CN110360770A - 水地双源加热泵系统 - Google Patents

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Abstract

水地双源加热泵系统，主要包括地下能量获取系统、和冷热源主机设备及末端系统(7)，其特征在于地下能量获取系统至少包含地下水抽水井(1)，地下水回灌井采用回灌水井(2)和地埋管钻孔(3)的至少一种，地下水的抽水井(1)和回灌井采用大小井组合的形式，回灌井布置原则是优先环绕布置在抽水井(1)的不同方向；地下水回灌井钻孔内可设置井壁管(8)、地下水回灌水管(5)以及地埋管换热器(9)的至少一种；其特征还在于当地下冷热量需求不平衡或者需要人为调控地下温度场时，在地下水的出水管(4)和回灌水管(5)之间连接季节性蓄能设备(6)。

Description

水地双源加热泵系统
技术领域
本发明为水地双源加热泵系统，属于能源领域和空调技术领域。
背景技术
目前地源热泵工程应用中，地下水地源热泵的回灌失败，成为社会形象不佳的主要原因，地下水回灌技术的成不成熟决定了地源热泵的发展前途，非常重要。当前也有单井抽灌系统，但单井抽灌水流向与地层分层结构不一致，长时间的上下水循环流动容易造成地层成份互混，导致砂层不是砂层泥层不是泥层，有泥层以及粉沙层的情况下容易会出现夹带泥沙严重的情况，堵塞水泵堵塞管路，而且对地层造成层构破坏，不可逆转，是原理不够科学的技术；而且单井抽灌必须有足够厚的单一含水层存在，否则是会失败的；当前单井抽灌的实践表明，很多地点单口井能够循环的水量不宜过大，取热能力有限，井数多并不经济。地下水含水层及地下水的科学的抽灌技术是当前非常需要的。另外地下的取热取冷后的冷热平衡问题，也是一个地源热泵应用成败的决定因素，而且限制地源热泵的应用地区，如何科学又经济实用地解决地下不平衡补热问题，对地源热泵的成功和地域覆盖广度至关总要，因此地源热能必须加上地上季节性热量来平衡，就是水地双源加的意义，地下的地下水和不含地下水的地质层都是可利用的，两者不冲突，因此能够同时利用地下全部地层是地源热泵高效集约利用的发展方向，这是水地双源的含义。
发明内容
1.水地双源加热泵系统，包括地下能量获取系统、和冷热源主机设备及末端系统(7)，地下能量获取系统指地下水井、地埋管换热器、检查井以及地下管路阀门等的全部或部分所组成的地源热泵系统中埋在地下的内容，冷热源主机设备及末端系统(7)指地源热泵主机、换热器、地源侧水泵、末端水泵、末端、其它设备、附件以及管路等的全部或者部分组成；其特征在于：地下能量获取系统至少包含地下水抽水井(1)，并且包含地下水回灌水井(2)和地埋管钻孔(3)的至少一种，地下水回灌井采用回灌水井(2)和地埋管钻孔(3) 的至少一种，地下水的抽水井(1)和回灌井采用大小井组合的形式，回灌井的全部或者部分采用相对于抽水井来说是小井径的水井或钻孔形式，抽水井(1) 井径与小口径回灌井井径的比值在1.2～50范围内，抽水井(1)井径的优先选择范围是300mm～1200mm，回灌井井径的优先选择范围是50～300mm，并且回灌井数量与抽水井(1)数量的比值在1～1000范围内；对于抽灌水量大、回灌有难度或者希望强化回灌等情况下，回灌井数量与抽水井(1)数量的比值选择在6～50 范围内，回灌井布置原则是优先环绕布置在抽水井(1)的不同方向，并尽可能紧邻每口抽水井(1)全方位有均匀且距离接近的回灌井布置；地下水回灌井钻孔内可设置井壁管(8)、地下水回灌水管(5)以及地埋管换热器(9)的至少一种。
2.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下冷热量需求不平衡或者需要人为调控地下温度场时，在地下水的出水管(4)和回灌水管(5)之间连接季节性蓄能设备(6)，过度季节、反季节开启运行向地下蓄存冷热量；季节性蓄能设备(6)是中央空调中常用的冷却塔、表冷器与风机的组合体、喷淋室与风机的组合体、喷淋式空气换热器和太阳能集热器等的一种或者两种以上组合；冷却塔包括开式冷却塔和闭式冷却塔，当地下水的出水管(4)和回灌水管(5)之间连接开式冷却塔或者喷淋水换热时通过换热器间接连接；对于地下冷热不平衡严重的项目或者只供热、只供冷的地区，采用根据末端冷热负荷需求计算出的地下水抽灌井数量的基础上，增多适当倍数的地下水抽灌井数量的方法，反季节乃至过渡季节蓄能时同时启用，来满足短时间内能够向地下蓄存足够的热量或者冷量，满足地下温度常年平衡或向有利方向调控。
3.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2) 的一种典型做法是井壁管(8)和地下水回灌水管(5)采用PP、PE、PB、UPVC、其它高分子材料或者金属材料。
4.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2) 的一种典型做法是顶部带密封盖，平时封盖可保证地下水带压回灌，从抽水井 (1)接来的回灌水管(5)直接与回灌水井(2)井壁管(8)连接或者回灌水管插入回灌水井(2)井壁管(8)内，水平铺设的回灌水管(5)设置坡度，在回灌水管(5)的最高点设置排气管或者自动排气阀。
5.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2) 的一种典型用法是井壁管(8)内设置地埋管换热器(9)，地埋管换热器(9) 可以是U型管换热器、套管换热器或者其它形式的换热器，地埋管换热器(9) 的材质可以是PE、导热改性的高分子材料、其它高分子材料或者铜等金属材料；在这种回灌水井(2)做法的情况下，地埋管换热器(9)与水井抽灌的地下水管路分别走不同的管路系统、连接不同的冷热源主机设备，地下水可以不连接冷热源主机直接回灌入回灌水井(2)。
6.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下水采用地埋管钻孔(3)回灌时，地埋管钻孔(3)与土壤源热泵的地埋管换热器(9) 钻孔一样，直径通常在100～200mm范围，差别是钻孔内设置地下水回灌水管(5)，地埋管换热器(9)与地下水抽灌管路分别走不同的管路系统、连接不同的冷热源主机设备；地埋管钻孔(3)内的地埋管换热器(9)可以设置也可以不设置，当不设置时地埋管钻孔(3)仅仅起到埋设地下水回灌水管(5)回灌地下水的作用，当设置时也同土壤源热泵的地埋管换热器一样可以采用双U或者单U型 PE管，为了保证钻孔内的地下水回灌水管(5)不影响地埋管换热器(9)换热，地下水回灌水管(5)可以采用导热系数小的水管或者做成保温绝热水管，并在回灌的含水层内采用滤水管段向地下回灌；滤水管段外充填砂砾等渗透性好的材料。
7.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于抽水井(1) 可以是普通水井、带密封顶盖的封闭水井、也可以是同井抽灌做法的水井，同井抽灌做法即井内下部抽出水通过本井上部回灌至地下，抽水井(1)内设置水泵(10)。
8.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下水含有泥沙量较大时，地下水管路上可设置高过滤级别的泥沙过滤器，过滤网过滤级别达到粗效或者中效空气过滤器。
9.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于地下水回灌水井(2)的井壁管(8)管径在15～250mm范围内，优先选用在80～200mm范围；地埋管钻孔(3)内的地下水回灌水管(5)管径在15～125mm范围内。
10.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于地下水从抽水井(1)抽出的水与回灌井回灌的水温差优先采用不大于5℃，地下水回灌的含水层与抽水的含水层相同；抽灌水井钻孔优先采用清水钻井；地下能量获取系统除了地下水抽灌水井之外还可以埋设管路系统相互独立的地埋管换热器及其钻孔。
实现形式
1、地下水抽水井加上地下水回灌的小型井群，既利用了地下水中的能量，又能让地下水吸收回灌井孔外围的岩土中的能量，是一种水地双源热泵系统，回灌钻孔越多利用的岩土能量越多，不但分散回灌了地下水有利于地下水的回灌，而且全方位回灌地下水，充分调动了地下水均匀的充分的流动和利用。而且地下水水平方向的缓慢的流动，对地层不产生混层破坏。
2、地下水通过地上连接季节性蓄能设备，可以非常高效地向地下蓄存冷热量，有利于小代价地解决地下冷热量不平衡问题；另外对于严寒地区，由于夏季高温天数相对很短，要保证短时间内蓄存足够的季节性热量，就要加大地下蓄存设施相应的倍数，是可以实现平衡蓄存，能够解决东北地区的地源热泵应用问题；在南方应用也可以是类似的原理和用法，也是有应用价值的。
3、地下水井管采用塑料材料有利于防腐蚀长寿命，而且可以封闭回灌不与大气接触，回灌水井和回灌水管都采用封闭式的；地下水的排空气，避免空气堵塞回灌井也很重要，采取回灌水管最高排气的办法解决。
4、地下水回灌井采用小井回灌，小型钻孔或者小口径水井，能有效分散回灌，而且大大地降低造价，对工程实施非常有利。
5、回灌井内可以设置埋管换热器，这样地下水就可以不出地面，不需要地上换热，避免破坏，对农村和别墅等小型单体应用非常有利。
6、地下水源采用小井回灌本身就是利用水地双源，但也可以地下另外设置地埋管闭式换热系统，是更加充分的水地双源利用，特别是地下水量不足时候是必要互补形式。
附图说明
附图1水地双源加热泵系统全系统组成示意图
附图2水地双源加热泵系统一种应用形式示意图
附图3水地双源加热泵系统一种别墅类应用形式示意图
附图标记：1.抽水井；2.回灌水井；3.地埋管钻孔；4.出水管；5.回灌水管；6.季节性蓄能设备；7.冷热源主机设备及末端系统；8.井壁管；9.地埋管换热器；10.水泵。

Claims (10)

1.水地双源加热泵系统，包括地下能量获取系统、和冷热源主机设备及末端系统(7)，地下能量获取系统指地下水井、地埋管换热器、检查井以及地下管路阀门等的全部或部分所组成的地源热泵系统中埋在地下的内容，冷热源主机设备及末端系统(7)指地源热泵主机、换热器、地源侧水泵、末端水泵、末端、其它设备、附件以及管路等的全部或者部分组成；其特征在于：地下能量获取系统至少包含地下水抽水井(1)，并且包含地下水回灌水井(2)和地埋管钻孔(3)的至少一种，地下水回灌井采用回灌水井(2)和地埋管钻孔(3)的至少一种，地下水的抽水井(1)和回灌井采用大小井组合的形式，回灌井的全部或者部分采用相对于抽水井来说是小井径的水井或钻孔形式，抽水井(1)井径与小口径回灌井井径的比值在1.2～50范围内，抽水井(1)井径的优先选择范围是300mm～1200mm，回灌井井径的优先选择范围是50～300mm，并且回灌井数量与抽水井(1)数量的比值在1～1000范围内；对于抽灌水量大、回灌有难度或者希望强化回灌等情况下，回灌井数量与抽水井(1)数量的比值选择在6～50范围内，回灌井布置原则是优先环绕布置在抽水井(1)的不同方向，并尽可能紧邻每口抽水井(1)全方位有均匀且距离接近的回灌井布置；地下水回灌井钻孔内可设置井壁管(8)、地下水回灌水管(5)以及地埋管换热器(9)的至少一种。
2.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下冷热量需求不平衡或者需要人为调控地下温度场时，在地下水的出水管(4)和回灌水管(5)之间连接季节性蓄能设备(6)，过度季节、反季节开启运行向地下蓄存冷热量；季节性蓄能设备(6)是中央空调中常用的冷却塔、表冷器与风机的组合体、喷淋室与风机的组合体、喷淋式空气换热器和太阳能集热器等的一种或者两种以上组合；冷却塔包括开式冷却塔和闭式冷却塔，当地下水的出水管(4)和回灌水管(5)之间连接开式冷却塔或者喷淋水换热时通过换热器间接连接；对于地下冷热不平衡严重的项目或者只供热、只供冷的地区，采用根据末端冷热负荷需求计算出的地下水抽灌井数量的基础上，增多适当倍数的地下水抽灌井数量的方法，反季节乃至过渡季节蓄能时同时启用，来满足短时间内能够向地下蓄存足够的热量或者冷量，满足地下温度常年平衡或向有利方向调控。
3.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2)的一种典型做法是井壁管(8)和地下水回灌水管(5)采用PP、PE、PB、UPVC、其它高分子材料或者金属材料。
4.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2)的一种典型做法是顶部带密封盖，平时封盖可保证地下水带压回灌，从抽水井(1)接来的回灌水管(5)直接与回灌水井(2)井壁管(8)连接或者回灌水管插入回灌水井(2)井壁管(8)内，水平铺设的回灌水管(5)设置坡度，在回灌水管(5)的最高点设置排气管或者自动排气阀。
5.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于回灌水井(2)的一种典型用法是井壁管(8)内设置地埋管换热器(9)，地埋管换热器(9)可以是U型管换热器、套管换热器或者其它形式的换热器，地埋管换热器(9)的材质可以是PE、导热改性的高分子材料、其它高分子材料或者铜等金属材料；在这种回灌水井(2)做法的情况下，地埋管换热器(9)与水井抽灌的地下水管路分别走不同的管路系统、连接不同的冷热源主机设备，地下水可以不连接冷热源主机直接回灌入回灌水井(2)。
6.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下水采用地埋管钻孔(3)回灌时，地埋管钻孔(3)与土壤源热泵的地埋管换热器(9)钻孔一样，直径通常在100～200mm范围，差别是钻孔内设置地下水回灌水管(5)，地埋管换热器(9)与地下水抽灌管路分别走不同的管路系统、连接不同的冷热源主机设备；地埋管钻孔(3)内的地埋管换热器(9)可以设置也可以不设置，当不设置时地埋管钻孔(3)仅仅起到埋设地下水回灌水管(5)回灌地下水的作用，当设置时也同土壤源热泵的地埋管换热器一样可以采用双U或者单U型PE管，为了保证钻孔内的地下水回灌水管(5)不影响地埋管换热器(9)换热，地下水回灌水管(5)可以采用导热系数小的水管或者做成保温绝热水管，并在回灌的含水层内采用滤水管段向地下回灌；滤水管段外充填砂砾等渗透性好的材料。
7.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于抽水井(1)可以是普通水井、带密封顶盖的封闭水井、也可以是同井抽灌做法的水井，同井抽灌做法即井内下部抽出水通过本井上部回灌至地下，抽水井(1)内设置水泵(10)。
8.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于当地下水含有泥沙量较大时，地下水管路上可设置高过滤级别的泥沙过滤器，过滤网过滤级别达到粗效或者中效空气过滤器。
9.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于地下水回灌水井(2)的井壁管(8)管径在15～250mm范围内，优先选用在80～200mm范围；地埋管钻孔(3)内的地下水回灌水管(5)管径在15～125mm范围内。
10.根据权利要求1所述的水地双源加热泵系统，其特征还在于地下水从抽水井(1)抽出的水与回灌井回灌的水温差优先采用不大于5℃，地下水回灌的含水层与抽水的含水层相同；抽灌水井钻孔优先采用清水钻井；地下能量获取系统除了地下水抽灌水井之外还可以埋设管路系统相互独立的地埋管换热器及其钻孔。
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