CN109869935A - 一种地热能复合运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地热能复合运行系统，包括中深层地热井下供热系统、浅层地埋管系统、过渡季循环管路和热泵机组以及入户循环管路、建筑末端调温系统，入户循环管路包括冬季用循环管路、夏季用循环管路；中深层地热井下供热系统、浅层地埋管系统通过热泵机组、入户循环管路与建筑末端调温系统连通；通过调节相应管路上阀门的开启与关闭来实现供热和降温的交替作业。本发明中深层地热井下供热系统能够在只取热不取水的前提下来换取中深层地热能，充分利用中深层地热能在冬季为地面建筑提供热量；浅层地埋管系统充分利用浅层土壤在夏季为地面建筑提供冷量；该系统构思巧妙，布局合理，安全环保。

Description

一种地热能复合运行系统

技术领域

本发明涉及地热利用系统技术领域，尤其涉及一种地热能复合运行系统。

背景技术

近年来，大气环境污染严重，雾霾治理问题日益突出，传统能源的粗放式 发展之路已不可取，大力发展清洁能源刻不容缓。在能源危机日渐加剧和环境 保护愈发紧迫的背景下，提高能源利用效率，开发新能源来替代传统能源，减 轻环境污染成了当务之急。

地热资源不仅不会对环境造成污染，还能实现全天候、全时段应用，具有 绿色低碳、储量大、分布广、稳定性好、利用系数高等特点，对于拥有者来说 是一种具有强大竞争力且非常现实的可再生能源。我国是一个地热资源比较丰 富的国家，推广地热能开发利用是实现可持续发展的重要途径。

地下200m处以浅的土壤温度较低，可以实现在夏季通过浅层地埋管方式， 循环工质在地埋管中流动的同时将本身所携带的热量释放给周围的土壤，而在 过渡季的时候，通过过渡季循环管路中的循环工质的单一运行，循环工质流经 地埋管的整个过程中，将周围土壤中的热量携带出来，并且在散热装置内将携 带热量释放，由此使得地埋管周围的土壤温度得以恢复，同时减少出现地下土 壤冷热不均衡现象，从而使热泵机组在夏季使用过程中可以工作在一个较理想 的工况下，循环工质通过浅层地埋管方式将携带的热量释放给周围土壤，而没 有直接将热排放到大气环境中，减少了对大气环境的热污染和化学污染等一系 列问题。

在我们国家，位于3000-10000m深度处干热岩资源丰富且温度较高，可用 于发电，而位于地下200-3000m的岩土层，若温度仅有几十或上百度，不足以 用来发电，但其温度品位正好属于供热范畴，如果能够开发用于供热，则可以 从根本上彻底解决北方地区的采暖问题。

目前，开发地热能用于冬季采暖较常用的技术为直接开采中深层地热水供 热；在夏季，循环工质携带热量所释放的去向常用冷却塔；埋于土壤中的浅层 地埋管在冬季用于取热来源、在夏季用于散热去向。这三种技术都存在一定的 缺陷，有待解决。

直接开采中深层地热水供热技术：直接开采地热水，回灌难度比较大，致 使地下水资源的浪费及污染；过量抽取地下热水，会引起地下水位下降，导致 局部范围的地面下沉，毁坏道路，地下管道破裂等；过度对地热水资源进行开 发和浪费，我国很多地区出现了大气污染、化学污染、地震、地面塌陷等环境 和地质问题，是一种不可持续发展的能源利用方式。

夏季室外设置冷却塔用于循环工质散热：通过冷却塔将循环工质所携带的 热量释放给大气环境，但是这会造成对环境的热污染和化学污染等一系列问题； 在极端天气里受周围环境条件的制约，如在夏季，室外温度较高时，循环工质 所携带的热量不易释放给大气环境；在气温较低的冬季里，如果未采取有效的 防冻措施，可能会使设备局部冻裂。

埋于土壤中的浅层地埋管在冬季用于取热来源、在夏季用于散热去向：不 同地域适用性不一样，冬季从土壤中取热与夏季向土壤中散热之间的冷热量大 小难于平衡，可能会导致冬季从土壤中难于取热，或者夏季向土壤中难于散热， 致使热泵机组工作效率下降，经济消耗增多。

发明内容

本发明的目的是提供一种地热能复合运行系统，解决现有技术直接开采地 下水供热，会造成水位下降、地面下沉、热储寿命缩短、弃水热污染和化学污 染等一系列问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种地热能复合运行系统，包括中深层地热井下供热系统、浅层地 埋管系统、过渡季循环管路和热泵机组以及入户循环管路、建筑末端调温系统， 所述入户循环管路包括冬季用循环管路、夏季用循环管路；所述热泵机组的蒸 发器一侧通过两个并联的中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路与建筑末 端调温系统连通，所述热泵机组的冷凝器一侧通过三个并联的浅层地埋管系统、 过渡季循环管路和冬季用循环管路与所述建筑末端调温系统连通；所述中深层 地热井下供热系统、夏季用循环管路的连通处设置有第三个三通、第四个三通， 所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路的连通处设置有第一个三通、第二个三 通，所述浅层地埋管系统、过渡季循环管路的连通处设置有第五个三通、第六 个三通；调节相应管路上阀门的开启与关闭来实现所述中深层地热井下供热系 统、浅层地埋管系统的交替作业。

优选的，所述中深层地热井下供热系统包括中深层地热井下换热器和套管 换热器侧循环泵，所述中深层地热井下换热器通过水泥浇筑层固定在岩土层中， 所述中深层地热井下换热器包括内套管与外套管，所述外套管的底部与侧壁封 闭，所述内套管置于外套管的内部，且所述内套管的底部高于所述外套管的底 部，所述内套管的底部设置为开口并与所述外套管的底部相连通，所述外套管 的上端口与循环工质流入管路的一端相连通，所述内套管的上端口与循环工质 流出管路的一端相连通，所述循环工质流入管路、循环工质流出管路的另一端 与地面上的所述热泵机组的蒸发器侧相连通；所述套管换热器侧循环泵安装在 所述循环工质流入管路上；所述中深层地热井下供热系统还包括第一套管换热器侧阀门和第二套管换热器侧阀门，所述第一套管换热器侧阀门、第二套管换 热器侧阀门分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

优选的，所述内套管与所述第一套管换热器侧阀门之间的所述循环工质流 出管路上设置有水净化用的套管换热器侧过滤器。

优选的，所述浅层地埋管系统包括单U型地埋管和地埋管侧循环泵，所述 单U型地埋管埋入所述岩土层中，所述单U型地埋管的两个上端口分别与循环 工质流入管路、循环工质流出管路的一端相连通，所述循环工质流入管路、循 环工质流出管路的另一端与地面上的所述热泵机组的冷凝器侧相连通；所述地 埋管侧循环泵安装在所述循环工质流入管路上；所述浅层地埋管系统还包括第 一地埋管侧阀门、第二地埋管侧阀门、第三地埋管侧阀门、第四地埋管侧阀门， 所述第一地埋管侧阀门和第四地埋管侧阀门、第二地埋管侧阀门和第三地埋管 侧阀门分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

优选的，所述单U型地埋管与所述第一地埋管侧阀门之间的所述循环工质 流出管路上设置有水净化用的地埋管侧过滤器。

优选的，所述第一个三通位于所述浅层地埋管系统的循环工质流出管路与 所述冬季用循环管路的流入管路的连通处，所述第二个三通位于所述浅层地埋 管系统的循环工质流入管路与所述冬季用循环管路的流出管路的连通处；所述 第三个三通安装在所述中深层地热井下供热系统的循环工质流出管路与所述夏 季用循环管路的流入管路的连通处，所述第四个三通安装在所述中深层地热井 下供热系统的循环工质流入管路与所述夏季用循环管路的流出管路的连通处， 所述第五个三通安装在所述浅层地埋管系统的循环工质流入管路与所述过渡季 循环管路的循环工质流出管路的连通处，所述第六个三通安装在所述浅层地埋 管系统的循环工质流出管路与所述过渡季循环管路的循环工质流入管路的连通 处。

优选的，所述冬季用循环管路包括第一用户侧阀门、第二用户侧阀门和第 一用户侧循环泵，所述第一用户侧阀门安装在所述冬季用循环管路的流入管路 上，且位于所述第一个三通与建筑末端调温系统之间；所述第二用户侧阀门和 第一用户侧循环泵安装在所述冬季用循环管路的流出管路上，且所述第二用户 侧阀门位于所述第二个三通与所述第一用户侧循环泵之间；循环工质从建筑末 端调温系统的出口流出进入依次经过所述第一用户侧阀门、第一个三通、与冷 凝器接触的管道部分并升温处理、第二个三通、第二用户侧阀门、第一用户侧 循环泵后流回所述建筑末端调温系统；

所述夏季用循环管路包括第三用户侧阀门、第四用户侧阀门和第二用户侧 循环泵，所述第三用户侧阀门安装在所述夏季用循环管路的流入管路上，且位 于所述第三个三通与建筑末端调温系统之间，所述第四用户侧阀门和第二用户 侧循环泵安装在所述夏季用循环管路的流出管路上，且所述第四用户侧阀门位 于所述第二用户侧循环泵与所述第四个三通之间；循环工质从建筑末端调温系 统的出口流出进入依次经过所述第三用户侧阀门、第三个三通、与蒸发器接触 的管道部分并降温处理、第四个三通、第四用户侧阀门、第二用户侧循环泵后 流回所述建筑末端调温系统；

所述过渡季循环管路包括第一散热装置侧阀门、第二散热装置侧阀门和散 热装置，所述第一散热装置侧阀门安装在散热装置的流出管路上，且位于所述 第五个三通与散热装置之间，所述第二散热装置侧阀门安装在散热装置的流入 管路上，且位于所述第六个三通与散热装置之间；循环工质从散热装置的出口 流出进入依次经过所述第一散热装置侧阀门、第五个三通、第二地埋管侧阀门、 地埋管侧循环泵与单U型地埋管接触的管道部分并提取周围土壤中热量、地埋 管侧过滤器、第一地埋管侧阀门、第六个三通、第二散热装置侧阀门后流回所 述散热装置。

优选的，所述建筑末端调温系统具体设计为风机盘管系统、地板辐射采暖 系统或建筑生活热水制备系统。

优选的，所述中深层地热井下换热器安装于深度为1000米至3000米的所 述岩土层钻井中，所述单U型地埋管埋于深度为100米至200米的所述岩土层 中。

优选的，所述热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，所述蒸发 器、压缩机、冷凝器和节流阀通过管道连通在一起形成闭合回路，所述蒸发器 一侧与所述中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路连通，所述冷凝器一侧 与所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路、过渡季循环管路连通。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种地热能复合运行系统，包括中深层地热井下供热系统、浅层地 埋管系统、过渡季循环管路和热泵机组以及入户循环管路、建筑末端调温系统， 其中入户循环管路包括冬季用循环管路、夏季用循环管路。中深层地热井下供 热系统包括中深层地热井下换热器和套管换热器侧循环泵，中深层地热井下换 热器通过水泥浇筑层固定在岩土层中，中深层地热井下换热器包括内套管与外 套管，内套管与外套管分别通过循环工质流出管路、流入管路与热泵机组连通， 该中深层地热井下供热系统能够在只取热不取水的前提下来换取中深层地热 能，避免了由于水的过量开采所造成的水位下降、地面下沉、热储寿命缩短、 弃水热污染和化学污染等一系列问题，充分利用中深层地热能在冬季为地面建 筑提供热量；浅层地埋管系统中循环工质在地埋管中流动的同时将本身所携带 的热量释放给周围的土壤，而在过渡季的时候，通过过渡季循环管路中的循环 工质的单一运行，循环工质流经地埋管的整个过程中，将周围土壤中的热量携 带出来，并且在散热装置内将携带热量释放，由此使得地埋管周围的土壤温度 得以恢复，同时减少出现地下土壤冷热不均衡现象，从而使热泵机组在夏季使 用过程中可以工作在一个较理想的工况下，循环工质通过浅层地埋管方式将携 带的热量释放给周围土壤，而没有直接将热排放到大气环境中，减少了对大气 环境的热污染和化学污染等一系列问题，充分利用浅层土壤在夏季为地面建筑提供冷量。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明地热能复合运行系统结构示意图；

附图标记说明：1.中深层地热井下换热器；2.内套管；3.外套管；4.水泥 浇筑层；5.岩土层；6.套管换热器侧过滤器；7.第一套管换热器侧阀门；8.第 二套管换热器侧阀门；9.套管换热器侧循环泵；10.热泵机组；11.蒸发器；12. 压缩机；13.冷凝器；14.节流阀；15.第一用户侧阀门；16.第二用户侧阀门； 17.第一用户侧循环泵；18.单U型地埋管；19.地埋管侧过滤器；20.第一地埋 管侧阀门；21.第二地埋管侧阀门；22.地埋管侧循环泵；23.第三用户侧阀门； 24.第四用户侧阀门；25.第二用户侧循环泵；26.第一个三通；27.第二个三通； 28.第三个三通；29.第四个三通；30.第一散热装置侧阀门；31.第二散热装置 侧阀门；32.第三地埋管侧阀门；33.第四地埋管侧阀门；34.第五个三通；35. 第六个三通；36.散热装置。

具体实施方式

如图1所示，一种地热能复合运行系统，包括中深层地热井下供热系统、 浅层地埋管系统、过渡季循环管路和热泵机组以及入户循环管路、建筑末端调 温系统，所述入户循环管路包括冬季用循环管路、夏季用循环管路；所述热泵 机组10的蒸发器11一侧通过两个并联的中深层地热井下供热系统、夏季用循 环管路与建筑末端调温系统连通，所述热泵机组10的冷凝器13一侧通过三个 并联的浅层地埋管系统、过渡季循环管路和冬季用循环管路与所述建筑末端调 温系统连通；所述中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路的连通处设置有 第三个三通28、第四个三通29，所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路的连通 处设置有第一个三通26、第二个三通27，所述浅层地埋管系统、过渡季循环管 路的连通处设置有第五个三通34、第六个三通35；调节相应管路上阀门的开启 与关闭来实现所述中深层地热井下供热系统、浅层地埋管系统的交替作业。

具体来说，如图1所示，所述中深层地热井下供热系统包括中深层地热井 下换热器1和套管换热器侧循环泵9，所述中深层地热井下换热器1通过水泥浇 筑层4固定在岩土层5中，所述中深层地热井下换热器1包括内套管2与外套 管3，所述外套管3的底部与侧壁封闭，所述内套管2置于外套管3的内部，且 所述内套管2的底部高于所述外套管3的底部，所述内套管2的底部设置为开 口并与所述外套管3的底部相连通，所述外套管3的上端口与循环工质流入管 路的一端相连通，所述内套管2的上端口与循环工质流出管路的一端相连通， 所述循环工质流入管路、循环工质流出管路的另一端与地面上的所述热泵机组 10的蒸发器11侧相连通；所述套管换热器侧循环泵9安装在所述循环工质流入 管路上；所述中深层地热井下供热系统还包括第一套管换热器侧阀门7和第二 套管换热器侧阀门8，所述第一套管换热器侧阀门7、第二套管换热器侧阀门8 分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

所述内套管2与所述第一套管换热器侧阀门7之间的所述循环工质流出管 路上设置有水净化用的套管换热器侧过滤器6。

所述浅层地埋管系统包括单U型地埋管18和地埋管侧循环泵22，所述单U 型地埋管18埋入所述岩土层5中，所述单U型地埋管18的两个上端口分别与 循环工质流入管路、循环工质流出管路的一端相连通，所述循环工质流入管路、 循环工质流出管路的另一端与地面上的所述热泵机组10的冷凝器13侧相连通； 所述地埋管侧循环泵22安装在所述循环工质流入管路上。所述浅层地埋管系统 还包括第一地埋管侧阀门20、第二地埋管侧阀门21、第三地埋管侧阀门32、第 四地埋管侧阀门33，所述第一地埋管侧阀门20和第四地埋管侧阀门33、第二 地埋管侧阀门21和第三地埋管侧阀门32分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

所述单U型地埋管18与所述第一地埋管侧阀门20之间的所述循环工质流 出管路上设置有水净化用的地埋管侧过滤器19。

所述第一个三通26位于所述浅层地埋管系统的循环工质流出管路与所述冬 季用循环管路的流入管路的连通处，所述第二个三通27位于所述浅层地埋管系 统的循环工质流入管路与所述冬季用循环管路的流出管路的连通处；所述第三 个三通28安装在所述中深层地热井下供热系统的循环工质流出管路与所述夏季 用循环管路的流入管路的连通处，所述第四个三通29安装在所述中深层地热井 下供热系统的循环工质流入管路与所述夏季用循环管路的流出管路的连通处， 所述第五个三通34安装在所述浅层地埋管系统的循环工质流入管路与所述过渡 季循环管路的循环工质流出管路的连通处，所述第六个三通35安装在所述浅层 地埋管系统的循环工质流出管路与所述过渡季循环管路的循环工质流入管路的 连通处。

所述冬季用循环管路包括第一用户侧阀门15、第二用户侧阀门16和第一用 户侧循环泵17，所述第一用户侧阀门15安装在所述冬季用循环管路的流入管路 上，且位于所述第一个三通26与建筑末端调温系统之间；所述第二用户侧阀门 16和第一用户侧循环泵17安装在所述冬季用循环管路的流出管路上，且所述第 二用户侧阀门16位于所述第二个三通27与所述第一用户侧循环泵17之间；循 环工质从建筑末端调温系统的出口流出进入依次经过所述第一用户侧阀门15、 第一个三通26、与冷凝器13接触的管道部分并升温处理、第二个三通27、第 二用户侧阀门16、第一用户侧循环泵17后流回所述建筑末端调温系统；

所述夏季用循环管路包括第三用户侧阀门23、第四用户侧阀门24和第二用 户侧循环泵25，所述第三用户侧阀门23安装在所述夏季用循环管路的流入管路 上，且位于所述第三个三通28与建筑末端调温系统之间，所述第四用户侧阀门 24和第二用户侧循环泵25安装在所述夏季用循环管路的流出管路上，且所述第 四用户侧阀门24位于所述第二用户侧循环泵25与所述第四个三通29之间；循 环工质从建筑末端调温系统的出口流出进入依次经过所述第三用户侧阀门23、 第三个三通28、与蒸发器11接触的管道部分并降温处理、第四个三通29、第 四用户侧阀门24、第二用户侧循环泵25后流回所述建筑末端调温系统；

所述过渡季循环管路包括第一散热装置侧阀门30、第二散热装置侧阀门31 和散热装置36，所述第一散热装置侧阀门30安装在散热装置36的流出管路上， 且位于所述第五个三通34与散热装置36之间，所述第二散热装置侧阀门31安 装在散热装置36的流入管路上，且位于所述第六个三通35与散热装置36之间； 循环工质从散热装置36的出口流出进入依次经过所述第一散热装置侧阀门30、 第五个三通34、第二地埋管侧阀门21、地埋管侧循环泵22与单U型地埋管18 接触的管道部分并提取周围土壤中热量、地埋管侧过滤器19、第一地埋管侧阀 门20、第六个三通35、第二散热装置侧阀门31后流回所述散热装置36。

具体来说，所述建筑末端调温系统具体设计为风机盘管系统、地板辐射采 暖系统或建筑生活热水制备系统。

所述中深层地热井下换热器1安装于深度为1000米至3000米的所述岩土 层5钻井中，所述单U型地埋管18埋于深度为100米至200米的所述岩土层5 中。

所述热泵机组10包括蒸发器11、压缩机12、冷凝器13和节流阀14，所述 蒸发器11、压缩机12、冷凝器13和节流阀14通过管道连通在一起形成闭合回 路，所述蒸发器11一侧与所述中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路连通， 所述冷凝器13一侧与所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路、过渡季循环管路 连通。该热泵机组10与现有技术相同，在此不在赘述。

本发明的工作过程如下：

冬季时，如图1所示的中深层地热井下换热器系统工作，首先开启第一套 管换热器侧阀门7、第二套管换热器侧阀门8，关闭第三地埋管侧阀门32、第四 地埋管侧阀门33、第一散热装置侧阀门30、第二散热装置侧阀门31，即打开与 中深层地热井下供热系统连接的循环工质流出管路、循环工质流入管路，关闭 与浅层地埋管系统的连通和过渡季循环管路；同时，开启第一用户侧阀门15、 第二用户侧阀门16，打开热泵机组10与建筑末端调温系统连接用的冬季用循环 管路，关闭第三用户侧阀门23、第四用户侧阀门24，即关闭夏季用循环管路， 从而单独实现中深层地下取热-供热模式。此时，中深层地热井下换热器1置于岩土层5钻井中，中深层地热井下换热器1的外套管3、内套管2、套管换热器 侧过滤器6、第一套管换热器侧阀门7、第三个三通28、与蒸发器11连通的管 道、第四个三通29、第二套管换热器侧阀门8和套管换热器侧循环泵9通过循 环工质流出、流入管路组成一个闭合回路，循环工质在套管换热器侧循环泵9 的驱动下沿内套管2外壁与外套管3内壁之间向下流动，在向下流动的过程中 与周围土壤、岩石等进行充分换热，当流动到底部时由于驱动力的作用，循环 工质再沿内套管2的内部流出中深层地热井下换热器1，流出的循环工质经过管路上的套管换热器侧过滤器6过滤之后与热泵机组10的蒸发器11内部流动的 制冷剂进行逆向换热，释放热量后的循环工质又通过套管换热器侧循环泵9流 入中深层地热井下换热器1进行取热，依次循环往复；热泵机组10内部制冷剂 在蒸发器11处得到热量后通过压缩机12做功之后一并进入到冷凝器13，在冷 凝器13侧与用户侧管路流入的循环工质进行逆向交换热量，制冷剂所携带的热 量在冷凝器13处释放给用户侧循环工质，通过冬季用循环管路为用户侧即建筑 末端调温系统提供所需热量，释放完热量之后的制冷剂经节流阀14返回蒸发器 11再次进行逆向换热，依次循环往复，实现中深层地热对用户的供暖作业。

该循环工质在流出中深层地热井下换热器1时的温度范围约为20℃-60℃， 地上的热泵机组10利用循环工质所提取到的中深层地热，通过热泵机组10方 式向建筑末端调温系统提供热量，达到的供热温度范围约为40℃-55℃。

该中深层地热井下换热器系统，能够在只取热不取水的前提下来换取中深 层地热能，避免了由于水的过量开采所造成的水位下降、地面下沉、热储寿命 缩短、弃水热污染和化学污染等一系列问题，充分利用中深层地热能在冬季为 地面建筑提供热量。

夏季时，如图1所示的浅层地埋管系统工作，首先开启第一地埋管侧阀门 20、第二地埋管侧阀门21、第三地埋管侧阀门32、第四地埋管侧阀门33，打开 与浅层地埋管系统的连通，关闭第一套管换热器侧阀门7、第二套管换热器侧阀 门8、第一散热装置侧阀门30、第二散热装置侧阀门31，即关闭与中深层地热 井下供热系统连接的循环工质流出管路、循环工质流入管路和过渡季循环管路， 同时，开启第三用户侧阀门23、第四用户侧阀门24，打开热泵机组10与建筑 末端调温系统连接用的夏季用循环管路，关闭第一用户侧阀门15、第二用户侧 阀门16，即关闭冬季用循环管路，从而单独实现浅层地下埋管散热-制冷模式； 此时，浅层地下埋管换热器采用单U型地埋管18，单U型地埋管18的流出上端 口、地埋管侧过滤器19、第一地埋管侧阀门20、第六个三通35、第四地埋管侧 阀门33、第一个三通26、与冷凝器13连通的管道、第二个三通27、第三地埋 管侧阀门32、第五个三通34、第二地埋管侧阀门21、地埋管侧循环泵22、单U 型地埋管18的流入上端口依次通过循环工质流出管路、循环工质流入管路连接 为一个闭合管路，循环工质在地埋管侧循环泵22的驱动下沿单U型地埋管18 内部流动，循环工质从单U型地埋管18一端流入管路，经整个单U型地埋管18 后从另一端流出，在该位置流动的过程中循环工质将携带的热量释放给周围土 壤，冷却后的循环工质流出经过管路上地埋管侧过滤器19过滤之后与热泵机组 10的冷凝器13内部流动的制冷剂进行逆向换热，得到热量后的循环工质又通过 地埋管侧循环泵22流入单U型地埋管18进行散热，依次循环往复；热泵机组 10内部制冷剂在冷凝器13处释放热量后经节流阀14进入到蒸发器11，在蒸发 器11侧与用户侧的夏季用循环管路流入的循环工质进行逆向热交换，用户侧循 环工质所携带的热量在蒸发器11处释放给制冷剂，通过夏季用循环管路为用户 侧即建筑末端调温系统提供所需冷量，得到热量之后的制冷剂经压缩机12进入 冷凝器13再次进行逆向热交换，依次循环往复，从而实现浅层地埋管在夏季为 地面建筑提供冷量。

该循环工质在流出单U型地埋管18时的温度范围约为15℃-30℃，地上的 热泵机组10利用将热量释放给土壤之后的循环工质温度，通过热泵机组10方 式向建筑末端调温系统提供冷量，达到的制冷温度范围约为20℃-30℃。

该浅层地埋管系统中循环工质在地埋管中流动的同时将本身所携带的热量 释放给周围的土壤，而没有直接将热排放到大气环境中，减少了对大气环境的 热污染和化学污染等一系列问题，充分利用浅层土壤在夏季为地面建筑提供冷 量。

过渡季时，如图1所示的过渡季循环管路工作，首先开启第一散热装置侧 阀门30、第二散热装置侧阀门31，打开与过渡季循环管路的连通，关闭与中深 层地热井下供热系统连接的循环工质流出管路、循环工质流入管路、入户循环 管路和热泵机组10，同时，开启第一地埋管侧阀门20、第二地埋管侧阀门21， 关闭第三地埋管侧阀门32、第四地埋管侧阀门33，从而单独实现循环工质在过 渡季循环管路中的流动；此时，散热装置36的流出口、第一散热装置侧阀门30、 第五个三通34、第二地埋管侧阀门21、地埋管侧循环泵22、单U型地埋管18、 地埋管侧过滤器19、第一地埋管侧阀门20、第六个三通35、第二散热装置侧阀 门31、散热装置36的流入口依次通过循环工质流出管路、循环工质流入管路连 接为一个闭合管路，循环工质在地埋管侧循环泵22的驱动下沿过渡季循环管路 流动，循环工质从单U型地埋管18一端流入管路，经整个单U型地埋管18后 从另一端流出，在该位置流动的过程中循环工质将吸收周围土壤中的热量，升 温后的循环工质流出经过管路上地埋管侧过滤器19过滤之后流入到地面上的散 热装置36内，在散热装置36内降低温度后的循环工质又通过地埋管侧循环泵 22流入单U型地埋管18进行取热，依次循环往复，通过散热装置36进、出口温度监测，当循环工质温度达到规定要求后，可停止管路运行，若没有达到规 定要求，可在过渡季阶段开启管路直至达到要求。

在过渡季的时候，通过过渡季循环管路中的循环工质的单一运行，循环工 质流经地埋管的整个过程中，将周围土壤中的热量携带出来，并且在散热装置36内将携带热量释放，由此使得地埋管周围的土壤温度得以恢复，同时减少出 现地下土壤冷热不均衡现象，从而使热泵机组10在夏季使用过程中可以工作在 一个较理想的工况下，大大提高热泵机组10的工作效率。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发 明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护 范围内。

Claims (10)

1.一种地热能复合运行系统，其特征在于：包括中深层地热井下供热系统、浅层地埋管系统、过渡季循环管路和热泵机组以及入户循环管路、建筑末端调温系统，所述入户循环管路包括冬季用循环管路、夏季用循环管路；所述热泵机组(10)的蒸发器(11)一侧通过两个并联的中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路与建筑末端调温系统连通，所述热泵机组(10)的冷凝器(13)一侧通过三个并联的所述浅层地埋管系统、过渡季循环管路和冬季用循环管路与所述建筑末端调温系统连通；

所述中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路的连通处设置有第三个三通(28)、第四个三通(29)，所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路的连通处设置有第一个三通(26)、第二个三通(27)，所述浅层地埋管系统、过渡季循环管路的连通处设置有第五个三通(34)、第六个三通(35)；调节相应管路上阀门的开启与关闭来实现所述中深层地热井下供热系统、浅层地埋管系统的交替作业。

2.根据权利要求1所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述中深层地热井下供热系统包括中深层地热井下换热器(1)和套管换热器侧循环泵(9)，所述中深层地热井下换热器(1)通过水泥浇筑层(4)固定在岩土层(5)中，所述中深层地热井下换热器(1)包括内套管(2)与外套管(3)，所述外套管(3)的底部与侧壁封闭，所述内套管(2)置于外套管(3)的内部，且所述内套管(2)的底部高于所述外套管(3)的底部，所述内套管(2)的底部设置为开口并与所述外套管(3)的底部相连通，所述外套管(3)的上端口与循环工质流入管路的一端相连通，所述内套管(2)的上端口与循环工质流出管路的一端相连通，所述循环工质流入管路、循环工质流出管路的另一端与地面上的所述热泵机组(10)的蒸发器(11)侧相连通；所述套管换热器侧循环泵(9)安装在所述循环工质流入管路上；

所述中深层地热井下供热系统还包括第一套管换热器侧阀门(7)和第二套管换热器侧阀门(8)，所述第一套管换热器侧阀门(7)、第二套管换热器侧阀门(8)分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

3.根据权利要求2所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述内套管(2)与所述第一套管换热器侧阀门(7)之间的所述循环工质流出管路上设置有水净化用的套管换热器侧过滤器(6)。

4.根据权利要求2所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述浅层地埋管系统包括单U型地埋管(18)和地埋管侧循环泵(22)，所述单U型地埋管(18)埋入所述岩土层(5)中，所述单U型地埋管(18)的两个上端口分别与循环工质流入管路、循环工质流出管路的一端相连通，所述循环工质流入管路、循环工质流出管路的另一端与地面上的所述热泵机组(10)的冷凝器(13)侧相连通；所述地埋管侧循环泵(22)安装在所述循环工质流入管路上；

所述浅层地埋管系统还包括第一地埋管侧阀门(20)、第二地埋管侧阀门(21)、第三地埋管侧阀门(32)、第四地埋管侧阀门(33)，所述第一地埋管侧阀门(20)和第四地埋管侧阀门(33)、第二地埋管侧阀门(21)和第三地埋管侧阀门(32)分别安装在所述循环工质流出管路、循环工质流入管路上。

5.根据权利要求4所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述单U型地埋管(18)与所述第一地埋管侧阀门(20)之间的所述循环工质流出管路上设置有水净化用的地埋管侧过滤器(19)。

6.根据权利要求4所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述第一个三通(26)位于所述浅层地埋管系统的循环工质流出管路与所述冬季用循环管路的流入管路的连通处，所述第二个三通(27)位于所述浅层地埋管系统的循环工质流入管路与所述冬季用循环管路的流出管路的连通处；所述第三个三通(28)安装在所述中深层地热井下供热系统的循环工质流出管路与所述夏季用循环管路的流入管路的连通处，所述第四个三通(29)安装在所述中深层地热井下供热系统的循环工质流入管路与所述夏季用循环管路的流出管路的连通处；所述第五个三通(34)安装在所述浅层地埋管系统的循环工质流入管路与所述过渡季循环管路的循环工质流出管路的连通处，所述第六个三通(35)安装在所述浅层地埋管系统的循环工质流出管路与所述过渡季循环管路的循环工质流入管路的连通处。

7.根据权利要求6所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述冬季用循环管路包括第一用户侧阀门(15)、第二用户侧阀门(16)和第一用户侧循环泵(17)，所述第一用户侧阀门(15)安装在所述冬季用循环管路的流入管路上，且位于所述第一个三通(26)与建筑末端调温系统之间；所述第二用户侧阀门(16)和第一用户侧循环泵(17)安装在所述冬季用循环管路的流出管路上，且所述第二用户侧阀门(16)位于所述第二个三通(27)与所述第一用户侧循环泵(17)之间；循环工质从建筑末端调温系统的出口流出进入依次经过所述第一用户侧阀门(15)、第一个三通(26)、与冷凝器(13)接触的管道部分并升温处理、第二个三通(27)、第二用户侧阀门(16)、第一用户侧循环泵(17)后流回所述建筑末端调温系统；

所述夏季用循环管路包括第三用户侧阀门(23)、第四用户侧阀门(24)和第二用户侧循环泵(25)，所述第三用户侧阀门(23)安装在所述夏季用循环管路的流入管路上，且位于所述第三个三通(28)与建筑末端调温系统之间，所述第四用户侧阀门(24)和第二用户侧循环泵(25)安装在所述夏季用循环管路的流出管路上，且所述第四用户侧阀门(24)位于所述第二用户侧循环泵(25)与所述第四个三通(29)之间；循环工质从建筑末端调温系统的出口流出进入依次经过所述第三用户侧阀门(23)、第三个三通(28)、与蒸发器(11)接触的管道部分并降温处理、第四个三通(29)、第四用户侧阀门(24)、第二用户侧循环泵(25)后流回所述建筑末端调温系统；

所述过渡季循环管路包括第一散热装置侧阀门(30)、第二散热装置侧阀门(31)和散热装置(36)，所述第一散热装置侧阀门(30)安装在散热装置(36)的流出管路上，且位于所述第五个三通(34)与所述散热装置(36)之间，所述第二散热装置侧阀门(31)安装在散热装置(36)的流入管路上，且位于所述第六个三通(35)与所述散热装置(36)之间；循环工质从所述散热装置(36)的出口流出进入依次经过所述第一散热装置侧阀门(30)、第五个三通(34)、第二地埋管侧阀门(21)、地埋管侧循环泵(22)与单U型地埋管(18)接触的管道部分并提取周围土壤中热量、地埋管侧过滤器(19)、第一地埋管侧阀门(20)、第六个三通(35)、第二散热装置侧阀门(31)后流回所述散热装置(36)。

8.根据权利要求7所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述建筑末端调温系统具体设计为风机盘管系统、地板辐射采暖系统或建筑生活热水制备系统。

9.根据权利要求4所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述中深层地热井下换热器(1)安装于深度为1000米至3000米的所述岩土层(5)钻井中，所述单U型地埋管(18)埋于深度为100米至200米的所述岩土层(5)中。

10.根据权利要求1所述的地热能复合运行系统，其特征在于：所述热泵机组(10)包括蒸发器(11)、压缩机(12)、冷凝器(13)和节流阀(14)，所述蒸发器(11)、压缩机(12)、冷凝器(13)和节流阀(14)通过管道连通在一起形成闭合回路，所述蒸发器(11)一侧与所述中深层地热井下供热系统、夏季用循环管路连通，所述冷凝器(13)一侧与所述浅层地埋管系统、冬季用循环管路、过渡季循环管路连通。