CN107401846B - 地热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种地热利用系统，它包括埋入地下的钢护筒，钢护筒顶部开放，内管插入到钢护筒内，钢护筒与内管之间具有进风的间隙；内管与换热管路连通，换热管路与排风管连通。通过采用开放式的管路结构，并以空气作为换热介质的方式，能够以相较于现有技术而言非常低的成本利用地热，使地热利用能够尽快进入实用领域。采用压裂及导热砂浆填充的方案，大幅提高钢护筒的换热效率，进而提高空气介质的温度，以地温梯度3.96℃/100m为例，通过提高换热效率使钢护筒的温度提升1℃，则钢护筒的打入深度能够减少约25m，进一步降低了使用成本。

Description

地热利用系统
技术领域
本发明涉及地热领域，特别是一种地热利用系统。
背景技术
随着煤、石油等传统能源的大量开采和应用，资源逐渐枯竭。地热能作为可再生新能源，具有资源潜力巨大、分布广泛、安全稳定、经济高效等优点，已成为我国重点研究开发的可再生清洁能源。
中国专利文献CN 101939598 A记载了一种地热能利用装置，通过采用双重管的结构利用地热能，存在的问题是，该结构较为复杂，且双重管均需形成密封，并以载热体往复循环传递热量，可靠使用寿命较短，推动载热体往复循环所需的能耗也较高。
现有的地热利用系统因为使用成本过高，目前还未见进入商用领域的记载。因此有必要研究简化结构，降低使用成本的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种地热利用系统，能够以更低的能耗利用地热能源，且对于结构密封的要求不高，大幅降低使用成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种地热利用系统，它包括埋入地下的钢护筒，钢护筒顶部开放，内管插入到钢护筒内，钢护筒与内管之间具有进风的间隙；
内管与换热管路连通，换热管路与排风管连通。
优选的方案中，所述的换热管路是安装在构建物内，直接与构建物内部交换热量的管路网，换热管路根据温降梯度设置水平横截面，以使构建物内部温度大致保持均匀。
优选的方案中，换热管路的下端设有第一集风管，第一集风管与内管连通，换热管路的上端设有第二集风管，第二集风管与排风管连通。
优选的方案中，在排风管靠近出口的位置设有太阳能集热器；
或者在排风管靠近出口的位置设有排风机。
优选的方案中，内管的底部位于靠近钢护筒底部的位置，在钢护筒的顶部设有滤网。
优选的方案中，在内管的中部位置设有滑动套筒，内管侧壁与滑动套筒相对应的位置设有短路开口，位于地面的卷扬装置与滑动套筒连接。
优选的方案中，所述的钢护筒为多个，内管为相应的多个。
优选的方案中，所述的钢护筒设置在构建物地下部分的底部。
优选的方案中，在钢护筒外围的原土层或基岩设有至少一层压裂层，在压裂层内填充有导热砂浆。
优选的方案中，在钢护筒的内壁设有换热片。
本发明提供的一种地热利用系统，通过采用开放式的管路结构，并以空气作为换热介质的方式，能够以相较于现有技术而言非常低的成本利用地热，使地热利用能够尽快进入实用领域。采用压裂及导热砂浆填充的方案，大幅提高钢护筒的换热效率，进而提高空气介质的温度，以地温梯度3.96℃/100m为例，通过提高换热效率使钢护筒的温度提升1℃，则钢护筒的打入深度能够减少约25m，进一步降低了使用成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的主视结构示意图。
图2为本发明的另一主视结构示意图。
图3为本发明中钢护筒换热结构示意图。
图4为本发明中钢护筒的横截面示意图。
图中：钢护筒1，换热片101，内管2，换热管路3，构建物4，构建物地上部分41，构建物地下部分42，排风管5，太阳能集热器6，第一集风管7，第二集风管8，排风机9，滤网10，原土层或基岩11，导热砂浆12，滑动套筒13，短路开口14，卷扬装置15。
具体实施方式
实施例1：
如图1~2中，一种地热利用系统，它包括埋入地下的钢护筒1，钢护筒1顶部开放，内管2插入到钢护筒1内，钢护筒1与内管2之间具有进风的间隙；
内管2与换热管路3连通，换热管路3与排风管5连通。在现有技术中，以工作介质将地热引上来后经过热交换，并使工作介质再次循环，虽然工作介质的相变有利于工作介质的循环，但是依然能耗较高，简化的计算，以地温梯度3.96℃/100m为例，温度损失1℃，则需要钢护筒的打入深度增加约25m。因此提高地热能的利用效率，降低能耗是较为重要的。本例中，以空气作为工作介质，无需再次循环，利用热风直接与换热管路3连通供热，大幅降低了能耗，并且在部分方案中，热风运行主要依赖排风管5的自提升效果，进一步降低了能耗。
优选的方案中，所述的换热管路3是安装在构建物4内，直接与构建物4内部交换热量的管路网，换热管路3根据温降梯度设置水平横截面，以使构建物4内部温度大致保持均匀。更具体的结构为：换热管路3包括至少两根竖直的管路，通过竖直的管路将热量传递给构建物4的内部空间，实现地热利用，在两根竖直的管路之间，还设有水平管，通过开启或关闭水平管调节供暖温度。进一步优选的，通过在水平管上设置风机，加速热风的水平流动，以提高换热效率。更进一步优选的，随着高度的增加，增加竖直管路的数量，降低热风流速，增大换热面积。进一步优选的，换热管路3包括空气源热泵，例如中国专利文献CN102914047 A中所记载的空气源热泵热水器，经过蒸发器充分换热的空气从排风管5排出，而气冷器换热后得到的热水用于构建物室内取暖或洗浴，由此结构，能够大幅提升室内的温度，通常热水的温度为50~65℃，取得较佳的取暖效果。由于从内管2内排出的热风温度高于环境风的温度，例如在冬季能够得到15~20℃的热风，能够大幅降低空气源热泵的能耗。空气源热泵在图中未示出。
对于部分四季分明的地区，由于大地温度变化滞后于空气温度变化，本例中的方案也可以用于构建物4的降温，更进一步优选的方案，在内管2的不同深度，设置有开口，通过调节开口的启闭，能够调节进风折返的位置，进而调节进入构建物4内的风的温度。例如在夏季，能够得到13~18℃的风，用于构建物室内降温。
优选的方案如图1中，换热管路3的下端设有第一集风管7，第一集风管7与内管2连通，换热管路3的上端设有第二集风管8，第二集风管8与排风管5连通。由此结构，便于安装。
实施例2：
在实施例1的基础上，优选的方案如图1中，在排风管5靠近出口的位置设有太阳能集热器6；通过太阳能集热器，或者其他加热设备，使排风管5出口位置的温度升高，在该处形成负压，以提高排风管5的拉拔抽风效果。
实施例3：
在实施例1的基础上，如图2中，或者在排风管5靠近出口的位置设有排风机9。由此结构，利用排风机9增大排风效果。进一步优选的，在内管2与钢护筒1交接的位置，设置密封板，并设置高压风机，向钢护筒1与内管2之间充入高压空气。采用以上结构，使空气进入到钢护筒1底部，并提高空气流通速度。
实施例4：
优选的方案如图1、2中，内管2的底部位于靠近钢护筒1底部的位置。由此结构，提高进风的换热效率。
优选的方案如图3中，在钢护筒1的顶部设有滤网10。由此结构，保护钢护筒1避免落石。
优选的方案中，在内管2的中部位置设有滑动套筒13，内管2侧壁与滑动套筒13相对应的位置设有短路开口14，位于地面的卷扬装置15与滑动套筒13连接。由此结构，能够调整热风的折返位置，以降低能耗。本例中，钢护筒1的深度为200m，内管2的短路开口14设置在100m的位置。
优选的方案如图2中，所述的钢护筒1为多个，内管2为相应的多个。由此结构，以提高换热功率，以适应大型构建物的需要。
优选的方案如图2中，所述的钢护筒1设置在构建物地下部分42的底部。例如设置在地下停车场，由此结构，除了便于构建物地下部分42的空气流通，也能够使进风得到预热，提高换热效率。
优选的方案如图3中，在钢护筒1外围的原土层或基岩11设有至少一层压裂层，在压裂层内填充有导热砂浆12。所述的压裂层为采用高压介质，使原土层或基岩11中岩石裂隙扩大形成空腔，填充导热砂浆12之后，能够进一步提高钢护筒1与原土层或基岩11的换热效率。导热砂浆12为现有技术，为掺入铁砂或其他金属颗粒或者掺入石墨，例如低品位石墨颗粒的混凝土砂浆。
优选的方案如图4中，在钢护筒1的内壁设有换热片101。由此结构，进一步提高空气与钢护筒1之间的换热效率。
本发明的方案，相较于现有技术，投入的成本不高，能够在较大程度上降低能耗，大幅节省构建物的取暖费用。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，在互不冲突的前提下，本发明记载的各项技术特征能够互相组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地热利用系统，其特征是：它包括埋入地下的钢护筒（1），钢护筒（1）顶部开放，内管（2）插入到钢护筒（1）内，钢护筒（1）与内管（2）之间具有进风的间隙；
内管（2）与换热管路（3）连通，换热管路（3）与排风管（5）连通；
内管（2）的底部位于靠近钢护筒（1）底部的位置；在钢护筒（1）的顶部设有滤网（10）；
在内管（2）的中部位置设有滑动套筒（13），内管（2）侧壁与滑动套筒（13）相对应的位置设有短路开口（14），位于地面的卷扬装置（15）与滑动套筒（13）连接；
所述的换热管路（3）是安装在构建物（4）内，直接与构建物（4）内部交换热量的管路网，换热管路（3）根据温降梯度设置水平横截面，以使构建物（4）内部温度大致保持均匀。
2.根据权利要求1所述的一种地热利用系统，其特征是：换热管路（3）的下端设有第一集风管（7），第一集风管（7）与内管（2）连通，换热管路（3）的上端设有第二集风管（8），第二集风管（8）与排风管（5）连通。
3.根据权利要求1所述的一种地热利用系统，其特征是：在排风管（5）靠近出口的位置设有太阳能集热器（6）；
或者在排风管（5）靠近出口的位置设有排风机（9）。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种地热利用系统，其特征是：所述的钢护筒（1）为多个，内管（2）为相应的多个。
5.根据权利要求1~3任一项所述的一种地热利用系统，其特征是：所述的钢护筒（1）设置在构建物地下部分（42）的底部。
6.根据权利要求1所述的一种地热利用系统，其特征是：在钢护筒（1）外围的原土层或基岩（11）设有至少一层压裂层，在压裂层内填充有导热砂浆（12）。
7.根据权利要求1或6所述的一种地热利用系统，其特征是：在钢护筒（1）的内壁设有换热片（101）。
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