CN102012131A - 土壤源热泵系统多井循环换热方法及系统 - Google Patents

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Abstract

用井作为土壤源热泵系统换热界面的方法：用热泵机组和两口以上(含)换热井组成一个土壤源热泵系统，用换热井、输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成水回路。各换热井以及井间通道表面与土壤换热。按此方法制造的土壤源热泵系统，由热泵机组和两口以上(含)换热井组成；其特征在于含有由换热井、深入换热井内部的输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成的水回路。本发明的有益效果包括：多井结构增加了换热面积。循环泵提高了井水的等温性和换热能力。并使土壤作为蓄热体和与换热井换热的热阻大大降低，实现了不耗水利用地源温度的目的。结合附图给出四个实施例。

Description

土壤源热泵系统多井循环换热方法及系统
技术领域
本发明涉及土壤源热泵系统多井循环换热方法及系统。
背景技术
现有水源热泵系统抽取地下水只进行低级利用，并且许多水源热泵的回灌率不到50％。为了节约水资源，应该尽量减少地下水的抽取。
发明内容
本发明的目的是要提供土壤源热泵系统多井循环换热方法及系统。
本发明解决其技术问题所采取的方法：增加井状人工水体换热井的比表面积和三维尺寸并使井水循环流动。用热泵机组和两口以上(含)换热井组成一个多井循环土壤源热泵系统，并用换热井、深入换热井内部的输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路。还可以在母换热井井壁上设置子换热井井口，并用母换热井、子换热井、输水管、输水干道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路。还可以用井间通道连接两口以上(含)换热井，并用各换热井、井间通道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路。以各换热井以及井间通道表面作为热泵系统与土壤的换热界面。热泵机组与换热井井水换热并做功向外界输出热能或冷能。为减少换热带来土壤温度的持续降低或升高，设置换热井井水与外界包括与太阳能集热装置和弃水的换热界面，用太阳热能和弃水中的热能补充土壤。
比表面积是指物体的表面积与体积的比值。球形的比表面积最小；同样体积的筒形物体，直径粗长度短的比直径细长度长的比表面积小。
本发明根据上述方法解决其技术问题所采取的技术方案：用热泵机组和两口以上(含)换热井组成一个土壤源热泵系统，并用换热井、深入换热井内部的输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路。还可以在母换热井井壁上设置子换热井井口，并用母换热井、子换热井、深入子换热井内部的高热阻材料输水管、与各输水管连通的输水干道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路。还可以用井间通道连接两口以上(含)换热井，并在水回路中串接井间通道。还可以设置换热井井水与太阳能集热装置的换热界面。还可以设置换热井井水与弃水的换热界面。用太阳热能和弃水中的热能补充土壤。
本发明的有益效果包括：采用多井结构增加了换热井与土壤的换热面积。用循环泵使换热井井水流动提高了井水的等温性和换热能力。增加换热井的三维尺寸使同样容积的换热井具有更大的有效换热区域，使更多质量的土壤参与换热。这些单项有益效果的综合使土壤作为蓄热体和与换热井换热的热阻大大降低，实现了不耗水利用地源温度的目的。
附图说明
以下结合附图和实施例进一步进行说明。
图1是一个双井循环土壤源热泵系统结构示图。
图2是一个行星换热井循环土壤源热泵系统结构示图。
图3是一个分体子母换热井循环土壤源热泵系统结构示图。
图4是一个一体式子母换热井循环土壤源热泵系统结构示图。
图中1.热泵机组；2.换热井；3.井间通道；4.输水管；5.循环泵；6.换热装置；7.行星换热井；8.环状井间通道；9.子换热井；10.布水管；11.输水干道；12.布水干道；13.换热界面；14.井壁；15.井口。
具体实施方式
图1实施例，用热泵机组1和作为与土壤换热界面的两个换热井2以及两换热井2之间的多根井间通道3组成一个双井循环土壤源热泵系统。换热井2、深入换热井2内部的输水管4、循环泵5和含有与热泵机组1换热界面的换热装置6组成一个水回路。
以换热井2深5.4米、直径0.6米、井间通道4长6米计。这个土壤换热界面总换热面积约25m2。采用多个换热井+井间通道的设计扩大了第二维尺寸明显增加了换热井的有效换热面积。
启动循环泵5使井水流动，在土壤温度12℃时用于供暖，图1实施例双井循环土壤源热泵系统换热功率6～9千瓦。相当于水源热泵每小时取井水0.6～1吨的换热功率。
图2实施例，采用一个处于中央的太阳换热井2和8个环绕太阳换热井2布置的行星换热井7。太阳换热井2、行星换热井7、井间通道3、环状井间通道8、循环泵5和含有与热泵机组1换热界面的换热装置6组成一个水回路。
太阳换热井2与各行星换热井7之间从上到下布置多层井间通道3、行星换热井7均布于一个直径6米的圆周上。各换热井深6米。这个直径6米、高度6米的有效换热区域容积162m3；质量200吨；平均比热容2.1×103[焦/(千克·℃)]。当这个区域的温度从11℃变化到1℃时，总共放出热能4.2×109焦，或者100万大卡。若以一户住宅供暖耗能5万大卡/天、热泵机组能效比3计，可供暖30天。实际使用中，可采用10m2太阳能集热器补充热能，以供暖期晴天100天计补充热能300万大卡，可供热泵机组供暖90天。加上在供暖期开始，先行提高地温4℃可多供暖12天。并且在这期间由于周边区域土壤的热能传导过来使地温升高，供暖期可延长30天。总计供暖期可达162天。增减太阳集热器的使用面积，可以调整供暖期和供暖期结束时换热井的温度。
采用太阳换热井2和行星换热井7扩大了第三维尺寸进一步增加了系统与土壤的有效换热面积和蓄热能力。
图3实施例，用热泵机组1和作为与土壤换热界面的多个子换热井9和一个母换热井2组成一个分体子母换热井循环土壤源热泵系统。子换热井9内设置一根深入子换热井9内部的高热阻材料输水管4和一根位于子换热井9液面处的布水管10，各输水管4与输水干道11连通；各布水管10与布水干道12连通；母换热井2中设置井水与太阳能集热装置的换热界面13。子换热井9、输水管4、输水干道11、布水管10、布水干道12、循环泵5、母换热井2和含有与热泵机组1换热界面的换热装置6组成一个水回路。
图3实施例的子换热井9施工比图1实施例的横向井间通道3容易，并且可以不受限制地增加子换热井9数量和长度。随着子换热井9数量和长度的增加，系统与土壤的换热功率也同比增加。输水干道11和布水干道12设置在地下可以减少对地面的影响。
图4实施例，在母换热井2井壁14上设置子换热井9的井口15组成一个一体式子母换热循环井。母换热井2、子换热井9、深入子换热井9内部的高热阻材料输水管4、与各输水管4连通的输水干道11、循环泵5和含有与热泵机组1换热界面的换热装置6组成一个水回路。
图4实施例减少了井口占地面积，可以不移动打井设备一次完成打井作业。采用密封材料封闭各换热井之间的接缝，可以在地下水水位线以上的土壤中用于与土壤换热。

Claims (8)

1.土壤源热泵系统多井循环换热方法：增加井状人工水体换热井的比表面积和三维尺寸并使井水循环流动；用热泵机组和两口以上(含)换热井组成一个多井循环土壤源热泵系统，并用换热井、深入换热井内部的输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路；还可以在母换热井井壁上设置子换热井井口，并用母换热井、子换热井、输水管、输水干道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路；还可以用井间通道连接两口以上(含)换热井，并用各换热井、井间通道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成一个水回路；以各换热井以及井间通道表面作为热泵系统与土壤的换热界面；热泵机组与换热井井水换热并做功向外界输出热能或冷能；为减少换热带来土壤温度的持续降低或升高，设置换热井井水与外界包括与太阳能集热装置和弃水的换热界面。
2.根据权利要求1所述方法制造的土壤源热泵系统，由热泵机组和两口以上(含)换热井组成；其特征在于含有由换热井、深入换热井内部的输水管、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成的水回路。
3.根据权利要求2所述的土壤源热泵系统，其特征在于在母换热井井壁上设置子换热井井口，并含有由母换热井、子换热井、深入子换热井内部的高热阻材料输水管、与各输水管连通的输水干道、循环泵和含有与热泵机组换热界面的换热装置组成的水回路。
4.根据权利要求2所述的土壤源热泵系统，其特征在于含有用井间通道连接的两口以上(含)换热井，并含有串接井间通道的水回路。
5.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于换热井井水含有与太阳能集热装置的换热界面。
6.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于换热井井水含有与弃水的换热界面。
7.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于含有一个处于中央的太阳换热井和一些环绕太阳换热井布置的行星换热井。
8.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于各换热井之间的接缝含有密封材料。
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