CN111322661A - 全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其中，地埋管换热器设置于地热钻井中，地源侧水泵与地埋管换热器相连通，地源侧水泵与用户侧水泵通过热泵主机进行连通换热，用户侧水泵连通至用户侧室内，节能智能控制***分别通过第一变频柜、第二变频柜和热泵机组控制***与地源侧水泵、用户侧水泵和热泵主机相连接，温度传感器设置于用户侧室内，压力传感器设置于用户侧最不利末端位置，节能智能控制***对机组水泵的功率进行集成调节。通过本发明的技术方案，实现了中深层地热能无干扰清洁利用，实现了各主要耗能设备的总能耗最低，同时保证了地热能供暖***的稳定性、可靠性以及用户舒适性。

Description

全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***
技术领域
本发明涉及地热开发利用技术领域，尤其涉及一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***。
背景技术
中深层地热供热***，利用中深层热源向末端用户提供采暖热量，与常规锅炉采暖、空气源热泵采暖、电采暖相比较，其在运行过程中运行能耗成本极低，具有绿色、经济和可持续等特点。但中深层地热供热***涉及井下地埋管换热器换热性能、地热热交换、地下水循环、热水品位提升、补热、热水输送、空气调节等工艺环节，主要设备设施包括地热井、地源侧循环泵、热泵机组、换热机组、补热锅炉、用户侧循环泵、风机等，***工艺复杂、设备众多，如何对各个工艺环节进行协调管理，如何对各种设备进行运行控制，如何将地热、建筑、环境进行有效融合，是中深层地热供热***在应用实践亟需解决的总问题。
在目前中深层无干扰供热过程中，对热源侧井下地层温度缺少了解和监测，影响了供暖的可靠和长期稳定性；而在对末端环境控制中，对供暖最不利环节和舒适性没有控制，影响供暖效果和舒适度
中深层地热能供暖节能智能控制技术基于供暖节能技术、量化管理技术、计算机网络技术和自控技术，大数据、互联网+、人工智能等先进技术，通过对建筑供暖***运行监测、数据处理、自动调控、维护管理等关键环节的优化集成，形成综合能源管理服务平台，实现集中供暖***的安全高效和智慧运行。
目前，在地源热泵空调***的实际运行中，普遍采取的自动控制技术水平较低，远没有达到集约化、高能效运行控制的程度，所以，依靠自动控制的先进技术进行地源热泵空调***的全局性、最优化节能控制，使地源热泵空调***高能效运行，对目前所提倡的节约能源来说，具有非常重要的现实意义。
在地源热泵空调***的自动控制技术中，目前针对地源热泵空调***，通过采用全局性最优化节能控制手段实现节能目标的技术还处于起步阶段。
目前的现状是：人们往往只是把目光集中在局部耗能设备的节能上，这样会造成“盲人摸象”的情况出现。即可能在某些局部耗能设备上(如：热泵机组压缩机)节约了能源，但同时引起其它耗能设备(如：水泵或风机)的能耗增加，使***的总能耗不仅没有减少，反而增加。这种情况在目前的地源热泵空调***中大量存在。所以，不应该只把目光盯在局部个别设备(如压缩机、水泵或风机)的节能上，而应从全局性、***化的角度出发，对整个***进行节能。只有整个***节能了，才能实现真正意义上的节能。
发明内容
针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，包括针对井下、机组和末端三方面的控制，井下的地埋管换热器外通过光纤监测围岩温度，机房中对热泵机组、地源侧水泵和用户侧水泵等耗能设备的控制，用户侧通过温度、压力监测，通过采集的数据及相关算法实现强弱电一体化高度集成控制，将中深层地热井、机房和末端用户与自动化控制有机结合，实现中深层地热能无干扰清洁利用，根据用户侧实际负荷等需求智能控制地源侧、机房，实现供暖机器人值守，保证各主要耗能设备的总能耗最低，同时保证地热能供暖***的稳定性、可靠性以及用户舒适性。
为实现上述目的，本发明提供了一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，包括：井下取热控制组件、地源热泵机组控制组件和末端供暖控制组件；所述井下取热控制组件包括地埋管换热器和测温光纤，所述井下取热控制组件为无干扰***，所述地埋管换热器设置于地热钻井中，所述测温光纤设置于所述地埋管换热器的套管外侧；所述地源热泵机组控制组件包括地源侧水泵、热泵主机、用户侧水泵、节能智能控制***、热泵机组控制***、第一变频柜、第二变频柜和备用热源，所述地源侧水泵与所述地埋管换热器相连通，所述地源侧水泵与所述用户侧水泵通过所述热泵主机进行连通换热，所述用户侧水泵连通至用户侧室内，所述第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***分别与所述地源侧水泵、用户侧水泵和热泵主机相连接，所述节能智能控制***分别与第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***相连接，所述测温光纤与所述节能智能控制***相连接；所述末端供暖控制组件包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设置于用户侧室内，所述压力传感器设置于用户侧最不利末端位置，所述温度传感器与所述压力传感器均与所述节能智能控制***相连接；所述节能智能控制***根据用户侧室内温度，通过所述第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***对机组水泵的功率进行集成调节。
在上述技术方案中，优选地，全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***还包括备用热源，所述备用热源通过热源转换组件与所述用户侧水泵和用户侧室内连通的管道相连，所述热源转换组件与所述节能智能控制***相连。
在上述技术方案中，优选地，所述地埋管换热器为同轴套管型或U型对接井型，所述测温光纤通过光纤固定器固定于所述地埋管换热器外侧的围岩地层边缘。
在上述技术方案中，优选地，所述节能智能控制***与互联网云端相连，所述节能智能控制***用于将接收到的参数通过所述互联网云端发送至整体能效和经济性评价模块，所述节能智能控制***用于根据评价结果反馈参数控制地源热泵机组控制组件运行，以提高整体能效和经济性。
在上述技术方案中，优选地，所述节能智能控制***还用于根据所述测温光纤的测量结果，通过解析法或数值法对所述地埋管换热器计算预估剩余可利用取热量。
在上述技术方案中，优选地，所述节能智能控制***在所述预估剩余可利用取热量不足以提供至用户侧或供暖调峰时启动所述备用热源。
在上述技术方案中，优选地，所述热泵机组控制***用于控制蒸发器的进出水口和冷凝器的进出水口的水温。
在上述技术方案中，优选地，所述备用热源为空气源热泵、燃气锅炉或浅层地埋管***。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：井下的地埋管换热器外通过光纤监测围岩温度，机房中对热泵机组、地源侧水泵和用户侧水泵等耗能设备的控制，用户侧通过温度、压力监测，通过采集的数据及相关算法实现强弱电一体化高度集成控制，将中深层地热井、机房和末端用户与自动化控制有机结合，实现了中深层地热能无干扰清洁利用，根据用户侧实际负荷等需求智能控制地源侧、机房，实现了供暖机器人值守，保证了各主要耗能设备的总能耗最低，同时保证了地热能供暖***的热源稳定性、可靠性以及末端用户舒适性。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***的结构示意图。
图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
1.地埋管换热器，2.测温光纤，3.光纤固定器，4.围岩地层，5.地源侧水泵，6.热泵主机，7.用户侧水泵，8.第一变频柜，9.热泵机组控制***，10.第二变频柜，11.节能智能控制***，12.互联网云端，13.整体能效和经济性评价模块，14.热源转换组件，15.备用热源，16.用户侧，17.温度传感器，18.压力传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，根据本发明提供的一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，包括：井下取热控制组件、地源热泵机组控制组件和末端供暖控制组件；井下取热控制组件包括地埋管换热器1和测温光纤2，井下取热控制组件为无干扰***，地埋管换热器1设置于地热井中，测温光纤2设置于地埋管换热器1的套管外侧；地源热泵机组控制组件包括地源侧水泵5、热泵主机6、用户侧水泵7、节能智能控制***11、热泵机组控制***9、第一变频柜8、第二变频柜10和备用热源15，地源侧水泵5与地埋管换热器1相连通，地源侧水泵5与用户侧水泵7通过热泵主机6进行连通换热，用户侧水泵7连通至用户侧室内，第一变频柜8、第二变频柜10和热泵机组控制***9分别与地源侧水泵5、用户侧水泵7和热泵主机6相连接，节能智能控制***11分别与第一变频柜8、第二变频柜10、热泵机组控制***9、测温光纤2相连接；末端供暖控制组件包括温度传感器17和压力传感器18，温度传感器17设置于用户侧16室内，压力传感器18设置于用户侧最不利末端位置，温度传感器17与压力传感器18均与节能智能控制***11相连接；节能智能控制***11根据用户侧16室内温度，通过第一变频柜8、第二变频柜10和热泵机组控制***9对机组水泵的功率进行集成调节。
在该实施例中，全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***包括井下、机组和末端三部分，井下的地埋管换热器1外通过光纤监测围岩温度，并在供暖过程中垂向连续动态监测，根据设置的围岩温度阀值，***供暖调峰时自动启动备用热源***。结合用户侧的温度、压力监测，机房中对热泵主机6、地源侧水泵5和用户侧水泵7等耗能设备的控制，通过采集的数据及相关算法实现强弱电一体化高度集成控制，通过节能智能控制平台中大数据、机器设备自学习、供热***遗传进化、人工智能、群技术实现强弱电一体化高度集成，提高***节能和智能化程度，将中深层地热井、机房和末端用户与自动化控制有机结合，实现了中深层地热能无干扰清洁利用，根据用户侧实际负荷等需求智能控制地源侧、机房，实现了供暖机器人值守，保证各主要耗能设备的总能耗最低，同时保证了地热能供暖***热源稳定性、可靠性以及末端用户舒适性。
在上述实施例中，优选地，全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***还包括备用热源15，备用热源15通过热源转换组件14与用户侧水泵7和用户侧16室内连通的管道相连，热源转换组件14与节能智能控制***11相连。
在上述实施例中，优选地，地埋管换热器1为同轴套管型或U型对接井型，测温光纤2通过光纤固定器3固定于地埋管换热器1外侧的围岩地层4边缘。
在上述实施例中，优选地，节能智能控制***11与互联网云端12相连，节能智能控制***11用于将接收到的参数通过互联网云端12发送至整体能效和经济性评价模块13，节能智能控制***11用于根据评价结果反馈参数控制地源热泵机组控制组件运行，以提高整体能效和经济性。通过节能和智能化控制，对地源热泵机组控制组件的控制是动态进行的，随着负荷的变化处于动态进行的过程中，保证***的总能耗最低，能效最高。
其中，通过用户侧16典型房间进行温度监测，保证末端环境舒适，通过最不利末端位置进行压力监测，避免出现局部不利供暖，从而在保证供暖安全、环境舒适的前提下，有效降低***整体运行能耗。所有数据可以保存在互联网云端12，***也可以实现远程控制。
在上述实施例中，优选地，节能智能控制***11还用于根据测温光纤2的测量结果，通过解析法或数值法对地埋管换热器1计算预估剩余可利用取热量。
在上述实施例中，优选地，节能智能控制***11在预估剩余可利用取热量不足以提供至用户侧16或供暖调峰时启动备用热源15。
在上述实施例中，优选地，热泵机组控制***9用于控制蒸发器的进出水口和冷凝器的进出水口的水温。
在上述实施例中，优选地，备用热源15为空气源热泵、燃气锅炉或浅层地源热泵。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，包括：井下取热控制组件、地源热泵机组控制组件和末端供暖控制组件；
所述井下取热控制组件包括地埋管换热器和测温光纤，所述井下取热控制组件为无干扰***，所述地埋管换热器设置于地热钻井中，所述测温光纤设置于所述地埋管换热器的套管外侧；
所述地源热泵机组控制组件包括地源侧水泵、热泵主机、用户侧水泵、节能智能控制***、热泵机组控制***、第一变频柜、第二变频柜和备用热源，所述地源侧水泵与所述地埋管换热器相连通，所述地源侧水泵与所述用户侧水泵通过所述热泵主机进行连通换热，所述用户侧水泵连通至用户侧室内，所述第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***分别与所述地源侧水泵、用户侧水泵和热泵主机相连接，所述节能智能控制***分别与第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***相连接，所述测温光纤与所述节能智能控制***相连接；
所述末端供暖控制组件包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器设置于用户侧室内，所述压力传感器设置于用户侧最不利末端位置，所述温度传感器与所述压力传感器均与所述节能智能控制***相连接；
所述节能智能控制***根据用户侧室内温度，通过所述第一变频柜、所述第二变频柜和所述热泵机组控制***对机组水泵的功率进行集成调节。
2.根据权利要求1所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，还包括备用热源，所述备用热源通过热源转换组件与所述用户侧水泵和用户侧室内连通的管道相连，所述热源转换组件与所述节能智能控制***相连。
3.根据权利要求1或2所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述地埋管换热器为同轴套管型或U型对接井型，所述测温光纤通过光纤固定器固定于所述地埋管换热器外侧的围岩地层边缘。
4.根据权利要求2所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述节能智能控制***与互联网云端相连，所述节能智能控制***用于将接收到的参数通过所述互联网云端发送至整体能效和经济性评价模块，所述节能智能控制***用于根据评价结果反馈参数控制地源热泵机组控制组件运行，以提高整体能效和经济性。
5.根据权利要求4所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述节能智能控制***还用于根据所述测温光纤的测量结果，通过解析法或数值法对所述地埋管换热器计算预估剩余可利用取热量，以提高地热供热稳定性。
6.根据权利要求5所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述节能智能控制***在所述预估剩余可利用取热量不足以提供至用户侧或供暖调峰时启动所述备用热源。
7.根据权利要求1所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述热泵机组控制***用于控制蒸发器的进出水口和冷凝器的进出水口的水温。
8.根据权利要求2或6所述的全过程节能智能控制中深层地热无干扰供暖***，其特征在于，所述备用热源为空气源热泵、燃气锅炉或浅层地埋管***。
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