温度高达1000℃以上，理想热效率（卡诺热效率）接近80%，也属于高品位能源。而家用供暖和烧热水所用的温度仅为80℃左右，其卡诺效率仅为16%左右。无形中损失了60%左右的能源利用价值。因此，天然气供热和生活用热水浪费能源十分严重。3）家用燃气灶浪费的能源更加严重。炒菜、煮饭的能源效率还不足20%，如果考虑能源品质的下降，天然气的可用价值大约为10%左右。

    综上所述，家庭用电、用热和用气的利用率非常低。大约在20~30%左右。如果能够根据热力学的基本理论科学利用能源，家庭节能的潜力巨大。大大有利于节能、环保和减少家庭能源开支。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种能耗低、利用率高的家用分布式能源循环系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种家用分布式能源循环系统，包括燃气储罐、燃气控制阀、燃气发电机、公用电网接口、余热生活控制阀、余热热泵控制阀、吸收式热泵、风机盘管控制阀、风机盘管、盘管供热/制冷终端、供热终端、地暖/暖气片、热泵供热控制阀、热泵余热控制阀、烟气旁路阀、做饭烟气控制阀、做饭炊具、热水加热器、热水箱和烟囱，所述燃气储罐的出气口与所述燃气控制阀的进气端连接，所述燃气控制阀的出气端与所述燃气发电机的进气口连接，所述燃气发电机的电能输出端与所述公用电网接口连接，所述燃气发电机的排气口分别与所述余热热泵控制阀的进气端和所述余热生活控制阀的进气端连接，所述余热热泵控制阀的出气端与所述吸收式热泵的进气口连接，所述吸收式热泵的出气口分别与所述风机盘管控制阀的进气端、所述热泵供热控制阀的进气端和所述热泵余热控制阀的进气端连接，所述风机盘管控制阀的出气端与所述风机盘管的进气端连接，所述风机盘管的出气端与所述盘管供热/制冷终端的进气口连接；所述热泵供热控制阀的出气端与所述地暖/暖气片的进气端连接，所述地暖/暖气片的出气端与所述供热终端连接；所述余热生活控制阀的出气端和所述烟气旁路阀的进气端和所述做饭烟气控制阀的进气端连接，所述做饭烟气控制阀的出气端与所述做饭炊具的烟气入口连接，所述烟气旁路阀的出气端、热泵余热控制阀的出气端和所述做饭炊具的烟气出口均与所述热水加热器的进气口连接，所述热水加热器的进水口与自来水水管的出水口连接，所述热水加热器的出水口与所述热水箱的进水口连接，所述热水加热器的排气口与所述烟囱连接。

 

本发明的有益效果是：

本发明采用天燃气为燃料，采用燃气轮机发电。燃气轮机的排气温度大约为500~550℃，能够用余热做饭、烧热水和供暖等。对于需要供热和制冷的地区，能够用燃气机的余热做驱动力，推动吸收式热泵运行，夏天为家庭制冷，冬天为家庭供热等。同时系统中吸收式热泵排出的烟气温度在200~250℃左右，还可以用余热进一步加热热水，为家庭生活所用。本发明的能源利用效率可达到70%以上，比家用传统能源利用系统节能50%以上，大大减轻了家庭的经济负担，提高了人们的生活品质。

 

附图说明

   图1为本发明一种家用分布式能源循环系统的结构框图；

图中：1-燃气储罐，2-燃气控制阀，3-燃气发电机，4-公用电网接口，5-余热生活控制阀，6-余热热泵控制阀，7-吸收式热泵，8-风机盘管控制阀，9-风机盘管，10-盘管供热/制冷终端，11-供热终端，12-地暖/暖气片，13-热泵供热控制阀，14-热泵余热控制阀，15-烟气旁路阀，16-做饭烟气控制阀，17-做饭炊具，18-热水加热器，19-热水箱，20-烟囱，21-自来水水管。

 

具体实施方式

如图1所示，本发明一种家用分布式能源循环系统，包括燃气储罐1、燃气控制阀2、燃气发电机3、公用电网接口4、余热生活控制阀5、余热热泵控制阀6、吸收式热泵7、风机盘管控制阀8、风机盘管9、盘管供热/制冷终端10、供热终端11、地暖/暖气片12、热泵供热控制阀13、热泵余热控制阀14、烟气旁路阀15、做饭烟气控制阀16、做饭炊具17、热水加热器18、热水箱19和烟囱20，燃气储罐1的出气口与燃气控制阀2的进气端连接，燃气控制阀2的出气端与燃气发电机3的进气口连接，燃气发电机3的电能输出端与公用电网接口4连接，燃气发电机3的排气口分别与余热热泵控制阀6的进气端和余热生活控制阀5的进气端连接，余热热泵控制阀6的出气端与吸收式热泵7的进气口连接，吸收式热泵7的出气口分别与风机盘管控制阀8的进气端、热泵供热控制阀13的进气端和热泵余热控制阀14的进气端连接，风机盘管控制阀8的出气端与风机盘管9的进气端连接，风机盘管9的出气端与盘管供热/制冷终端10的进气口连接；热泵供热控制阀13的出气端与地暖/暖气片12的进气端连接，地暖/暖气片12的出气端与供热终端11连接；余热生活控制阀5的出气端和烟气旁路阀15的进气端和做饭烟气控制阀16的进气端连接，做饭烟气控制阀16的出气端与做饭炊具17的烟气入口连接，烟气旁路阀16的出气端、热泵余热控制阀14的出气端和做饭炊具17的烟气出口均与热水加热器18的进气口连接，热水加热器18的进水口与自来水水管21的出水口连接，热水加热器18的出水口与热水箱19的进水口连接，热水加热器18的排气口与烟囱20连接。

本发明的工作原理如下：

从燃气储罐1出来的燃气经过燃气控制阀2进入燃气发电机3，燃气发电机3发的电经过家用配电系统进入公用电网。另一路从燃气发电机3排出的烟气，通常温度为500~550℃。这部分余热进入家用余热利用系统。其中一部分余热通过余热热泵控制阀6进入吸收式热泵7，作为吸收式热泵7的驱动能源。吸收式热泵7在吸收烟气余热以后产生供热热源，或制冷的冷源。对于风机盘管系统，吸收式热泵7提供的热量或冷量可以直接通过风机盘管9进入盘管供热/制冷终端10。对于采用地暖/暖气片12的房间，只能用于供热，而不能用于供冷。

   从吸收式热泵7排出的烟气，仍然有200℃的温度。这部分能源通过热泵余热控制阀14进入热水加热器18，作为加热热水的一部分能源，经过热交换以后，烟气温度下降到80℃左右，经过烟囱20排入大气。

从燃气发电机3排出的烟气的另一部分通过余热生活控制阀5，进入直接加热系统。其中，做饭、炒菜时家庭的必需品。由于燃气发电机3排出的烟气温度达到500℃以上。因此，可以用燃气发电机3的余热通过做饭烟气控制阀16进入做饭炊具17，为做饭、炒菜提供热源。用于做饭、炒菜以后的烟气进入热水加热器18，为生活用热水提供一部分热源。

对于生活用热不够的部分，可以通过余热生活控制阀5和烟气旁路阀15将一部分燃气发电机3的余热直接送入热水加热器18中作为一部分热源，达到满足生活用热的目的。 

吸收式热泵7余热、做饭余热及旁路系统的余热同时引入热水加热器18，与从热水箱19引入的热水进行换热，使热水箱19的水循环加热。热水箱19中的热水可以用于洗澡、洗菜、洗衣及其它生活用途。对于没有安装吸收式热泵7的家庭，热水箱19中的热水在冬天还可以用于加热器房间的供热。

使用本发明比家用传统能源利用系统节能50%以上，每个家庭平均节能3.5吨标煤。每个家庭年发电收入约9000元，大致与消耗的天然气费用相当。除去发电多用的天然气费用，每个家庭减少供热、制冷和生活用气5000多元，大大减轻了家庭的经济负担，提高了人们的生活品质。