CN101285628B - 加速地下水流动的复合土壤源热泵系统 - Google Patents

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Abstract

加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，它涉及一种利用地下水水井抽灌地下水来加速地埋管换热岩土中的地下水流动的复合土壤源热泵系统。该方式是这样实现的：通过地下水水井抽取地下水，再利用土壤源热泵的地埋管钻孔回灌入地下，一方面可以加速土壤源热泵的热源岩土中的地下水流速，提高地埋管换热能力，利用更多岩土中的能量；另一方面可以提取抽灌的地下水中的能量，使系统形式为地下水与地埋管复合的地源热泵系统。

Description

加速地下水流动的复合土壤源热泵系统
技术领域
本发明为加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，属于能源领域和空调技术领域。
背景技术
土壤源热泵，是一种实现可持续发展的可再生能源，因其节能、环保、经济等优点而被国际暖通空调组织认为是最有发展前途的空调方式之一。自发明以来经过不断实践，使其在技术上不断成熟，但作为新技术，而且关联着地质、水文等多学科领域，其技术成熟度在应用和研究过程中还有待不断完善。其应用受限止的一个不利特征：利用钻孔周围岩土及水分中的热量，容易造成能量集聚，长时间运行会使能源井孔周围温度场越来越不利于换热取能，影响效率。
而地下水渗流是影响地源热泵换热效率的一个动态因素，而且也能改善地下能量集聚和冬夏负荷不平衡。地下水渗流动，在地源热泵所利用的地球表层岩土中都或多或少地存在。地下水渗流动对地源热泵换热器的换热能力影响是很大的，根据我国最近出版的地源热泵专著《地源热泵的设计与应用》(吕悦、马最良等编)的研究结果：当地下水流速为30米/年时，及10-6m/s时，竖埋管换热器的换热能力比无渗流时增大约30％，可见地下水流速的增大对换热能力的提高意义重大。地下水渗流对土壤换热器的影响从长期来看，能够带走因冬夏负荷不平衡而在地下集聚的能量，使土壤源热泵在使用地域上不受限制，而且充分利用。
但地源热泵发展至今，对地下水渗流的影响由不认识到认识，但只是被动地接受，并没有积极地利用。本新技术即是积极利用地下水渗流的地源热泵技术。
发明内容
加速地下水流动的复合土壤源热泵系统：
内容一、在土壤热源泵的地埋管附近(5-1000米)，增设地下水水井(1)，地下水从地下水水井(1)中抽出后，利用距离水井远的一侧的地埋管换热器钻孔，作为地下水回灌钻孔(9)进行回灌，保证全面加速地埋管所利用的岩土中的地下水，地下水回灌钻孔(9)采用渗水性好的材料回填，如石子等；并且保证地下水水井(1)和地下水回灌钻孔(9)距离地埋管换热器钻孔(6)群适当远的距离(大于5米)，使地下水能流经地埋管群土壤之外较远的土壤，利用更多岩土中的热量。
内容二、必要时采用热泵空调装置(4)提取抽罐的地下水中能量，及增设蓄水池(3)的办法调节空调负荷高峰，这种方式有利于大量减少土壤源热泵中热源井孔的设计数量，是一种土壤源热泵为主，地下水源热泵为辅的混合系统。
实现形式
1、在水平埋管或竖直埋管的土壤源热泵的换热岩土附近(最好不要为地下水自然流动的上水侧)，增设加速地下水流动的地下水水井1，地下水水井1为独立水井，设在地埋管换热器钻孔6群附近适当远距离：5-1000米，使循环的地下水尽可能流经较多的岩石，换取更多的岩土中的热量；但同时又保证地埋管岩土中的地下水有理想的经济流速。抽水井的井径、井深及所利用的地水水层，根据工程实际的抽水量、地层中的地下水设计渗流速度等设计。
地下水回灌钻孔9是与地埋管热源钻孔的合用形式，抽出的地下水经过埋在地下水的水管，蓄水池3、除沙器等装置，最后由埋设在回灌钻孔中的回灌水管7灌入抽出的地层中；抽水井1和地下水回灌钻孔9的位置，最好设在地埋管冷热源岩土的两侧，或是抽水井1设在中间，地下水回灌钻孔9设在外围等具体形式。采用水泵2抽取地下水在换热岩土的另一侧利用地下水回灌钻孔9回灌入地下，加快换热岩土中的地下水渗流速度，提高换热效率和岩土利用率。
2、另一方面，可以提取抽灌的地下水中的能量，及必要时增设蓄水池3的办法调节空调负荷高峰，这种方式有利于大量减少地埋管换热器钻孔6的设计数量，是一种土壤源热泵为主，地下水源热泵为辅的混合系统。当地下水量不足时，可以不依赖地下水取能，而只利用其循环流动来强化换热和调节负荷高峰的作用，另外还能起到加速平衡地源热泵中冬夏不平衡的负荷。当地下水水位较低时，也可以利用回灌的办法提高地下水水位，有利于提高浅层岩土的含水量，提高浅层岩土的换热能力。
附图说明
附图1为加速地下水流动的复合土壤热泵系统图示。
附图标记：1-地下水水井；2-水泵；3-蓄水池；4-空调装置；5-地埋管换热器；6-地埋管换热器钻孔；7-回灌水管；8-地埋管换热器主干管；9-地下水回灌钻孔。

Claims (4)

1.加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，包括：地下水水井(1)、水泵(2)、地埋管土壤源热泵系统，和地下水蓄水池(3)及除沙器；其特征在于利用地埋管换热器的钻孔作为地下水回灌钻孔(9)，使抽取的地下水由地下水回灌钻孔(9)内的回灌水管(7)灌入抽出的含水层，目的在于加速地埋管换热岩土中的地下水流动，提高地埋管换热器(5)的换热效率，并可以提取地下水中的能量利用，成为地下水与地埋管复合的土壤源热泵系统。
2.根据权利要求1所述的加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，其特征还在于：地下水从地下水水井(1)中抽出后，利用地埋管换热器钻孔(6)群中距离地下水水井(1)相对较远的钻孔作为地下水回灌钻孔(9)进行回灌，为保证全面加速地埋管所利用的岩土中的地下水渗流，回灌地下水的地下水回灌钻孔(9)采用渗水性好的材料回填，包括石子；并且保证地下水水井(1)和地下水回灌钻孔(9)距离地埋管换热器钻孔(6)群的距离大于5米，具体距离根据工程需要设定，使地下水能流经地埋管换热器钻孔(6)群土壤之外的土壤，利用更多岩土中的热量。
3.根据权利要求1所述的加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，其特征还在于：用空调装置(4)提取抽灌的地下水中的能量供空调系统使用，这种方式有利于减少土壤源热泵中热源钻孔的设计数量，是一种土壤源热泵为主，地下水源热泵为辅的混合系统。
4.根据权利要求3所述的加速地下水流动的复合土壤源热泵系统，其特征还在于：用空调装置(4)提取抽灌的地下水中的能量，并且增设蓄水池(3)，调节空调负荷高峰。
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