一种集中供热系统技术领域
本发明涉及集中供热系统技术领域，尤其涉及一种与热泵机组联
合运行的集中供热系统。
背景技术
随着供热技术的发展，目前有多种热源可供选择，如水源，空气
源。水源热泵利用少量电能，可以从待降温水中提取热量释放至待升
温水中，升温后的高温水可用来冬季供热。空气源热泵以环境空气作
为低品位热源，利用少量高品位的电能作为驱动，将空气中的低品位
热能提升为高品位热能加以利用。
近年来我国的集中供热发展迅速，无论是供热能力还是热网规模
都有了很大的提高，集中供热的应用范围也越来越广。但是集中供热
在快速发展的过程中，供热能耗居高不下，其主要原因是：供热系统
输送效率不高、输送能耗高，热用户热量不均，导致热量浪费严重；
热源效率普遍偏低；围护结构保温不良。
而且，在传统的集中供热系统中，一次网回水温度较高，回水中
的余热资源没有有效利用，如果将这部分热量充分利用，相当于在不
增加锅炉容量的情况下，增加了热源的供热能力，但因为此类热源品
质低，所以目前没有能够充分有效的利用起来。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种集中供热系统，能有效利
用供热管网一次网回水中的余热和转化利用空气中的热量，提高系统
能效比，缓解集中供热热源能力不足的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种集中供热系统，包括通
过一次网循环回路顺次连通的集中热源、热力站、水源热泵组和空气
源热泵组，所述热力站与水源热泵组还分别通过二次网循环回路连通
有热用户；所述热力站与水源热泵组分别用于使所述一次网循环回路
和二次网循环回路之间进行多层级热交换，以用来为所述热用户循环
供热。
其中，所述一次网循环回路包括顺次连通的一次网供水管线、一
次网第一回水管线、一次网第二回水管线和一次网第三回水管线，且
所述一次网第三回水管线还与一次网供水管线连通；所述集中热源分
别通过所述一次网供水管线、一次网第一回水管线和一次网第二回水
管线与所述热力站、水源热泵组和空气源热泵组顺次连通；所述空气
源热泵组还通过所述一次网第三回水管线与所述集中热源连通。
其中，所述二次网循环回路包括二次网供水管线、二次网回水管
线和二次网次级循环回路；所述二次网供水管线和二次网回水管线的
两端分别通过所述热力站和热用户连通；所述二次网回水管线还通过
所述二次网次级循环回路与所述水源热泵组和二次网供水管线顺次连
通。
其中，所述二次网次级循环回路包括二次网次级供水管线和二次
网次级回水管线，所述二次网回水管线与二次网次级回水管线、所述
水源热泵组、二次网次级供水管线和二次网供水管线顺次连通。
其中，所述水源热泵组包括一台水源热泵，所述空气源热泵组包
括一台空气源热泵；所述热力站分别通过所述一次网第一回水管线、
一次网第二回水管线和一次网第三回水管线与所述水源热泵、空气源
热泵和集中热源顺次连通；所述二次网回水管线与二次网次级回水管
线、所述水源热泵、二次网次级供水管线和二次网供水管线顺次连通。
其中，所述水源热泵组和空气源热泵组分别包括多台水源热泵和
多台空气源热泵，所述水源热泵包括冷凝侧和蒸发侧，多台所述水源
热泵的蒸发侧通过一次网第一回水管线顺次连通，多台所述空气源热
泵通过所述一次网第三回水管线顺次连通，且相邻的所述水源热泵与
空气源热泵之间通过所述一次网第二回水管线连通；
其中，多台所述水源热泵的冷凝侧之间还分别通过所述二次网次
级供水管线连通，且所述二次网次级供水管线与一次网第一回水管线
反向设置；所述二次网回水管线与二次网次级回水管线、多台所述水
源热泵、二次网次级供水管线和二次网供水管线顺次连通。
其中，所述水源热泵组还连通有电源。
其中，所述空气源热泵组还连通有电源。
其中，所述空气源热泵组还连通有空气源。
其中，所述集中热源还连通有燃料源。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的集中供热系
统的集中热源、热力站、水源热泵组和空气源热泵组通过一次网循环
回路顺次连通，热力站与水源热泵组还分别通过二次网循环回路连通
有热用户；热力站与水源热泵组分别用于使一次网循环回路和二次网
循环回路之间进行多层级热交换，以用来为热用户循环供热。该集中
供热系统将传统的集中热源和热力站分别与热泵机组联合运行，通过
水源热泵组利用热力站中的一次网循环回路的热水的余热为二次网循
环回路中的部分回水加热升温，以辅助热力站对二次网循环回路的回
水加热后的再次供热，实现了对一次网循环回路的回水热量的梯级利
用；此外，还通过空气源热泵组利用空气中的热量为一次网循环回路
的回水辅助升温，缓解了集中热源的能力不足问题；该集中供热系统
有效利用环保节能的水源和空气源实现集中供热效果，具有运行费用
低、系统能效比高、环保节能、有效减少二氧化碳气体等排放的优点。
附图说明
图1为本发明实施例一的集中供热系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二的集中供热系统的结构示意图。
其中，1、集中热源；2、热力站；3、热用户；4、水源热泵组；5、
空气源热泵组；6、燃料源；7、空气源；8、电源；11、一次网供水管
线；12、一次网第一回水管线；13、一次网第二回水管线；14、一次
网第三回水管线；15、二次网供水管线；16、二次网回水管线；17、
二次网次级供水管线；18、二次网次级回水管线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多台”的含义是两台或两台
以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、
“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示
所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例一所述的集中供热系统的集中热源1、热
力站2、水源热泵组4和空气源热泵组5通过一次网循环回路顺次连通，
热力站2与水源热泵组4还分别通过二次网循环回路连通有热用户3；
热力站3与水源热泵组4分别用于使一次网循环回路和二次网循环回
路之间进行多层级热交换，其中，一次网循环回路和二次网循环回路
分别在热力站3与水源热泵组4内进行多次热交换，实现了对一次网
循环回路的回水热量的梯级利用，以用来为热用户3循环供热。
本实施例一的集中供热系统将传统的集中热源1和热力站2分别
与热泵机组联合运行，集中热源1将一次网循环回路内的水温加热后，
一次网循环回路内的水分别在热力站2和水源热泵组4内散热降温，
以与二次网循环回路内的水进行多次热交换，从而使二次网循环回路
内的水升温，实现了对一次网循环回路内的热水的热量进行梯级利用，
阶梯式的逐步增大一次网循环回路的供回水温差，降低了一次网循环
回路的输送电耗，提高了整个集中供热系统的一次能源利用效率；且
利用传统化石能源、电能和室外低品位空气热源作为该集中供热系统
的热源，构建了多能互补型的集中供热方式，形成多元化的供热热源
形式。同时，在保持传统供热热源装机容量不变的条件下，该系统扩
大了传统集中供热系统的供热能力，缓解了传统集中供热热源不足的
问题；在满足相同供热量的条件下，可以节约集中供热系统的一次能
源消耗量，降低污染物局部排放量，减少了二氧化碳等气体排放量。
本实施例一的集中热源1分别通过一次网循环回路的一次网供水
管线11、一次网第一回水管线12和一次网第二回水管线13与热力站
2、水源热泵组4和空气源热泵组5顺次连通；空气源热泵组5还通过
一次网循环回路的一次网第三回水管线14与集中热源1连通，使水顺
次沿着一次网供水管线11、一次网第一回水管线12、一次网第二回水
管线13和一次网第三回水管线14流动，从而在集中热源1、热力站2、
水源热泵组4和空气源热泵5中逐级升温和逐级降温，空气源热泵组5
利用空气中的热量为一次网第三回水管线14的回水辅助升温，实现了
预加热功能，有效缓解了集中热源1能力不足的问题；水源热泵组4
辅助热力站2从一次网循环回路内的水逐级提取热量，而使得一次网
循环回路内的水逐级降温，而空气源热泵组5则辅助集中热源1为一
次网循环回路内的水预加热升温，从而实现一次网循环回路的大温差
工况运行，有效降低其输送电耗。
本实施例一的二次网循环回路的二次网供水管线15和二次网回水
管线16的两端分别通过热力站2和热用户3连通，二次网回水管线16
还通过二次网次级循环回路与水源热泵组4和二次网供水管线15顺次
连通，即热用户3分别通过二次网供水管线15和二次网回水管线16
与热力站2连通，且通过二次网次级循环回路与水源热泵组4和二次
网供水管线15顺次连通；该二次网次级循环回路包括二次网次级供水
管线17和二次网次级回水管线18，二次网回水管线16与二次网次级
回水管线18、水源热泵组4、二次网次级供水管线17和二次网供水管
线15顺次连通。上述的二次网循环回路分别利用热力站2和水源热泵
组4中来自一次网循环回路的热水的不同热量，对从二次网回水管线
16进入热力站2的回水、以及通过二次网次级回水管线18进入水源热
泵组4的回水进行阶梯式加热后，再通过二次网供水管线15以及经二
次网次级供水管线17汇入二次网供水管线15中一起供给热用户3，以
实现对一次网循环回路的回水热量的梯级利用。
为了保证水源热泵组4、空气源热泵组5和集中热源1的稳定运行，
水源热泵组4和空气源热泵组5还分别连通有电源8；为了保证空气源
热泵组5和集中热源1的原料来源稳定，空气源热泵组5还连通有空
气源7，集中热源1还连通有燃料源6。
本实施例一的水源热泵组4包括一台水源热泵，空气源热泵组5
包括一台空气源热泵；热力站2分别通过一次网第一回水管线12、一
次网第二回水管线13和一次网第三回水管线14与水源热泵、空气源
热泵和集中热源1顺次连通；二次网回水管线16与二次网次级回水管
线18、水源热泵、二次网次级供水管线17和二次网供水管线15顺次
连通。
本实施例一的一次网循环回路采用水温大温差变化运行，集中热
源1的出水口通过一次网供水管线11与热力站2的一次网入水口连通，
流经一次网供水管线11的水温优选为90℃，通过热力站2为二次网循
环回路内的一部分冷水回水进行第一次高温加热；热力站2的一次网
出水口通过一次网第一回水管线12与水源热泵的蒸发侧的入水口连
通，流经一次网第一回水管线12的冷水温度经过散热降温后降低，优
选流经一次网第一回水管线12的水温为40℃，通过水源热泵为二次网
循环回路的另一部分冷水回水进行第二次加热；水源热泵的蒸发侧的
出水口通过一次网第二回水管线13与空气源热泵的入水口连通，此时
流经一次网第二回水管线13的水温优选为20℃，在空气源热泵中通过
吸收空气热量升温预加热；空气源热泵的出水口通过一次网第三回水
管线14与集中热源1的入水口连通，流经一次网第三回水管线14的
水温优选为35℃，在集中热源1中加热至90℃。
本实施例一的二次网循环回路采用水温低温供热方式运行，在热
力站2与热用户3之间的二次网循环回路中，热力站2的冷凝侧的出
水口和入水口分别通过二次网供水管线15和二次网回水管线16与热
用户3的入水口和出水口连通，在热力站2中通过利用一次网循环回
路中的热水将二次网回水管线16内的冷水升温后，流经二次网供水管
线15进入热用户3，并为热用户3散热供暖后，一部分回水经二次网
回水管线16流回到热力站2内，流经二次网供水管线15和二次网回
水管线16的水温分别优选为45℃和35℃；在水源热泵与热用户3之
间的二次网循环回路中，水源热泵的冷凝侧的出水口和入水口分别通
过二次网次级供水管线17和二次网次级回水管线18与二次网供水管
线15和二次网回水管线16连通，在水源热泵内通过利用一次网循环
回路中略降低一点温度的热水的余热，将二次网次级回水管线18内的
冷水回水升温后，流经二次网次级供水管线17进入二次网供水管线
15，从而进入热用户3，而散热后自热用户3流出的水除了一部分回到
热力站2外，另一部分从二次网回水管线16中分流至二次网次级回水
管线18中，从而进入水源热泵中被加热，使水源热泵能够辅助热力站
2为热用户3供热用水进行多层级加热工作，为热力站2节约能源，流
经二次网次级供水管线17和二次网次级回水管线18的水温分别优选
为45℃和35℃。
本实施例一的集中供热系统在工作时，一次网第三回水管线14中
的水在集中热源1中加热升温至90℃后，通过一次网供水管线11进入
热力站2，在热力站2中为来自二次网循环回路的回水升温提供热量，
经部分散热后的水温降至40℃，通过一次网第一回水管线12进入水源
热泵组4内，然后在水源热泵组4中再次为来自二次网循环回路的回
水升温提供余热，完全散热后的水温降至20℃，通过一次网第二回水
管线13进入空气源热泵组5内，再在空气源热泵组5内借助空气的热
量转换进行预升温至35℃，最后通过一次网第三回水管线14回到集中
热源1中加热至90℃。
在热力站2和水源热泵组4内，分别经由一次网循环回路的两个
梯度加热后，通过二次网供水管线15供给热用户3的水的水温为45
℃，经过热用户3的供热散热后温度降低至35℃，一部分通过二次网
回水管线16流回热力站2内进行升温，另一部分自二次网回水管线16
分流至二次网次级回水管线18，然后流入水源热泵组中加热至45℃，
再经二次网次级供水管线17汇入二次网供水管线15内，与来自热力
站2的热水一同供给热用户3使用。
实施例二
如图2所示，本实施例二的集中供热系统的基本结构和工作原理
与实施例一大致相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例
二的水源热泵组4和空气源热泵组5分别包括多台水源热泵和多台空
气源热泵，每台水源热泵均设有冷凝侧和蒸发侧，多台水源热泵的蒸
发侧通过一次网第一回水管线12顺次连通，多台空气源热泵通过一次
网第三回水管线14顺次连通，且相邻的水源热泵与空气源热泵之间通
过所述一次网第二回水管线13连通，也就是说按照一次网循环回路内
的回水流向，串连于多台水源热泵的末端的一台水源热泵与串联于多
台空气源热泵的始端的一台空气源热泵之间通过一次网第二回水管线
13连通，从而使多台水源热泵与多台空气源热泵串连，使一次网循环
回路内的水温实现逐级降温和逐级升温，能够更好的通过多梯级利用
一次网循环回路内的水的热量为热用户3进行集中供热，具有运行费
用低、系统能效比高、环保节能、有效减少二氧化碳气体等排放的优
点。
本实施例二中的多台水源热泵的冷凝侧之间还分别通过二次网次
级供水管线17连通，且二次网次级供水管线17与一次网第一回水管
线12反向设置，以使一次网循环回路内的水在多台水源热泵内逐级散
热降温的同时，二次网循环回路内的水在多台水源热泵内可以吸热逐
级升温；二次网回水管线16与二次网次级回水管线18、多台水源热泵、
二次网次级供水管线17和二次网供水管线15顺次连通，从而使该二
次网次级循环回路内的水顺次流经多台水源热泵，经过逐级升温后再
回到二次网供水管线15中。本实施例二的水源热泵组4通过将多台水
源热泵的蒸发侧串联连通，并将多台水源热泵的冷凝侧也串联连通，
利用水源热泵蒸发侧的一次网循环回路的热水余热，为水源热泵冷凝
侧的二次网循环回路的回水升温，从而使来自热力站2的一次网循环
回路内的热水的余热可以得到更多层级的分梯次利用，提高一次网循
环回路的水温余热利用率，能够更大程度的降低其输送电耗，为该集
中供热系统提高能源转换利用率及供热效率。
需要说明的是，本实施例的水源热泵组4和空气源热泵组5的数
量分别为一台或多台，且两套热泵机组内的热泵数量可以相等也可以
不相等，其中，水源热泵组4只要满足将水源热泵组4内的水源热泵
的蒸发侧均通过一次网第一回水管线12顺次串联连通，且冷凝侧均通
过二次网次级供水管线17顺次串联连通，且一次网第一回水管线12
内的水流流向与二次网次级供水管线17内的水流流向反向设置，以确
保二次网次级循环回路内的冷水回水能在水源热泵内逐级升温，实现
一次网循环回路的水温余热的多层次梯级利用即可；空气源热泵组5
只要满足将空气源热泵组5内的空气源热泵通过一次网第三回水管线
14顺次串联连通，使得一次网第三回水管线14内的冷水回水依次通过
多台空气源热泵内，逐级利用空气源7对该冷水回水进行预加热，从
而能有效缓解集中热源1的加热能力不足的问题即可。
综上所述，本实施例一和二的集中供热系统的集中热源1、热力站
2、水源热泵组4和空气源热泵组5通过一次网循环回路顺次连通，热
力站2与水源热泵组4还分别通过二次网循环回路连通有热用户3；热
力站2与水源热泵组4分别用于使一次网循环回路和二次网循环回路
之间进行多层级热交换，以用来为热用户3循环供热。该集中供热系
统将传统的集中热源1和热力站2分别与热泵机组联合运行，通过水
源热泵组4利用热力站2中的一次网循环回路的热水的余热为二次网
循环回路中的部分回水加热升温，以辅助热力站2对二次网循环回路
的回水加热后的再次供热，实现了对一次网循环回路的回水热量的梯
级利用；此外，还通过空气源热泵组5利用空气中的热量为一次网循
环回路的回水辅助升温，缓解了集中热源1的能力不足问题；该集中
供热系统有效利用环保节能的水源和空气源7实现集中供热效果，具
有运行费用低、系统能效比高、环保节能、有效减少二氧化碳气体等
排放的优点。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗
漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的
普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明
本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本
发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。