本發(fā)明涉及一種廢熱利用系統(tǒng)，特別是一種用于地下空間的備用電站廢熱利用系統(tǒng)及方法。

背景技術：

隨著城市可開發(fā)空間越來越小和節(jié)能的要求，人們對地下空間開發(fā)利用的重視程度不斷提高，近年來我國出現了大量的地下工程。同時，隨著國防、人防工程的迅猛發(fā)展，具有防護功能的地下工程這一特殊建筑形式越來越引起學者的關注。防護工程在戰(zhàn)時肩負指揮等重要作戰(zhàn)任務，是精確武器打擊的重點對象。為防止戰(zhàn)時供電中斷，通常防護工程內部必須設置備用電站。電站機組運行時會產生大量高溫煙氣及余熱。柴油發(fā)電機組燃燒廢熱和煙氣廢熱加起來約占燃油燃燒發(fā)電熱量的60％-70％，若不及時處理，則會對發(fā)電機功率、檢修人員造成不良影響。要實現防護工程備用電站的正常運行，這些問題必須要解決的。

目前，高溫煙氣主要通過經保溫處理的排煙管直接排出，電站余熱及機體內部熱量通過外部循環(huán)排到電站冷卻水庫或者經冷卻塔排到室外，兩者均存在需要改進的問題：在有限時間內排放冷凝熱僅僅通過水池水體與圍巖間的傳熱所散發(fā)的熱量十分有限，并且由于水庫溫度在不斷上升，導致大大降低了機組運行的效率，因此，在正常使用過程中需要頻繁大量的換水；現行于新建和改造的地下防護工程電站余熱基本采用在工程外部設置冷卻塔或蓄熱水庫作為冷凝熱排放處理的終端設備，高溫煙氣及冷卻水的直接排放嚴重破壞了工程紅外偽裝；常規(guī)電站水庫單位體積蓄熱密度小，不能保障電站長時間連續(xù)運行；室外冷卻塔體積龐大，易被敵人偵查發(fā)現。

為解決傳統(tǒng)余熱處理模式的不足，文獻[王晉生,劉文杰,蔡浩,等.地下蓄冷防護型冷卻塔.制冷與空調,2010,24(05):1-3.]提出一種地下蓄冷防護型冷卻塔塔，文獻[張華,茅靳豐,李永.人防工程地源除濕空調系統(tǒng)的應用分析.制冷與空調,2010,24(05):30-34.]提出了一種基于地源熱泵的新型空調機組，實現電站余熱的轉移，可增強隱蔽性，提高能源保障能力。但上述方案僅局限于廢熱排放的偽裝效果，沒有涉及到這部分能量的綜合利用，造成能源的極大浪費。如果實現這部分熱量的儲存、轉化及其綜合利用，則能更好的實現防護工程電站的節(jié)能和偽裝需求。

技術實現要素：

為解決防護工程電站降溫問題，同時實現防護工程節(jié)能及紅外偽裝的功能，本發(fā)明提供一種用于地下空間的備用電站廢熱利用系統(tǒng)及換熱方法。

為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術方案如下：

一種用于地下空間的備用電站廢熱利用系統(tǒng)，包括板式換熱器、分別位于板式換熱器兩側的熱源側設備和降溫側設備；

所述熱源側設備包括備用電站熱源、用于為水路提供循環(huán)動力的電站冷卻水循環(huán)泵；板式換熱器的一次側出水口通過連接管路連接備用電站熱源的入水口，備用電站熱源的出水口通過管路連接板式換熱器的一次側回水口；

所述降溫側設備包括用于實現梯級降溫的相互并聯(lián)的三級冷源系統(tǒng)：用于室內空調制熱的室內末端供暖系統(tǒng)、含有相變填充材料的相變水庫儲能系統(tǒng)、用于與土壤換熱的地埋管系統(tǒng)：

所述室內末端供暖系統(tǒng)包括室內末端供暖進水閥、末端供熱設備、室內末端供暖回水泵、室內末端供暖回水閥，板式換熱器的二次側出水口通過管路經室內末端供暖進水閥后連接至末端供熱設備的入口，末端供熱設備的出口通過管路經室內末端供暖回水泵、室內末端供暖回水閥后連接至板式換熱器的二次側回水口；

相變水庫儲能系統(tǒng)包括二次側出水閥、相變水庫進水閥、相變水庫、相變水庫回水泵、相變水庫回水閥，板式換熱器的二次側出水口通過管路經二次側出水閥、相變水庫進水閥后連接至相變水庫的入口，相變水庫的出口通過管路經相變水庫回水泵、相變水庫回水閥后連接至板式換熱器的二次側回水口；

地埋管系統(tǒng)包括二次側出水閥、地埋管第一進水閥、地埋管第二進水閥、地埋管、地埋管循環(huán)泵、地埋管第一回水閥、地埋管回水泵、地埋管第二回水閥，板式換熱器的二次側出水口通過管路經二次側出水閥、地埋管第一進水閥、地埋管第二進水閥后連接至地埋管的進水口，地埋管的出水口通過管路經地埋管循環(huán)泵、地埋管第一回水閥、地埋管回水泵、地埋管第二回水閥后連接至板式換熱器的二次側回水口。

作為優(yōu)選方式，地埋管模塊還包括地源熱泵、地源熱泵出水閥、地源熱泵回水閥，板式換熱器的二次側出水口通過管路經二次側出水閥、地埋管第一進水閥連接至地源熱泵蒸發(fā)側入水口，地源熱泵蒸發(fā)側出水口通過管路經地埋管回水泵、地埋管第二回水閥后連接至板式換熱器的二次側回水口；地源熱泵冷凝側出水口通過管路經地源熱泵出水閥連接地埋管的進水口，地埋管的出水口通過管路經地埋管循環(huán)泵、地源熱泵回水閥后回到地源熱泵冷凝側回水口。

一次側指溫度高的那一側，二次側指溫度低的那一側。

作為優(yōu)選方式，地源熱泵為1臺，或者為并聯(lián)的多臺。

作為優(yōu)選方式，備用電站熱源包括并聯(lián)的電站氣缸水套和機油散熱器水套，板式換熱器的一次側出水口通過連接管路連接電站氣缸水套的入水口、機油散熱器水套的入水口，電站氣缸水套的出水口、機油散熱器水套的出水口通過管路連接板式換熱器的一次側回水口。

作為優(yōu)選方式，熱源側設備還包括節(jié)溫器，所述節(jié)溫器連接在電站氣缸水套和機油散熱器水套的管路上，用于通過溫度監(jiān)測調節(jié)水路流量。

作為優(yōu)選方式，所述相變水庫內填充有相變填充材料，里面分層放置有換熱盤管。

作為優(yōu)選方式，所述末端供熱設備包括末端新風機組、末端風機盤管、散熱器、地板供暖、毛細管輻射平板供暖系統(tǒng)其中一種或并聯(lián)的多種。

為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種使用上述系統(tǒng)的用于地下空間的備用電站廢熱利用方法：板式換熱器一次側的循環(huán)水流經備用電站熱源所在管路升溫后流回板式換熱器；

板式換熱器的二次側有三種模式：

模式一：室內末端供暖；此時地下空間余熱通過與末端供熱設備換熱實現降溫；板式換熱器二次側循環(huán)水從板式換熱器流出，依次流經室內末端供暖進水閥、末端供熱設備、末端供暖回水泵、室內末端供暖回水閥，回到板式換熱器；過程中，除室內末端供暖進水閥,室內末端供暖回水閥外，其余閥門關閉；

模式二：相變水庫儲能和室內末端供暖：此時地下空間余熱通過與末端供熱設備換熱和由相變水庫蓄積多余熱量兩種途徑實現降溫：板式換熱器二次循環(huán)水從板式換熱器流出后，流經兩個并聯(lián)環(huán)路，環(huán)路一依次流經室內末端供暖進水閥、末端供熱設備、末端供暖回水泵、室內末端供暖回水閥，而后回到板式換熱器；環(huán)路二依次流經二次側出水閥、相變水庫進水閥、相變水庫、相變水庫回水泵、相變水庫回水閥，而后回到板式換熱器；過程中，除二次側出水閥、室內末端供暖進水閥、相變水庫回水閥、室內末端供暖回水閥、相變水庫進水閥外，其余閥門關閉；

模式三：地埋管換熱和室內末端供暖；當相變水庫不能平衡或儲存循環(huán)管路多余熱量、熱源側及降溫側水溫持續(xù)上升時，開啟地埋管，利用地埋管與土壤換熱；此時，板式換熱器的二次側循環(huán)水從板式換熱器流出后，流經兩個并聯(lián)環(huán)路：

環(huán)路一依次流經室內末端供暖進水閥、末端供熱設備、末端供暖回水泵、室內末端供暖回水閥，而后回到板式換熱器；此時除室內末端供暖進水閥、室內末端供暖回水閥外其余閥門關閉；環(huán)路二依次流經二次側出水閥、地埋管第一進水閥、地埋管第二進水閥、地埋管、地埋管循環(huán)泵、地埋管第一回水閥、地埋管回水泵、地埋管第二回水閥后回到板式換熱器；過程中，除二次側出水閥、室內末端供暖進水閥、地埋管第二回水閥、地埋管第一進水閥、地埋管第二進水閥、地埋管第一回水閥外其余閥門關閉。

作為優(yōu)選方案，當所述地埋管包括地源熱泵時，所述模式三中的環(huán)路二分蒸發(fā)側和冷凝側，蒸發(fā)側循環(huán)水從板式換熱器的二次側出水口流出，流經二次側出水閥、地埋管第一進水閥后從地源熱泵蒸發(fā)側入水口進入地源熱泵；然后從地源熱泵蒸發(fā)側出水口流出，經地埋管回水泵、地埋管第二回水閥后回到板式換熱器的二次側回水口；冷凝側循環(huán)水從地源熱泵的地源熱泵冷凝側出水口流出，經地源熱泵出水閥、地埋管、地埋管循環(huán)泵、地源熱泵回水閥、地源熱泵冷凝側回水口后回到地源熱泵；過程中，除二次側出水閥、室內末端供暖進水閥、地埋管第二回水閥、室內末端供暖回水閥、地埋管第一進水閥、地源熱泵出水閥、地源熱泵回水閥外其余閥門關閉。

該系統(tǒng)工作原理是：當備用電站柴油發(fā)電機運行時，發(fā)電機本身及產生的煙氣將會產生大量的廢熱，此時，熱源側環(huán)路水溫逐漸升溫，當廢熱量剛好與末端供熱需求相等時，僅開啟降溫側末端供熱設備(如新風機組+風機盤管)，實現廢熱利用；當電站余熱量與末端供熱量相差不大或上下波動時，同時開啟末端供熱設備和相變水庫儲存多余的熱量，使系統(tǒng)長周期內實現系統(tǒng)熱量平衡。當電站廢熱過大且熱源側和降溫側水溫持續(xù)上升時，開啟地埋管及末端供熱設備，通過地埋管與土壤的換熱及末端設備供暖實現熱量的利用和轉移。末端供熱設備、相變水庫及地埋管并聯(lián)于循環(huán)水環(huán)路，共同實現地下防護工程廢熱的梯級利用和轉移。

本發(fā)明的有益效果為：將電站廢熱用于地下工程末端供熱，變廢為寶，減少了鍋爐等加熱設備的使用，節(jié)約了能源；相變水庫在本系統(tǒng)中的應用，相比傳統(tǒng)的水箱，蓄熱量大且易于調節(jié)，可縮減水庫體積，節(jié)省地下建筑空間，減少建筑費用。對于多余的熱量采用地埋管進行降溫處理，不對地上排放高溫煙氣，實現了防護工程紅外偽裝的目標。通過該系統(tǒng)的應用，可將電站余熱進行儲存、轉化及綜合利用，解決了電站余熱排放易造成口部暴露的問題，能夠有效提高防護工程的紅外隱身效果，提高電站廢熱利用效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的用于地下空間的備用電站廢熱利用系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例2的用于地下空間的備用電站廢熱利用系統(tǒng)的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明中相變水庫的結構示意圖。

其中，1為電站氣缸水套，2為機油散熱器水套，3為節(jié)溫器，4電站冷卻水循環(huán)泵，5為板式換熱器，6為相變水庫，61為相變填充材料，62為換熱盤管，7為末端新風機組，8為末端風機盤管，9為室內末端供暖回水泵，10為相變水庫回水泵，11為地埋管回水泵，12為地源熱泵，13為地埋管循環(huán)泵，14為地埋管，15為二次側出水閥，16為室內末端供暖進水閥，17為相變水庫回水閥，18為地埋管第二回水閥，19為室內末端供暖回水閥，20為地埋管第一進水閥，21為相變水庫進水閥，22為地源熱泵出水閥，23為地源熱泵回水閥，24為地埋管第二進水閥，25為地埋管第一回水閥，121為地源熱泵蒸發(fā)側入水口，122為地源熱泵冷凝側出水口，123為地源熱泵冷凝側回水口，124為地源熱泵蒸發(fā)側出水口。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

實施例1

一種防護工程備用電站廢熱利用系統(tǒng)，包括板式換熱器5、分別位于板式換熱器5兩側的熱源側設備和降溫側設備；

所述熱源側設備包括電站氣缸水套1、機油散熱器水套2、用于為水路提供循環(huán)動力的電站冷卻水循環(huán)泵4；板式換熱器5的一次側出水口通過連接管路連接電站氣缸水套1的入水口、機油散熱器水套2的入水口，電站氣缸水套1的出水口、機油散熱器水套2的出水口通過管路連接板式換熱器5的一次側回水口；

所述降溫側設備包括用于實現梯級降溫的相互并聯(lián)的三級冷源系統(tǒng)：用于室內空調制熱的室內末端供暖系統(tǒng)、含有相變填充材料的相變水庫儲能系統(tǒng)、用于與土壤換熱的地埋管系統(tǒng)：

所述室內末端供暖系統(tǒng)包括室內末端供暖進水閥16、末端供熱設備、室內末端供暖回水泵9、室內末端供暖回水閥19，板式換熱器5的二次側出水口通過管路經室內末端供暖進水閥16后連接至末端供熱設備的入口，末端供熱設備的出口通過管路經室內末端供暖回水泵9、室內末端供暖回水閥19后連接至板式換熱器5的二次側回水口；

相變水庫儲能系統(tǒng)包括二次側出水閥15、相變水庫進水閥21、相變水庫6、相變水庫回水泵10、相變水庫回水閥17，板式換熱器5的二次側出水口通過管路經二次側出水閥15、相變水庫進水閥21后連接至相變水庫6的入口，相變水庫6的出口通過管路經相變水庫回水泵10、相變水庫回水閥17后連接至板式換熱器5的二次側回水口；

地埋管系統(tǒng)包括二次側出水閥15、地埋管第一進水閥20、地埋管第二進水閥24、地埋管14、地埋管循環(huán)泵13、地埋管第一回水閥25、地埋管回水泵11、地埋管第二回水閥18，板式換熱器5的二次側出水口通過管路經二次側出水閥15、地埋管第一進水閥20、地埋管第二進水閥24后連接至地埋管14的入口，地埋管14的出口通過管路經地埋管循環(huán)泵13、地埋管第一回水閥25、地埋管回水泵11、地埋管第二回水閥18后連接至板式換熱器5的二次側回水口。一次側指溫度高的那一側，二次側指溫度低的那一側。

優(yōu)選的，熱源側設備還包括節(jié)溫器，所述節(jié)溫器3連接在電站氣缸水套1和機油散熱器水套2的管路上，用于通過溫度監(jiān)測調節(jié)水路流量。

優(yōu)選的，地源熱泵為1臺，或者為并聯(lián)的多臺。地埋管循環(huán)泵13的臺數也可根據地源熱泵機組的臺數進行優(yōu)化配置，在圖1中，僅表示兩臺地源熱泵和3臺地埋管循環(huán)泵13的組合工況。

所述相變水庫內填充有相變填充材料61，里面分層放置有換熱盤管62。

所述末端供熱設備包括末端新風機組7、末端風機盤管8、散熱器、地板供暖、毛細管輻射平板供暖系統(tǒng)其中一種或并聯(lián)的多種。

使用上述系統(tǒng)的用于地下空間的備用電站廢熱利用方法如下：

板式換熱器5一次側的循環(huán)水流經氣缸水套和機油散熱器水套并聯(lián)環(huán)路升溫后流回板式換熱器5；板式換熱器5的二次側有三種模式：

模式一：室內末端供暖；此時地下空間余熱通過與末端供熱設備換熱實現降溫；板式換熱器二次側循環(huán)水從板式換熱器5流出，依次流經室內末端供暖進水閥16，末端供熱設備、末端供暖回水泵9、室內末端供暖回水閥19，而后回到板式換熱器5，過程中，除室內末端供暖進水閥16,室內末端供暖回水閥19外，其余閥門關閉；

模式二：相變水庫儲能和室內末端供暖：此時地下空間余熱通過與末端供熱設備換熱和由相變水庫蓄積多余熱量兩種途徑實現降溫：板式換熱器二次循環(huán)水從板式換熱器5流出后，流經兩個并聯(lián)環(huán)路，環(huán)路一依次流經室內末端供暖進水閥16、末端供熱設備、末端供暖回水泵9、室內末端供暖回水閥19，而后回到板式換熱器5；環(huán)路二依次流經二次側出水閥15，相變水庫進水閥21、相變水庫6、相變水庫回水泵10、相變水庫回水閥17，而后回到板式換熱器5；過程中，除二次側出水閥15、室內末端供暖進水閥16、相變水庫回水閥17、室內末端供暖回水閥19、相變水庫進水閥21外，其余閥門關閉；

模式三：地埋管換熱和室內末端供暖；當相變水庫不能平衡或儲存循環(huán)管路多余熱量、熱源側及降溫側水溫持續(xù)上升時，開啟地埋管，利用地埋管與土壤換熱；此時，板式換熱器5的二次側循環(huán)水從板式換熱器5流出后，流經兩個并聯(lián)環(huán)路：

環(huán)路一依次流經室內末端供暖進水閥16、末端供熱設備、末端供暖回水泵9、室內末端供暖回水閥19，而后回到板式換熱器5；此時除室內末端供暖進水閥16、室內末端供暖回水閥19外其余閥門關閉；

環(huán)路二依次流經二次側出水閥15、地埋管第一進水閥20、地埋管第二進水閥24、地埋管14、地埋管循環(huán)泵13、地埋管第一回水閥25、地埋管回水泵11、地埋管第二回水閥18后回到板式換熱器5；過程中，除二次側出水閥15、室內末端供暖進水閥16、地埋管第二回水閥18、地埋管第一進水閥20、地埋管第二進水閥24、地埋管第一回水閥25外其余閥門關閉。

該系統(tǒng)工作原理是：當備用電站柴油發(fā)電機運行時，發(fā)電機本身及產生的煙氣將會產生大量的廢熱，此時，熱源側環(huán)路水溫逐漸升溫，當廢熱量剛好與末端供熱需求相等時，僅開啟降溫側末端供熱設備(如新風機組+風機盤管)，實現廢熱利用；當電站余熱量與末端供熱量相差不大或上下波動時，同時開啟末端供熱設備和相變水庫儲存多余的熱量，使系統(tǒng)長周期內實現系統(tǒng)熱量平衡。當電站廢熱過大且熱源側和降溫側水溫持續(xù)上升時，開啟地埋管及末端供熱設備，通過地埋管與土壤的換熱及末端設備供暖實現熱量的利用和轉移。末端供熱設備、相變水庫及地埋管并聯(lián)于循環(huán)水環(huán)路，共同實現地下防護工程廢熱的梯級利用和轉移。

實施例2

本實施例和實施例1基本相同，區(qū)別在于：地埋管模塊還包括地源熱泵12、地源熱泵出水閥22、地源熱泵回水閥23，板式換熱器5的二次側出水口通過管路經二次側出水閥15、地埋管第一進水閥20連接至地源熱泵蒸發(fā)側入水口121，地源熱泵蒸發(fā)側出水口124通過管路經地埋管回水泵11、地埋管第二回水閥18后連接至板式換熱器5的二次側回水口；地源熱泵冷凝側出水口122通過管路經地源熱泵出水閥22連接地埋管14的進水口，地埋管14的出水口通過管路經地埋管循環(huán)泵13、地源熱泵回水閥23后回到地源熱泵冷凝側回水口123。

使用上述系統(tǒng)的用于地下空間的備用電站廢熱利用方法和實施例1中的方法基本相同，區(qū)別在于：當所述地埋管包括地源熱泵12時，所述模式三中的環(huán)路二分蒸發(fā)側和冷凝側，蒸發(fā)側循環(huán)水從板式換熱器5的二次側出水口流出，流經二次側出水閥15、地埋管第一進水閥20后從地源熱泵蒸發(fā)側入水口121進入地源熱泵12；然后從地源熱泵蒸發(fā)側出水口124流出，經地埋管回水泵11、地埋管第二回水閥18后回到板式換熱器5的二次側回水口；冷凝側循環(huán)水從地源熱泵12的地源熱泵冷凝側出水口122流出，經地源熱泵出水閥22、地埋管14、地埋管循環(huán)泵13、地源熱泵回水閥23、地源熱泵冷凝側回水口123后回到地源熱泵12；過程中，除二次側出水閥15、室內末端供暖進水閥16、地埋管第二回水閥18、室內末端供暖回水閥19、地埋管第一進水閥20、地源熱泵出水閥22、地源熱泵回水閥23外其余閥門關閉。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。