CN111928320A - 一种增强蓄热型换热一体井 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型换热一体井结构，包括安装在岩土体内的井管、安装在井管上部的芯管、安装在井管上侧外部以及芯管内部的保温材料、安装在井管内的上下筛板以及填充在上下筛板之间的储热材料。由增强型换热一体井所构成的供热系统除了包含增强型换热一体井外，还包括循环水泵、热泵主机、板式换热器、太阳能集热器、风机盘管、地板采暖、暖气片和控制系统。本发明可以将蓄热技术、换热技术和供暖的规律有机地结合起来，充分发挥地热井的潜能，起到削峰填谷的作用，提高增强型换热一体井的能效，从而起到节约初期投资、降低用户的使用成本的作用。

Description

一种增强蓄热型换热一体井
技术领域
本发明涉及一体井，特别涉及一种增强蓄热换热一体井。
背景技术
在中深层地热供暖工程中，主要有两种技术。在地热水资源丰富的地区直接利用地热水供暖的方式；在地热水资源不丰富或是地热水资源缺乏的地区采用不取水换热技术。不取水换热技术采用的是套管换热的方式，外管壁用于换热，内外管之间的环形空间用于输送需加热的流体，内管用于输送经过加热的流体。整个过程是一个较为稳定的换热过程。不取水换热技术用于民用建筑供暖时，民用建筑的供暖需求往往随着室外温度的变化而发生变化，譬如白天气温高，热需求比较小；夜晚温度低，热需求比较大；在供暖的初、末期室外气温高，热需求比较小；在严寒期室外气温低，热需求比较大。因此，存在不取水换热井的能量供给和民用建筑供暖需求规律不尽吻合的情况。为了保证舒适的供暖效果，往往需要部署足够多的不取水换热井，使得投资过高、效益较差。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种起到填谷削峰作用的增强型热换热一体井。
本发明的一种增强蓄热型换热一体井，包括：
设置在岩土体内的井管，所述的井管上部分位于常温地层，下部分位于增温地层，在所述的井管上部分中间装有芯管，其中芯管的顶部出口作为井管的出口，在位于芯管和井管之间的腔室的顶部设置有井管的入口；
在芯管内壁上以及位于常温地层以上的井管外壁上分别覆盖有保温层，所述的芯管的底部固定在上筛板上，在所述的上筛板下方的井管内安装有下筛板，所述的上筛板和下筛板的外边缘分别固定在井管的内壁上，在所述的上筛板和下筛板之间填充有固体蓄热材料，在所述的固体蓄热材料中沿竖直方向开有多个换热通道，每一个所述的换热通道的顶部开口与上筛板上的筛孔连通且每一个所述的换热通道的底部开口与下筛板上的筛孔连通，在固体蓄热材料上上下间隔安装有多个蓄热温度传感器以测量固体蓄热材料的温度；
热泵主机，该热泵主机的蒸发器入口与井管的出口通过安装有第一阀门的第一供热管路连通，所述的热泵主机的冷凝器的出口通过第二供热管路分别与用户设备入水口相连，所述的用户设备出水口分别通过安装有第二水泵的第一回水管路与热泵主机的冷凝器入口连通，所述的热泵主机的蒸发器出口通过安装有第一水泵、第二阀门的第二回水管路与井管的入口连通；
板式换热器，该板式换热器的第一流体管路的进口与第一总管的出口连通，所述的第一总管的进口通过安装有第四阀门的第一支管与井管的出口连通并且通过安装有第六阀门的第二支管与位于第二水泵和热泵主机的冷凝器入口之间的第一回水管路连通；所述的板式换热器的第一流体管路的出口与第二总管的进口连通，所述的第二总管的出口通过安装有第三阀门和第四水泵的第三支管与井管的入口连通并且通过安装有第五阀门的第四支管与第二供热管路连通，所述的板式换热器的第二流体管路的出口通过循环管路依次连接太阳能集热器、第三水泵以及板式换热器的第二流体管路的进口，在所述的太阳能集热器上安装有集热器温度传感器；
控制器，所述的控制器通过控制线与多个蓄热温度传感器、集热器温度传感器、第三水泵和第四水泵相连。
本发明的有益效果是：
本发明可以将蓄热技术、换热技术和供暖的规律有机的结合起来，充分发挥地热井的潜能，起到削峰填谷的作用，提高增强型换热一体井的能效，从而起到节省初期投资、降低用户的使用成本的作用。
附图说明
图1为本发明的一种增强蓄热换热一体井的结构示意图；
图2为图1所示的一体井的h-h方向剖面图；
图3为图1所示的一种增强蓄热型换热一体井系统流程图。
具体实施方式
以下参照附图并通过具体实施例对本发明作进一步的说明：
如附图所示，本发明的一种增强蓄热型换热一体井，包括：
设置在岩土体1内的井管2，所述的井管2上部分位于常温地层，下部分位于增温地层，如图所示的虚线的上部分为常温地层，虚线的下部分为增温地层，也是增强型换热一体井的取热段。常温地层通常位于地下0～30米，其又可分为变温带(0-20米)和恒温带(20～30米)，增温地层通常位于地下30米以下深度，每下降100m，地层温度提高3摄氏度左右，地热异常区可提高4～10摄氏度，通过地层测温方法可以测得常温地层和增温地层。在井管2的上部分中间装有芯管。其中芯管的顶部出口作为井管2的出口b，在位于芯管和井管2之间的腔室的顶部设置有井管2的入口a。
在芯管内壁上以及位于常温地层以上的井管外壁上分别覆盖有保温层3，所述的保温层3可以采用聚氨酯发泡材料，所述的芯管的底部固定在上筛板上，在所述的上筛板下方的井管2内安装有下筛板，所述的上筛板和下筛板的外边缘分别固定在井管2的内壁上，在所述的上筛板和下筛板之间填充有固体蓄热材料4，在所述的固体蓄热材料4中沿竖直方向开有多个换热通道5，每一个所述的换热通道5的顶部开口与上筛板上的筛孔连通且每一个所述的换热通道5的底部开口与下筛板上的筛孔连通。在固体蓄热材料4上上下间隔安装有多个蓄热温度传感器6-1以测量固体蓄热材料4的温度。
热泵主机11，该热泵主机11的蒸发器入口与井管2的出口b通过安装有第一阀门7-1的第一供热管路连通，所述的热泵主机11的冷凝器的出口通过第二供热管路分别与用户设备入水口(如图可以包括风机盘管用户12入水口、暖气片用户13入水口和地暖用户14入水口)相连，所述的用户设备出水口(风机盘管用户12出水口、暖气片用户13出水口和地暖用户14出水口)分别通过安装有第二水泵8-2的第一回水管路与热泵主机11的冷凝器入口连通，所述的热泵主机11的蒸发器出口通过安装有第一水泵8-1、第二阀门7-2的第二回水管路与井管2的入口a连通。
板式换热器9，该板式换热器9的第一流体管路的进口91与第一总管的出口连通，所述的第一总管的进口通过安装有第四阀门7-4的第一支管与井管2的出口b连通并且通过安装有第六阀门7-6的第二支管与位于第二水泵8-2和热泵主机11的冷凝器入口之间的第一回水管路连通；所述的板式换热器9的第一流体管路的出口92与第二总管的进口连通，所述的第二总管的出口通过安装有第三阀门7-3和第四水泵8-4的第三支管与井管2的入口a连通并且通过安装有第五阀门7-5的第四支管与第二供热管路连通。所述的板式换热器9的第二流体管路的出口93通过循环管路依次连接太阳能集热器10、第三水泵8-3以及板式换热器9的第二流体管路的进口94。在所述的太阳能集热器10上安装有集热器温度传感器6-2。
控制器，所述的控制器通过控制线与多个蓄热温度传感器、集热器温度传感器、第三水泵8-3和第四水泵8-4相连。
具体的换热流程：
冬季采暖时，第四阀门7-4、第三阀门7-3和第四水泵8-4关闭，其他均开启。换热循环水进入增强型换热一体井与岩土体进行换热，回水通过井管的入口a进入到固体蓄热材料4中的换热通道5，回水被固体蓄热材料4加热后通过出口b送至用户。固体蓄热材料4温度降低后通过换热通道的井壁以及换热介质吸收周边取热段高温岩石的热量。当热需求较小时，固体蓄热材料4在供热的同时储存热量，当热需求较大时，固体蓄热材料提供热量。
换热循环水被岩土体加热后进入热泵主机11的蒸发器中，温度降低后的换热循环水通过第一水泵8-1进入到井管进行换热；采暖回水经过第二水泵8-2分别泵送到热泵主机11冷凝器和板式换热器9中被加热后分别被送入采暖用户的采暖末端(风机盘管用户12、暖气片用户13和地板采暖用户14)；太阳能侧循环水回水被第三水泵8-3泵送至换热器9中，温度降低后进入到太阳能集热器10中进行加热。
非采暖季时，第四水泵8-4、第三水泵8-3、板式换热器9、太阳能集热器10、第三阀门7-3和第四阀门7-4开启，其他设备均关闭。多个蓄热温度传感器、集热器温度传感器将检测到的固体蓄热材料4的温度以及太阳能集热器10的温度传递给控制器，控制器根据固体蓄热材料4的温度和太阳能集热器10的温度的高低启动或停止第四水泵8-4和第三水泵8-3。如当太阳能集热器10的温度高于固体蓄热材料4的温度时，第四水泵8-4和第三水泵8-3启动运行，开启蓄热功能；反之，当太阳能集热器10的温度低于固体蓄热材料4的温度时，第四水泵8-4和第三水泵8-3停止运行，关闭太阳能蓄热功能。换热循环水通过第四阀门7-4进入板式换热器9中，温度升高后经过第三阀门7-3和第四水泵8-4进入到井管中，分别加热岩土体1和固体蓄热材料4，实现蓄热功能。

Claims (1)

1.一种增强蓄热型换热一体井，其特征在于包括：
设置在岩土体内的井管，所述的井管上部分位于常温地层，下部分位于增温地层，在所述的井管的上部分中间装有芯管，其中芯管的顶部出口作为井管的出口，在位于芯管和井管之间的腔室的顶部设置有井管的入口；
在芯管内壁上以及位于常温地层以上的井管外壁上分别覆盖有保温层，所述的芯管的底部固定在上筛板上，在所述的上筛板下方的井管内安装有下筛板，所述的上筛板和下筛板的外边缘分别固定在井管的内壁上，在所述的上筛板和下筛板之间填充有固体蓄热材料，在所述的固体蓄热材料中沿竖直方向开有多个换热通道，每一个所述的换热通道的顶部开口与上筛板上的筛孔连通且每一个所述的换热通道的底部开口与下筛板上的筛孔连通，在固体蓄热材料上上下间隔安装有多个蓄热温度传感器以测量固体蓄热材料的温度；
热泵主机，该热泵主机的蒸发器入口与井管的出口通过安装有第一阀门的第一供热管路连通，所述的热泵主机的冷凝器的出口通过第二供热管路分别与用户设备入水口相连，所述的用户设备出水口分别通过安装有第二水泵的第一回水管路与热泵主机的冷凝器入口连通，所述的热泵主机的蒸发器出口通过安装有第一水泵、第二阀门的第二回水管路与井管的入口连通；
板式换热器，该板式换热器的第一流体管路的进口与第一总管的出口连通，所述的第一总管的进口通过安装有第四阀门的第一支管与井管的出口连通并且通过安装有第六阀门的第二支管与位于第二水泵和热泵主机的冷凝器入口之间的第一回水管路连通；所述的板式换热器的第一流体管路的出口与第二总管的进口连通，所述的第二总管的出口通过安装有第三阀门和第四水泵的第三支管与井管的入口连通并且通过安装有第五阀门的第四支管与第二供热管路连通，所述的板式换热器的第二流体管路的出口通过循环管路依次连接太阳能集热器、第三水泵以及板式换热器的第二流体管路的进口，在所述的太阳能集热器上安装有集热器温度传感器；
控制器，所述的控制器通过控制线与多个蓄热温度传感器、集热器温度传感器、第三水泵和第四水泵相连。
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