CN102147203A - 一种地源蓄热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地源蓄热系统，用预埋换热管或打换热井的方法将大于30万立方米的地下土石成为蓄热体。必要时对蓄热区设施有效的水幕墙隔离，使得地下水缺乏的地区或者地下水渗透率底的地质结构地区利用地下土石蓄热或蓄冷成为可能。

Description

一种地源蓄热系统
一、技术领域
本发明属于在物质中累积热量的供热系统和建筑技术。
二、技术背景
跨季节蓄热或蓄冷是一项节能减排的技术堡垒，邢玉明于2010年3月29日向中国申请的201010155086.7利用地下含水层蓄热供热或蓄冷供冷的系统专利，对利用地下含水层蓄热提出了方案，但是无法应用于地下土石层位粘土或细粉砂的地质结构区域，因为在这样的区域水的回灌困难。在这样的区域无法实施该专利。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题是在地下含水岩层渗水率低或地下水位低的区域，以地下土石及其所含的水分为蓄热材料，在保证工质循环流量的前提下，大量跨季节贮存热量或冷量。
本发明采用的技术方案是：
方案一：选择距离高层建筑20米以外的空旷区域为蓄热区1，在蓄热区1布置间距小于10米的点阵，在每一个点上打一口换热井8至设计深度，蓄热区1地面以下10米至换热井8底的区间为蓄热土石，蓄热土石的体积(即蓄热区1面积井深减10米的乘积)大于10万立方米。在打好的井壁构筑加固壁，在蓄热区1四周构筑水幕墙11，在此水幕墙11的30米外的四边再构筑水幕墙11。水幕墙的深度为换热井8深度。在换热井8中伸入被保温材料包裹的管道一3，所有井中的管道一3并联于管道二4；从所有换热井8的水面下引出管道三5，并联于管道四6。用保温材料封闭换热井8口。蓄热时，热水通过管道四6流到管道三5，再通过管道三5灌入换热井8，通过管道二4和管道一3抽取换热井8下部的凉水返回热源。供热时通过管道四6和管道三5抽取换热井8上部的热水供热，回水通过管道一3和管道二4灌入换热井8下部。本方案也可用于蓄冷供冷，蓄冷时冷水通过管道二4流到管道一3，再通过管道一3灌入换热井8下部，通过管道四6和管道三5抽取换热井8上部的凉水返回冷源。供冷时通过管道一3和管道二4抽取换热井8下部的冷水供冷，回水通过管道四6和管道三5灌入换热井8上部。
方案二：在打好换热井8中置入被保温材料包裹的管道一3，用透水性好的砂砾1212填满换热井8，防止换热井8的塌陷。
方案三；选择距离高层建筑20米以外的空旷区域为蓄热区1，在蓄热区1布置间距小于10米的点阵，在每一个点上打一口埋管井至设计深度。在打好的井内放入呈螺旋排的换 热管7，换热管7底端与一升至井口的管道一3相连通。在不损坏换热管7和管道一3的前提下填埋埋管井。在在蓄热区1四周构筑水幕墙11。所有埋管井甲的换热管7上端并联于管道二4；所有管道一3并联于管道四6。蓄热时，热工质通过管道四6流自上而下流过换热管7，变凉后流到管道二4返回热源。供热时通过管道四6抽取换热管7上部的热工质供热，回水通过管道二4和管道一3注入换热管7下部。本方案也可用于蓄冷供冷，蓄冷时冷工质通过管道二4和管道一3流到换热管7下部，从换热管7自下而上流动管道四6返回冷源。供冷时通过管道一3和管道一3抽取换热管7下部的冷水供冷，返回的热水通过管道四6灌入换热管7上部，自上而下流过换热管7变冷后到管道一3供冷。系统运行时用深井泵将井水抽至埋管井上部渗入蓄热土石中，以此提高蓄热土石的导热性能。
方案四：选择距离高层建筑100米以外的空旷区域为蓄热区1，若地下水位高于埋管井深的1/2，在蓄热区1四周构筑水幕墙11，在此水幕墙11的30米以外的四边再构筑水幕墙11，若地下水位不足埋管井深的1/3，且仅用于蓄热，则不打水幕墙11。在蓄热区1内挖一容积大于30万立方米、深度大于20米的坑，将换热管7一层一层地埋入坑中。每只换热管7底端的口并联于管道二4，管道二4引致地面，换热管7上端的口接入管道四6。蓄热时，热工质通过管道四6流自上而下流过换热管7，变凉后流到管道二4返回热源。供热时通过管道四6抽取换热管7上部的热工质供热，回水通过管道二4和管道一3注入换热管7下部。本方案也可用于蓄冷供冷，蓄冷时冷工质通过管道二4从换热管7自下而上加热后从管道四6返回冷源。供冷时通过管道二4和抽取换热管7下部的冷水供冷，返回的热水通过管道四6灌入换热管7上部。若地下水位不足埋管井深的1/3，在掩埋换热管之前放置抽水管，将深井泵放入积水窖中，再填埋。
在蓄热区1地表做散水。避免雨水渗入蓄热土石，带走蓄热土石的热量或冷量。
本发明的有益效果是
用换热管7或换热井8中水或工质的上下流动，即保障了水或工质的循环量，又能利用地下土石蓄热供热或蓄冷供冷。因为物体的体积是直径的三次方函数，面积是直径的二次方函数，以正方体为例，体积增大1000倍，面积仅增大100倍。体积越大其单位体积说分摊的表面积越小，因此本发明采用蓄热土石9大于30万立方米的设计，有效减少了散热面积，提高保温性能。
四、附图说明
图1为蓄热区1俯视示意图
图2为挖坑埋管蓄热区1剖面示意图
图3埋管井剖面示意图
图4换热井8剖面示意图
图5用砂砾12填满换热井8的剖面示意图
附图标记对应的部件名称表
编号名称       编号名称           编号名称
1蓄热区        6管道四            11水幕墙
2隔离带        7换热管            12砂砾
3管道一        8换热井
4管道二        9蓄热土石
5管道三        10打井点
五、具体实施方式
实施例1
在距离高层建筑200米以外的空旷区域规划两个间隔1000米的蓄热区1，其中之一是蓄热供热区，另一个蓄热区1是蓄冷供冷蓄热区1。在每个蓄热区1布置间距为5米的点阵，在每一个点上打深100米的一口换热井8，蓄热区100米见方。在蓄热区1四周用搅拌桩的方式构筑水幕墙11，在内测水幕墙11的30米以外的四边再以同样的方式构筑外侧水幕墙11。在换热井8中伸入被保温材料包裹的管道一3，用砂砾1212填满换热井8。所有井中的管道一3并联于管道二4；从所有换热井8的水面下引出管道三5，并联于管道四6。用保温材料封闭换热井8口。给蓄热供热蓄热区1蓄热时，热水通过管道四6流到管道三5，再通过管道三5灌入换热井8，通过管道二4和管道一3抽取换热井8下部的凉水返回热源。供热时通过管道四6和管道三5抽取换热井8上部的热水供热，回水通过管道一3和管道二4灌入换热井8下部。给蓄冷供冷蓄热区1蓄冷时冷水通过管道二4流到管道一3，再通过管道一3灌入换热井8下部，通过管道四6和管道三5抽取换热井8上部的凉水返回冷源。供冷时通过管道一3和管道二4抽取换热井8下部的冷水供冷，回水通过管道四6和管道三5灌入换热井8上部。
实施例2
在距离高层建筑200米以外的空旷区域规划两个间隔1000米的蓄热区1，其中之一是蓄热供热区，另一个蓄热区1是蓄冷供冷蓄热区1。在每个蓄热区1布置间距小于10米的点阵，在每一个点上打一口100米深的埋管井，在打好的井内放入呈螺旋排的换热管7，换热管7底端与一升至井口的管道一3相连通。在不损坏换热管7和管道一3的前提下填埋埋管井。若地下水位高于埋管井深的1/2，在在蓄热区1四周构筑水幕墙11，在此水幕墙1130米以外的四边再构筑水幕墙11，若地下水位不足埋管井深的1/3，掩埋换热管前， 将抽水管和深井泵放入井中。所有埋管井中的换热管7上端并联于管道二4；所有管道一3并联于管道四6。蓄热供热蓄热区1蓄热时，热工质通过管道四6流自上而下流过换热管7，变凉后流到管道二4返回热源。供热时通过管道四6抽取换热管7上部的热工质供热，回水通过管道二4和管道一3注入换热管7下部。蓄冷供冷蓄热区1蓄冷时，冷工质通过管道二4和管道一3流到换热管7下部，从换热管7自下而上流动管道四6返回冷源。供冷时通过管道一3和管道一3抽取换热管7下部的冷水供冷，返回的热水通过管道四6灌入换热管7上部，自上而下流过换热管7变冷后到管道一3供冷。工质是防冻液。
在蓄热区1地表做散水。避免雨水渗入蓄热土石，带走蓄热土石的热量或冷量。
实施例3
在距离高层建筑200米以外的空旷区域规划两个间隔1000米的蓄热区1，其中之一是蓄热供热区，另一个蓄热区1是蓄冷供冷蓄热区1。若地下水位高于埋管井深的1/2，在在蓄热区1四周构筑水幕墙11，在此水幕墙1130米以外的四边再构筑水幕墙11，若地下水位不足埋管井深的1/3，且仅用于蓄热，则不打水幕墙11。在蓄热区1内挖一容积大于200万立方米、深度70米的坑，将换热管7一层一层地埋入坑中。每只换热管7底端的口并联只管道二4，管道二4引致地面，换热管7上端的口接入管道四6。蓄热供热蓄热区1蓄热时，热工质通过管道四6流自上而下流过换热管7，变凉后流到管道二4返回热源。供热时通过管道四6抽取换热管7上部的热工质供热，回水通过管道二4和管道一3注入换热管7下部。蓄冷供冷蓄热区1蓄冷时，冷工质通过管道二4从换热管7自下而上加热后从管道四6返回冷源。供冷时通过管道二4和抽取换热管7下部的冷水供冷，返回的热水通过管道四6灌入换热管7上部。工质是水。若地下水位不足埋管井深的1/3，在掩埋换热管之前放置抽水管，将深井泵放入积水窖中，再填埋。

Claims (10)

1.一种地源蓄热系统，将来自热源或冷源的热能或冷能贮存在蓄热区(1)的蓄热土石(9)，提取蓄热土石(9)的热能或冷能给热用户供热或给冷用户供冷，特征在于蓄热土石(9)的体积大于10万立方米。
2.按照权利要求1所述的一种地源蓄热系统，其特征在于蓄热区(1)四周被隔离带(2)包围。
3.按照权利要求1或2所述的一种地源蓄热系统，其特征在于供热管网或供冷管网从换热井(8)抽水、向换热井(8)注水。
4.按照权利要求1或2所述的一种地源蓄热系统，其特征在于换热井(8)内充满砂砾(12)。
5.按照权利要求1或2所述的一种地源蓄热系统，蓄热区(1)设有散水层。
6.按照权利要求4所述的一种地源蓄热系统，其特征在于管道一(3)被保温层包裹。
7.按照权利要求4所述的一种地源蓄热系统，其特征在于隔离带(2)中至少筑有一堵水幕墙(11)。
8.按照权利要求1所述的一种地源蓄热系统，其特征在于蓄热土石(9)中分布着换热管(7)。
9.按照权利要求1或8所述的一种地源蓄热系统的换热管埋入蓄热土石(9)的方式，其特征在于换热管(7)埋入埋管井中。
10.按照权利要求1或8所述的一种地源蓄热系统改善蓄热土石(9)传热性能的方式，在蓄热区内打井至地下含水层，其特征在于抽取井水渗入蓄热土石(9)。
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