CN111237847A - 地热供热系统及方法 - Google Patents

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夏君君
彭涛
韩东
司泽田
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Jiangsu Leke Energy Saving Technology Co ltd
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Jiangsu Leke Energy Saving Technology Co ltd
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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

本发明公开了一种地热供热系统及方法。该系统包括热管、蒸汽压缩机、换热器等设备，利用深埋于地下50m以下的热管结构，在要求的压力环境下，通过吸收深层地热能使热管中工质液态水蒸发，所得水蒸气进入蒸汽压缩机增温增压之后，再经过换热器直接释放潜热进行冷凝，从而实现向用户端供热的目标，而冷凝所产的饱和液态水再返回至热管进行循环利用。该发明最大限度的回收利用了免费的地热资源，具有蒸汽损失少、换热效率高、制热性能好、运行成本低、操作工序简单等优点，适用于生活、工业供热和制冷等领域。

Description

地热供热系统及方法
技术领域
本发明涉及一种地热供热系统及方法，属于节能技术领域。
背景技术
我国北方地区冬季气候严寒，供热是居民的基本生活需求，供热能耗占整个建筑能耗的比例较高。目前，我国的供热方式趋向多样化，主要可分为两种类型，一种以电为主要热源，包括各种直接电加热方式；另一种是以燃煤、燃气为主要热源，包括大型锅炉集中供暖、小型模块化单体建筑局部供暖等。然而，普遍存在能耗高、室内热舒适度差以及对环境污染严重等问题。因此，我国建筑的供热方式亟需改变。地热能是一种非常丰富、可广泛获取的可再生能源，利用地热能高效低成本地满足建筑的采暖用能需求，对于解决我国能源问题、实现节能减排具有重要的价值和意义。
目前，我国北方地区一般通过热泵技术利用地热能进行制热，地源热泵技术属于可再生能源利用技术，旨在利用热泵将地热能收集用以制热，节能环保，备受各行业人士关注。申请号为201822137488.9的实用新型专利公开了一种节能地源热泵，包括地源热泵本体、集水管、沉淀池和储水池，该专利可以实现地热能的收集利用。申请号为201910601387.9的发明专利公开了一种利用相变储能的地源热泵换热装置，该装置包括供水管、回水管和多个换热单元，主要通过在水平盘管式换热器上下铺设相变土工布和土工网格，从而一定程度上提升了土体和地埋换热管的热转换率。
目前，虽然地源热泵技术在我国已逐步取得应用，但由于其本身特性的限制，相关问题已逐渐凸显。首先，整体结构复杂，体积大，常规热管管程超长，蒸发段所产蒸汽在上升过程中将会遇到低温冷凝水，致使蒸汽温度降低或部分蒸汽直接冷凝，整个过程中蒸汽产量少、蒸汽能量损失较大；其次，热泵系统的蒸发、冷凝换热器均需要足够的传热温差，换热效率不高，从而降低了热泵系统的制热性能，制热系数(COP)较低。因此，如何减少地埋热管中蒸汽能量损失、提高地热供热效率将是研究地热能利用技术的难点。
发明内容
本发明提出一种能量损失少、制热性能高的地热供热系统及方法。
一种地热供热系统，其特征在于，包括：热管、蒸汽压缩机、换热器；热管包括蒸发段和绝热段，绝热段外敷绝热保温层；
其中热管的出口与蒸汽压缩机进口相连，蒸汽压缩机的出口与换热器热侧进口相连，同时蒸汽压缩机由电动机带动，换热器热侧出口与热管侧面进口相连，换热器冷侧与用户端相连。
一种上述的地热供热系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：热管蒸发段中的液态工质水在要求的压力环境下吸收深层地热能蒸发，再通过热管绝热段进入蒸汽压缩机进行压缩增温增压，提高焓值，使其蒸汽饱和温度增高5-30℃，高温位的二次蒸汽在换热器中向用户端释放蒸汽潜热供热，蒸汽经冷凝之后返回至热管中循环利用。
上述的地热供热系统，其特征在于：该系统还包括凝水罐、第一控制阀、真空泵、第二控制阀、第三控制阀；
其中凝水罐安装于换热器和热管之间，凝水罐顶端进口连接换热器热侧出口，凝水罐顶端出口经第一控制阀与真空泵相连，凝水罐底端出口经第三控制阀与热管侧面进口相连。
通过开启第一控制阀和真空泵将系统抽真空，使得热管蒸发段中的液态工质水在要求的负压环境下蒸发，再经压缩、冷凝之后通过凝水罐收集，然后再经第三控制阀返回热管，系统在整个运行过程中通过第二控制阀进行补水。
上述的地热供热系统，其特征在于：热管外径为0.1-0.5m，长度大于50m，减小地表温度的影响，使得热管能够获得更多的地热能。
本发明的优点和有益效果为：
由于返回热管的蒸汽冷凝水温高于热管蒸汽温度，从而有效减少了热管中的蒸汽冷凝损失，显著提高了蒸汽产量，提高了地热供热能力。另外，系统只需要一个换热器，二次蒸汽在换热器中直接冷凝，所要求的传热温差低，系统制热系数COP高。
附图说明
图1是本发明提出的一种地热供热系统。
图中标号名称：1热管，2热管蒸发段，3热管绝热段，4热管绝热保温层，5蒸汽压缩机，6电动机，7换热器，8用户端，9凝水罐，10第一控制阀，11真空泵，12第二控制阀，13第三控制阀。
具体实施方式
一种地热供热系统，包括热管1、蒸汽压缩机5、换热器7；热管1包括蒸发段2和绝热段3，绝热段3外设绝热保温层4；其中热管1的出口与蒸汽压缩机5进口相连，蒸汽压缩机5的出口与换热器7热侧进口相连，其中，蒸汽压缩机5由电动机6带动，换热器7热侧出口与热管1侧面进口相连，换热器7冷侧与用户端相连。
该系统还包括凝水罐9、第一控制阀10、真空泵11、第二控制阀12、第三控制阀13；其中凝水罐9安装于换热器7和热管1之间；凝水罐9顶端进口连接换热器7热侧出口，凝水罐9顶端出口经第一控制阀10与真空泵11相连，凝水罐9底端出口经第三控制阀13与热管1侧面进口相连。
下面参照图1说明该工艺的具体工作过程。
该装置的工作过程如下：热管蒸发段2中的液态工质水在要求的压力环境下吸收深层地热能蒸发，再通过热管绝热段3进入蒸汽压缩机5进行压缩增温增压，提高焓值，高温位的二次蒸汽在换热器7中向用户端8释放蒸汽潜热供热，蒸汽经冷凝之后返回热管1进行循环利用；另外，换热器7与热管1之间还设置有凝水罐9、第一控制阀10、真空泵11、第二控制阀12、第三控制阀13，通过开启第一控制阀10和真空泵11将系统抽真空，使得热管蒸发段2中的液态工质水在要求的负压环境下蒸发，再经压缩、冷凝之后通过凝水罐9收集，然后再经第三控制阀13返回热管1，系统在整个运行过程中通过第二控制阀12进行补水。

Claims (5)

1.一种地热供热系统，其特征在于，包括：热管(1)、蒸汽压缩机(5)、换热器(7)；所述热管(1)包括蒸发段(2)和绝热段(3)，所述绝热段(3)外设绝热保温层(4)；
所述热管(1)的出口与蒸汽压缩机(5)进口相连，蒸汽压缩机(5)的出口与换热器(7)热侧进口相连，其中，蒸汽压缩机(5)由电动机(6)带动，所述换热器(7)热侧出口与热管(1)侧面进口相连，换热器(7)的冷侧与用户端相连。
2.根据权利要求1所述的地热供热系统，其特征在于：该系统还包括凝水罐(9)、第一控制阀(10)、真空泵(11)、第二控制阀(12)、第三控制阀(13)；
所述凝水罐(9)安装于换热器(7)和热管(1)之间，凝水罐(9)顶端进口连接换热器(7)热侧出口，凝水罐(9)顶端出口经第一控制阀(10)与真空泵(11)相连，凝水罐(9)底端出口经第三控制阀(13)与热管(1)侧面进口相连。
3.根据权利要求1所述的地热供热系统，其特征在于：所述热管(1)外径为0.1-0.5m，长度大于50m。
4.一种如权利要求1所述的地热供热系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：热管蒸发段(2)中的液态工质水吸收深层地热能蒸发，再通过热管绝热段(3)进入蒸汽压缩机(5)进行压缩增温增压，提高焓值，高温位的二次蒸汽在换热器(7)中向用户端(8)释放蒸汽潜热供热，蒸汽经冷凝之后返回至热管(1)中循环利用。
5.根据权利要求4所述的地热供热系统的工作方法，其特征在于：
该系统还包括凝水罐(9)、第一控制阀(10)、真空泵(11)、第二控制阀(12)、第三控制阀(13)；其中凝水罐(9)安装于换热器(7)和热管(1)之间；凝水罐(9)顶端进口连接换热器(7)热侧出口，凝水罐(9)顶端出口经第一控制阀(10)与真空泵(11)相连，凝水罐(9)底端出口经第三控制阀(13)与热管(1)侧面进口相连；
通过开启第一控制阀(10)和真空泵(11)将系统抽真空，使得热管蒸发段(2)中的液态工质水在负压环境下蒸发，再经压缩、冷凝之后通过凝水罐(9)收集，然后再经第三控制阀(13)返回热管(1)，系统在整个运行过程中通过第二控制阀(12)进行补水。
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