CN107270371A - 一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统 - Google Patents
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Abstract
一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，广泛适用于地热供暖，该系统主要由采热循环系统、供热循环系统两部分组成；采热循环系统主要由采水泵、采水井、板式换热器、第一阀门、第二阀门、电热泵、回灌井、第三阀门和第四阀门组成；供热循环系统主要由第五阀门、热用户、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门和第十阀门组成；本发明通过开发利用清洁环保的地热资源，结合电热泵的低温余热利用技术，实现地热水的深度梯级利用，具有良好的经济效益和环保效益；且本发明具有清洁环保、普遍适用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种同层回灌地热供热系统，尤其是涉及一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统。
背景技术
地热是指地球内部所蕴藏的热能，它来源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量。地热资源是在当前技术经济条件和地质条件下，能够从地壳内科学、合理地开发出来的岩石热能量、地热流体热能量及其伴生的有用组分，它与太阳能、风能、生物能、海洋能等统称为新能源，将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较，地热能是新能源中最为现实的能源。地热资源按赋存形式可分4种类型：一是热水型，即地球浅处(地下100～4500m)所见到的热水或水蒸汽；二是地压地热能，即在某些大型沉积盆地深处(3～6km)存在着高温、高压流体，其中含有大量甲烷气体；三是干热岩地热能，由于特殊地质构造条件造成高温但少水甚至无水的干热岩体；四是岩浆热能，即储存在高温(7001 200℃)熔融岩浆体中的巨大热能；根据地热水的温度地热能可分为高温型(>l50℃)、中温型(90～150℃)和低温型(<90℃)三大类，高温地热资源主要用于地热发电，中、低温地热资源主要用于地热直接利用。
应用地热采暖主要是在我国北方，该利用方式不仅是节约煤炭、降低煤耗、减轻烟尘污染、改善环境的有效方法，还因地热水温稳定、供暖质量高而深受人们的欢迎。目前利用中低温地熟供暖的地区有河北、辽宁、山东、河南、山西等地，全国地热供暖面积超过2000万平方米。
随着地热资源利用领域的拓宽和社会需求的增加会给人们的生活带来越来越多的好处，但是人们对地热资源的综合利用价值和产业化开发利用的意义认识不足，将地热混同于一般的矿产资源或水资源。一些地热资源丰富的地区未能建立有自己特点的地热产业，使宝贵的地热资源开发停留在低层次、低效益的水平上，且资源浪费现象严重，相当一部分地区天然的温泉没有充分利用，被白白浪费；一些开发商对地热资源的特点认识不清，造成地热资源得不到合理开发和有效保护。地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的，由于埋藏深，补给途径远，再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不竭。要保持其资源的长期连续稳定开采，做到有计划合理开发利用，防止盲目无序随意开采造成资源浪费和环境地质问题的发生，否则就会造成资源的快速枯竭。为实现可持续开发利用的目的，在开发中，要采取行之有效的措施，建立资源利用中心的高教低耗体系，要积极推广应用高新技术与设施，提高地热开发的科技含量，发展节约型、效益型的开发利用模式，努力提高地热利用率，减少资源浪费，使地热创造更高的社会、环境、经济效益。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足、提高地热水的能源利用效率，实现地热水资源的梯级利用，提供了一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统。
本发明的技术解决方案为：一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，广泛适用于地热供暖，该系统主要由采热循环系统、供热循环系统两部分组成，其特征在于：采热循环系统包括：采水泵、采水井、板式换热器、第一阀门、第二阀门、电热泵、回灌井、第三阀门、第四阀门；供热循环系统包括：第五阀门、热用户、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门和第十阀门组成；地热水通过采水泵从采水井中抽出，通过测量地热水温度，若地热水水温低于40℃，地热水不进入板式换热器中与供暖回水进行换热，而是通过第一阀门和第二阀门进入到电热泵蒸发器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井进行回灌，此时的第三阀门和第四阀门处于关闭状态，进入电热泵冷凝器的供暖回水通过第五阀门向热用户进行供热，消耗掉热量的供暖回水通过第六阀门和第七阀门进入到电热泵冷凝器中继续加热，此时的第八阀门、第九阀门、第十阀门处于关闭状态；若地热水水温高于40℃，地热水通过第三阀门进入到板式换热器中和供暖回水进行换热，其后又通过第四阀门进入到电热泵蒸发器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井进行回灌，此时的第一阀门和第二阀门处于关闭状态，进入到板式换热器中的供暖回水进行第一次加热，又通过第七阀门和第八阀门进入到电热泵冷凝器中进行第二次加热，通过第五阀门向热用户进行供热，通过第十阀门回到板式换热器中再次加热，此时的第六阀门和第九阀门处于关闭状态。
根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的采水泵采用地热井用热水潜水泵，其叶轮串联数根据系统流量和阻力决定。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的采水井采用石油钻井技术成井，钻井深度由当地地质条件决定。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的板式换热器采用钛板的板式换热器。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的电热泵的蒸发器采用钛板式换热器。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的回灌井必须与采水井处于同一个水层。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的热用户均为地板式采暖。根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的第八阀门、第九阀门、第十阀门只有在供暖季的初末寒期才同时开启，仅用板式换热器换热为热用户供热。
上述方案的原理是：如图1所示，在采热循环系统中，地热水从采热井中抽出，根据地热水出水温度的不同，采取不同的方式向热用户供热，若地热水水温低于40℃时，开启第一阀门和第二阀门，关闭第三阀门和第四阀门，地热水进入电热泵蒸发器中换热，降温后的地热水进入到回灌井中，而吸收来自地热水热量的供暖回水向热用户供热，此时的供热循环系统中，第五阀门、第六阀门、第七阀门处于开启状态，第八阀门、第九阀门、第十阀门处于关闭状态；若地热水水温高于40℃时，开启第三阀门和第四阀门，关闭第一阀门和第二阀门，地热水进入板式换热器中与供暖回水进行换热，其后进入电热泵蒸发器中再次换热降温，降温后的地热水进入到回灌井中，而吸收来自板式换热器中地热水热量和电热泵冷凝器中的供暖回水向热用户供热，此时的供热循环系统中，第五阀门、第七阀门、第八阀门、第十阀门处于开启状态，第六阀门、第九阀门处于关闭状态。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用板换换热器和电热泵梯级利用地热水热量向热用户供热，充分利用地热资源，同时采用同层回灌技术，不影响地下水资源，又达到清洁环保的效果，具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明技术解决方案的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统结构示意图。
具体实施方式
一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，广泛适用于地热供暖，该系统主要由采热循环系统、供热循环系统两部分组成，其特征在于：采热循环系统包括：采水泵1、采水井2、板式换热器3、第一阀门4、第二阀门5、电热泵6、回灌井7、第三阀门8、第四阀门9；供热循环系统包括：第五阀门10、热用户11、第六阀门12、第七阀门13、第八阀门14、第九阀门15和第十阀门16组成；地热水通过采水泵1从采水井2中抽出，通过测量地热水温度，若地热水水温低于40℃，地热水不进入板式换热器3中与供暖回水进行换热，而是通过第一阀门4和第二阀门5进入到电热泵6蒸发器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井7进行回灌，此时的第三阀门8和第四阀门9处于关闭状态，进入电热泵6冷凝器的供暖回水通过第五阀门10向热用户11进行供热，消耗掉热量的供暖回水通过第六阀门12和第七阀门13进入到电热泵6冷凝器中继续加热，此时的第八阀门14、第九阀门15、第十阀门16处于关闭状态；若地热水水温高于40℃，地热水通过第三阀门8进入到板式换热器3中和供暖回水进行换热，其后又通过第四阀门9进入到电热泵6冷凝器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井7进行回灌，此时的第一阀门4和第二阀门5处于关闭状态，进入到板式换热器3中的供暖回水进行第一次加热，又通过第七阀门13和第八阀门14进入到电热泵6蒸发器中进行第二次加热，通过第五阀门10向热用户11进行供热，通过第十阀门16回到板式换热器3中再次加热，此时的第六阀门12和第九阀门15处于关闭状态。
在供暖季的初末寒期，室外温度较高的情况下，若仅用板式换热器3换热就能满足热用户11供热的需要，则供热循环系统的第八阀门14、第九阀门15、第十阀门16同时开启，第五阀门10、第六阀门12、第七阀门13同时关闭。
总之，本发明系统较好的考虑到节能环保、经济效益等因素，具有节能环保、高效利用地热水资源且不影响地下水资源等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，广泛适用于地热供暖，该系统主要由采热循环系统、供热循环系统两部分组成，其特征在于：采热循环系统包括：采水泵（1）、采水井（2）、板式换热器（3）、第一阀门（4）、第二阀门（5）、电热泵（6）、回灌井（7）、第三阀门（8）、第四阀门（9）；供热循环系统包括：第五阀门（10）、热用户（11）、第六阀门（12）、第七阀门（13）、第八阀门（14）、第九阀门（15）和第十阀门（16）组成；地热水通过采水泵（1）从采水井（2）中抽出，通过测量地热水温度，若地热水水温低于40℃，地热水不进入板式换热器（3）中与供暖回水进行换热，而是通过第一阀门（4）和第二阀门（5）进入到电热泵（6）蒸发器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井（7）进行回灌，此时的第三阀门（8）和第四阀门（9）处于关闭状态，进入电热泵（6）冷凝器的供暖回水通过第五阀门（10）向热用户（11）进行供热，消耗掉热量的供暖回水通过第六阀门（12）和第七阀门（13）进入到电热泵（6）冷凝器中继续加热，此时的第八阀门（14）、第九阀门（15）、第十阀门（16）处于关闭状态；若地热水水温高于40℃，地热水通过第三阀门（8）进入到板式换热器（3）中和供暖回水进行换热，其后又通过第四阀门（9）进入到电热泵（6）蒸发器进行换热，换热后的全部低温地热水进入回灌井（7）进行回灌，此时的第一阀门（4）和第二阀门（5）处于关闭状态，进入到板式换热器（3）中的供暖回水进行第一次加热，又通过第七阀门（13）和第八阀门（14）进入到电热泵（6）冷凝器中进行第二次加热，通过第五阀门（10）向热用户（11）进行供热，通过第十阀门（16）回到板式换热器（3）中再次加热，此时的第六阀门（12）和第九阀门（15）处于关闭状态。
2.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的采水泵（1）采用地热井用热水潜水泵，其叶轮串联数根据系统流量和阻力决定。
3.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的采水井（2）采用石油钻井技术成井，钻井深度由当地地质条件决定。
4.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的板式换热器（3）采用钛板的板式换热器。
5.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的电热泵（6）的蒸发器采用钛板式换热器。
6.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的回灌井（7）必须与采水井（2）处于同一个水层。
7.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的热用户（11）均为地板式采暖。
8.根据权利要求1所述的一种同层回灌电热泵式梯级利用供热系统，其特征在于：所述的第八阀门（14）、第九阀门（15）、第十阀门（16）只有在供暖季的初末寒期才同时开启，仅用板式换热器换热为热用户（11）供热。
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