CN110864472A - 地源热泵供热*** - Google Patents

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郭占强
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周聪
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Abstract

本发明公开了一种地源热泵供热***，其包括中深层井内换热器、浅层井内换热管；中深层井内换热器用于放置于中深层地热井内；浅层井内换热管用于放置于米深的浅层地热井内，作为浅层地源热泵供热***的井内换热装置；中深内套管上端通过第一管路连通到U型浅层井内换热管的进水端；U型浅层井内换热管的出水端通过第二管路连通到中深内套管外侧壁和中深外套管内侧壁之间的环状空间的上部；第一管路或第二管路上设置有闸阀；中深层井内换热器、浅层井内换热管、第一管路及第二管路中用于充满液态换热介质。本发明的地源热泵供热***，增加了浅层地源热泵供热***的应用范围，绿色无污染，补热运行期间无需值守和维护。

Description

地源热泵供热***
技术领域
本发明涉及供热技术，特别涉及一种地源热泵供热***。
背景技术
浅层地源热泵供热***，是一种成熟的地源热泵供热技术，利用地浅层地埋管，提取地层20～200米深度的热量，作为建筑供热热源。浅层地埋管深度20～200米，属于恒温层，地层温度基本恒定，不受地表日光辐射和地球内部热力影响。浅层地源热泵供热***冬季供热从恒温层取热，供热结束后，需要夏季制冷运行或其他热源，为地层补充热量，以维持地下温度稳定，保证热泵***长期运行。所以，浅层地源热泵供热***多应用在办公、商业、学校等同时冷暖需求建筑，并且适宜区域为寒冷区，冷热负荷平衡。严寒地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区因为冷热需求不平衡，冬夏季取热、放热量相差较大，不易保证地下温度稳定。住宅类建筑，一般不需要集中供冷，浅层地源热泵供热***应用受到限制。一些北方严寒地区的浅层地源热泵住宅供热项目，由于浅层地源热泵供热***持续从地下取热，无热量补充，造成地下温度逐年下降，项目失败。
浅层地源热泵供热***的常规补热方式，有利用太阳能补热和利用场地空气源热泵补热等。浅层地源热泵供热***取热量大，要补充足够热量，需要太阳能集热器面积很大，投资成本高，并且太阳能集热器寿命受限，维护成本高。单独增设场地空气源热泵为浅层地源热泵供热***补热，也面临着投资高的问题，并且增加了配电容量，运行电耗高，得不偿失。利用太阳能补热和利用场地空气源热泵补热，投资、运行、维护成本偏高，只能作为应急补救手段。
中深层地热源热泵供热***，是近年新兴的供热技术。采用套管式换热器结构，钻井深度1500～3000米，提取深层地热作为供热热源。中深层地热井采用换热的方式取热，可以有效保护深层地下水资源。深层地热热量来自地球内部，热源稳定，可长期取用。中深层地热源热泵供热***，效率高，无排放无污染，但是建设成本高，不适合单独作为供热热源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地源热泵供热***，可以大幅减少浅层地热井数量，使浅层地源热泵供热***可应用在住宅等单纯供热的项目中，增加了浅层地源热泵供热***的应用范围，可应用在严寒地区或者单纯供热的项目中，绿色无污染，补热运行期间无需值守和维护。
为解决上述技术问题，本发明提供的地源热泵供热***，其包括中深层井内换热器1、浅层井内换热管2；
所述中深层井内换热器1包括中深外套管11、中深内套管12；
所述中深外套管11底端及侧壁封闭；
所述中深内套管12置于所述中深外套管11内，所述中深内套管12底端开口同中深外套管11底部连通；
所述中深内套管12外侧壁上部同中深外套管11内侧壁上部之间封闭，所述中深内套管12外侧壁和中深外套管11内侧壁之间形成环状空间；
所述浅层井内换热管2为U型管；
所述中深层井内换热器1用于放置于1500～3000米深的中深层地热井内；
所述浅层井内换热管2用于放置于80～150米深的浅层地热井内，作为浅层地源热泵供热***的井内换热装置；
所述中深内套管12上端通过第一管路连通到U型浅层井内换热管2的进水端；
所述U型浅层井内换热管2的出水端通过第二管路连通到所述中深内套管12外侧壁和中深外套管11内侧壁之间的环状空间的上部；
第一管路或第二管路上设置有闸阀4；
中深层井内换热器1、浅层井内换热管2、第一管路及第二管路中用于充满液态换热介质。
较佳的，所述液态换热介质为水。
较佳的，所述中深层井内换热器1用于放置于2000～3000米深的中深层地热井内。
较佳的，所述闸阀4两端连通有旁通管路；
所述旁通管路中设置有补热循环泵3。
较佳的，所述浅层地热井内设置温度传感器；
所述温度传感器用于检测浅层井内换热管处的浅层井内温度。
较佳的，所述中深层井内换热器1作为中深层地热源热泵供热***的井内换热装置。
较佳的，所述中深层地热源热泵供热***和浅层地源热泵供热***的供热能力比例为1:4到1:1。
较佳的，所述补热循环泵3为中深层地热源热泵供热***的换热器循环泵或者浅层地源热泵供热***的换热管循环泵。
较佳的，所述浅层井内换热管2为聚乙烯材质。
本发明的地源热泵供热***，利用放置于1500～3000米深的中深层地热井内的中深层井内换热器1为浅层地源热泵供热***补热，可以大幅减少浅层地热井数量，使浅层地源热泵供热***可应用在住宅等单纯供热的项目中，增加了浅层地源热泵供热***的应用范围，可应用在严寒地区或者单纯供热的项目中；并可以依靠液态换热介质的温度密度差自然流动进行自然循环补热，实现浅层地源热泵供热***的补热功能，不必启动水泵等机电设备，无电能消耗，零消耗，零排放；补热所用热能来自中深层地热井，为清洁可再生能源，绿色无污染；补热运行期间无需值守和维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的地源热泵供热***一实施例结构示意图。
附图标记说明：
1中深层井内换热器；2浅层井内换热管；11中深外套管；12中深内套；4闸阀；3补热循环泵。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，地源热泵供热***包括中深层井内换热器1、浅层井内换热管2；
所述中深层井内换热器1包括中深外套管11、中深内套管12；
所述中深外套管11底端及侧壁封闭；
所述中深内套管12置于所述中深外套管11内，所述中深内套管12底端开口同中深外套管11底部连通；
所述中深内套管12外侧壁上部同中深外套管11内侧壁上部之间封闭，所述中深内套管12外侧壁和中深外套管11内侧壁之间形成环状空间；
所述浅层井内换热管2为U型管；
所述中深层井内换热器1用于放置于1500～3000米深的中深层地热井内；
所述浅层井内换热管2用于放置于80～150米深的浅层地热井内，作为浅层地源热泵供热***的井内换热装置；
所述中深内套管12上端通过第一管路连通到U型浅层井内换热管2的进水端；
所述U型浅层井内换热管2的出水端通过第二管路连通到所述中深内套管12外侧壁和中深外套管11内侧壁之间的环状空间的上部；
第一管路或第二管路上设置有闸阀4；
中深层井内换热器1、浅层井内换热管2、第一管路及第二管路中用于充满液态换热介质。
较佳的，所述液态换热介质为水。
所述中深层井内换热器1用于放置于2000～3000米深的中深层地热井内。
实施例一的地源热泵供热***，采暖季结束后，浅层地源热泵供热***的热泵机组停机，闸阀4打开，将中深层井内换热器1同浅层井内换热管2连通，由于中深层井内换热器1中的液态换热介质温度高(50℃以上)密度小，浅层井内换热管2中的液态换热介质温度低(20℃以下)密度大，靠液态换热介质的不同温度密度差，液态换热介质可以从中深层井内换热器1的中深内套管12自然涌流至浅层井内换热管2的进水端，进行自然循环补热，实现浅层地源热泵供热***的补热功能。该地源热泵供热***应用在住宅类项目中时，由于地层深处和地表热量都无法传到恒温层，浅层井内换热管2只能靠地下水流动和地层水平方向传导补充少量热量，当供暖季结束，浅层井内换热管2处于低温状态(20℃以下)，浅层地源热泵供热***的热泵机组停机后，闸阀4打开，中深层井内换热器1会源源不断的将中深层地热(60～120℃)导出到浅层井内换热管2，实现浅层地源热泵供热***的补热功能。
实施例一的地源热泵供热***，利用放置于1500～3000米深的中深层地热井内的中深层井内换热器1为浅层地源热泵供热***补热，可以大幅减少浅层地热井数量，使浅层地源热泵供热***可应用在住宅等单纯供热的项目中，增加了浅层地源热泵供热***的应用范围，可应用在严寒地区或者单纯供热的项目中；并可以依靠液态换热介质的温度密度差自然流动进行自然循环补热，实现浅层地源热泵供热***的补热功能，不必启动水泵等机电设备，无电能消耗，零消耗，零排放；补热所用热能来自中深层地热井，为清洁可再生能源，绿色无污染；补热运行期间无需值守和维护。
实施例二
基于实施例一的地源热泵供热***，所述闸阀4两端连通有旁通管路；
所述旁通管路中设置有补热循环泵3。
较佳的，所述浅层地热井内设置温度传感器；
所述温度传感器用于检测浅层井内换热管处的浅层井内温度。
补热期间，可根据所述温度传感器检测到的浅层井内温度，预计浅层地源热泵供热***所需补热量，如果自然流动补热量足够，补热可全部采用自然补热，否则提前开启补热循环泵3强制补热。
可以通过计算中深层地热井中的中深层井内换热器1的补热能力和浅层井内换热管2的取热量，判断连通闸阀4进行自然补热或者打开补热循环泵3进行强制循环补热。例如，2500～3000米深度的中深层地热井，靠水温密度差，自然涌流流量为5～12m3/h，单井补热能力170～420kW，可以在浅层地源热泵供热***停止供暖后，大量补充热量。深度120米的浅层地热井，单井取热能力约4kW，考虑补热运行时间200天以上，单口中深层地热井可为100～300口浅层地热井补热。
实施例二的地源热泵供热***，当中深层地热井数量少中深层井内换热器配置较少或者需要给浅层地源热泵供热***快速补热，则可以关闭闸阀4打开补热循环泵3，加入补热循环泵3强制循环换热，通过消耗少量电能加速换热，提升中深层地热对浅层地源热泵供热***的补热能力。
实施例三
基于实施例二的地源热泵供热***，所述中深层井内换热器1作为中深层地热源热泵供热***的井内换热装置。
较佳的，所述中深层地热源热泵供热***和浅层地源热泵供热***的供热能力比例为1:4到1:1，可根据投资情况确定。
较佳的，所述补热循环泵3为中深层地热源热泵供热***的换热器循环泵或者浅层地源热泵供热***的换热管循环泵，通过共用现有供热***的循环泵，节省成本。
实施例三的地源热泵供热***，采暖季结束后，中深层地热源热泵供热***及浅层地源热泵供热***的热泵机组停机，打开闸阀4即可实现浅层地源热泵供热***的补热功能。供热期间，中深层地热源热泵供热***及浅层地源热泵供热***独立运行，为建筑供热；供热结束，***维护检修后，可切换至补热运行，中深层地热源热泵供热***的中深层井内换热器1作为浅层地源热泵供热***的补热热源，补热***无额外投入。
实施例四
基于实施例二的地源热泵供热***，浅层井内换热管2为PE(polyethylene，聚乙烯)材质。
浅层井内换热管2为PE材质，埋深浅，管道长，易受其他施工行为破坏，补热期间如有破损情况，要及时停止补热，检修修复浅层井内换热管，防止杂质进入地源热泵供热***污染中深层井内换热器1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种地源热泵供热***，其特征在于，其包括中深层井内换热器(1)、浅层井内换热管(2)；
所述中深层井内换热器(1)包括中深外套管(11)、中深内套管(12)；
所述中深外套管(11)底端及侧壁封闭；
所述中深内套管(12)置于所述中深外套管(11)内，所述中深内套管(12)底端开口同中深外套管(11)底部连通；
所述中深内套管(12)外侧壁上部同中深外套管(11)内侧壁上部之间封闭，所述中深内套管(12)外侧壁和中深外套管(11)内侧壁之间形成环状空间；
所述浅层井内换热管(2)为U型管；
所述中深层井内换热器(1)用于放置于1500～3000米深的中深层地热井内；
所述浅层井内换热管(2)用于放置于80～150米深的浅层地热井内，作为浅层地源热泵供热***的井内换热装置；
所述中深内套管(12)上端通过第一管路连通到U型浅层井内换热管(2)的进水端；
所述U型浅层井内换热管(2)的出水端通过第二管路连通到所述中深内套管(12)外侧壁和中深外套管(11)内侧壁之间的环状空间的上部；
第一管路或第二管路上设置有闸阀(4)；
中深层井内换热器(1)、浅层井内换热管(2)、第一管路及第二管路中用于充满液态换热介质。
2.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述液态换热介质为水。
3.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述中深层井内换热器(1)用于放置于2000～3000米深的中深层地热井内。
4.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述闸阀(4)两端连通有旁通管路；
所述旁通管路中设置有补热循环泵(3)。
5.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述浅层地热井内设置温度传感器；
所述温度传感器用于检测浅层井内换热管处的浅层井内温度。
6.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述中深层井内换热器(1)作为中深层地热源热泵供热***的井内换热装置。
7.根据权利要求6所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述中深层地热源热泵供热***和浅层地源热泵供热***的供热能力比例为1:4到1:1。
8.根据权利要求6所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述补热循环泵(3)为中深层地热源热泵供热***的换热器循环泵或者浅层地源热泵供热***的换热管循环泵。
9.根据权利要求1所述的地源热泵供热***，其特征在于，
所述浅层井内换热管(2)为聚乙烯材质。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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