CN112050488A - 一种基于地下连续墙的地热利用系统及其利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于地下连续墙的地热利用系统，包括第一地下连续墙、第二地下连续墙和地下水层，第一地下连续墙上设有进水管和第一出水管；第二地下连续墙上设有第二出水管和第三出水管；地下水层通过进水管与高压水泵连通，高压水泵的出水端依次连接第一电动分流式阀门、第一高压热能转换机、第二电动分流式阀门、第二高压热能转换机和第三出水管；第一电动分流式阀门的另一出水端通过第一栅式换热器连接第一出水管，第二电动分流式阀门的另一出水端通过第二栅式换热器连接第二出水管。本发明还提供一种基于地下连续墙的地热利用系统的利用方法。本发明具有能量大、易利用等优点，合理的利用地热资源能给经济、环境带来益处。
Description
技术领域
本发明涉及地热利用技术领域，尤其涉及一种基于地下连续墙的地热利用系统及其利用方法。
背景技术
随着基坑工程的发展，越来越多的基坑偏向于深、大且地质较差的地区发展，其大多数基坑围护结构都采用钢筋混凝土地下连续墙。地下连续墙作为基坑的围护结构，其主要优点为整体性好、刚度大、抗渗性好等优点。在一些深大基坑其地下连续墙围护结构插入土体深度深、截面面积大、造价高，而仅仅作为地下永久围护结构其利用率较低。而地热能作为一种新型可再生能源，主要存储在浅层地表以下且分布范围广、能量大，如果合理的将其开发利用，其经济效益远高于煤炭、石油及其他不可再生能源，同时对环境的影响也会更小。将地下连续墙与地热能进行合理的结合，既能解决地下连续墙利用率低的问题，也能更好的保护环境。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种具有围护和地热利用双重功能的基于地下连续墙的地热利用系统及其利用方法。
本发明的第一个方面提供一种基于地下连续墙的地热利用系统，包括两幅相邻的第一地下连续墙和第二地下连续墙，第一地下连续墙和第二地下连续墙的底部设有地下水层；第一地下连续墙上设有竖直贯穿第一地下连续墙的进水管；第二地下连续墙上设有竖直贯穿第二地下连续墙的第三出水管；
所述地下水层通过进水管与高压水泵的进水端连通，高压水泵位于第一地下连续墙的上方，高压水泵的出水端通过第一连接管与第一电动分流式阀门的进水端连接；第一电动分流式阀门具有两个出水端，第一电动分流式阀门的两个出水端分别与第二连接管和第四连接管连接，第四连接管位于第一地下连续墙的后侧；第四连接管为U形弯管，第四连接管的两个管口沿竖直方向上下布置；第四连接管上设有第一栅式换热器，第四连接管的外表面包覆有第一保温层；第四连接管的出水端伸入第一地下连续墙内与第一出水管的进水端连接，第一出水管埋设在第一地下连续墙内，且第一出水管的出水端与地下水层连通；
所述第二连接管为异径管，第二连接管的出水端与第一高压热能转换机的进水端连接，第一高压热能转换机的出水端通过管路与第二电动分流式阀门的进水端连接，第二电动分流式阀门具有两个出水端，第二电动分流式阀门的两个出水端分别与第三连接管和第五连接管连接，第五连接管位于第二地下连续墙的后侧；第五连接管为U形弯管，第五连接管的两个管口沿竖直方向上下布置；第五连接管上设有第二栅式换热器，第五连接管的外表面包覆有第二保温层；第五连接管的出水端伸入第二地下连续墙内与第二出水管的进水端连接，第二出水管埋设在第二地下连续墙内，且第二出水管的出水端与地下水层连通；
所述第三连接管的出水端与第二高压热能转换的进水端连接，第二高压热能转换机的出水端与第三出水管连接，第三出水管的出水端与地下水层连通；
所述进水管上还设有第一温度传感器，第一温度传感器位于进水管靠近地下水层的一端；第一连接管上设有第一流量传感器；所述第一高压热能转换机与第二电动分流式阀门之间的管路上设有第二温度传感器；所述第一出水管上设有第二流量传感器，第二出水管上设有第三流量传感器，第三出水管上设有第四流量传感器；
所述第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器、第四流量传感器、第一电动分流式阀门、第二电动分流式阀门、第一高压热能转换机、第二高压热能转换机和高压水泵分别与集成控制器电连接；集成控制器根据采集到的水温及流量信息，控制第一电动分流式阀门、第二电动分流式阀门、第一高压热能转换机、第二高压热能转换机和高压水泵的动作。
进一步，所述第二连接管的直径自靠近第一电动分流式阀门的一端至远离第一电动分流式阀门的一端逐渐减小，使得第二连接管出水端的水流压力大于第二连接管进水端的水流压力。
进一步，所述第一地下连续墙上设有两个分别用于安装进水管和第一出水管的第一预留孔洞，第二地下连续墙上设有两个分别用于安装第二出水管和第三出水管的第二预留孔洞。
本发明的第二个方面提供一种基于地下连续墙的地热利用系统的利用方法，包括以下步骤：
步骤1，第一温度传感器将地下水层中水的温度数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用温度相比较，若低于预先设定的最低利用温度，则其所蕴含的能量较低使得利用的成本较高经济性较差，不启动地热利用系统；反之，则执行步骤2；
步骤2，集成控制器将命令传输至高压水泵，启动高压水泵开始抽水；当水流过第一流量传感器时，第一流量传感器测量流过水的流量并将数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用流量相比较，若低于预先设定的最低利用流量，则集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门，第一电动分流式阀门打开通向第四连接管方向的出口、关闭通向第二连接管方向的出口，水流进入第一栅式换热器进行热交换动，完成后由第一出水管流出；反之，则执行步骤3；
步骤3，集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门和第一高压热能转换机，第一电动分流式阀门打开通向第二连接管方向的出口、关闭通向第四连接管方向的出口；第一高压热能转换机开启，水流过第二连接管进行二次加压进入到第一高压热能转换机进行发电，水流经过第一高压热能转换机利用后，经过第二温度传感器，经由第二温度传感器将温度数据传送至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低二次利用温度相比较，若低于最低二次利用温度，则开启第二电动分流式阀门通向第五连接管方向的出口、关闭通向第三连接管方向的出口，水流进入第二栅式换热器进行热交换动作，完成后由第二出水管流出；反之，则执行步骤4；
步骤4，集成控制器控制将命令传输至第二电动分流式阀门和第二高压热能转换机，第二电动分流式阀门开启通向第三连接管方向的出口、关闭通向第二出水管方向的出口；开启第二高压热能转换机进行二次发电利用，二次利用温度小于首次利用温度，通常地下热水经过两次利用后温度大大降低所蕴含能量的较少无需进行三次及以上利用，水流经第二高压热能转换机利用后，经过第三出水管流向地下水层；
步骤5，第二流量传感器、第三流量传感器和第四流量传感器将其记录的数据传输至集成控制器，并由集成控制器计算热能和发电利用率。
本发明的有益效果是：
(1)作为一种基于地下连续墙的地热利用系统，通过在地下连续墙内部增设管道设置一些装置，使得地下连续墙作为基坑围护结构并不影响其强度、刚度、渗水性等其它一些重要的特性。
(2)作为一种基于地下连续墙的地热利用系统，其部分管道设置在地连墙内部，施工时方便且不会占据其他空间，使得空间利用最大化。
(3)地下连续墙是目前造价最高的基坑围护结构，同时作为永久的围护结构在不影响其一些重要特性的前提下加以合理的利用，能使得地下连续墙获得最大的经济性。
(4)地热资源作为一种新型可再生能源，地热资源具有范围广、能量大、易利用等优点，合理的利用地热资源能给经济、环境带来巨大益处。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的侧视图。
图4是第一栅式换热片的正视图。
图5是本发明的简易水流路径示意图。
图6是本发明的逻辑控制原理图。
附图标记说明：1a、第一地下连续墙；1b、第二地下连续墙；2、地下水层；3、进水管；4、第一出水管；5、第二出水管；6、第三出水管；7、第一连接管；8、第二连接管；9、第三连接管；10、高压水泵；11、第一电动分流式阀门；12、第二电动分流式阀门；13、第一高压热能转换机；14、第二高压热能转换机；15、第一温度传感器；16、第二温度传感器；17、第一流量传感器；18、第二流量传感器；19、第三流量传感器；20、第四流量传感器；21、第四连接管、22、第五连接管；23、第一栅式换热器；24、第二栅式换热器；25a、第一保温层；25b、第二保温层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，一种基于地下连续墙的地热利用系统，包括两幅相邻的第一地下连续墙1a和第二地下连续墙1b，第一地下连续墙1a和第二地下连续墙1b的底部设有地下水层；所述第一地下连续墙1a上设有两个12公分的第一预留孔洞，第二地下连续墙1b上设有两个12公分的第二预留孔洞；两个第一预留孔洞内分别安装有进水管3和第一出水管4；两个第二预留孔洞内分别安装有第二出水管5和第三出水管6；
所述地下水层2通过进水管3与高压水泵10的进水端连通，高压水泵10位于第一地下连续墙1a的上方，高压水泵10的出水端通过第一连接管7与第一电动分流式阀门11的进水端连接；第一电动分流式阀门11具有两个出水端，第一电动分流式阀门11的两个出水端分别与第二连接管8和第四连接管21连接，第四连接管21位于第一地下连续墙1a的后侧；第四连接管21为U形弯管，第四连接管21的两个管口沿竖直方向上下布置；第四连接管21上设有第一栅式换热器23，第四连接管21的外表面包覆有第一保温层25a；第四连接管21的出水端伸入第一地下连续墙1a内与第一出水管4的进水端连接，第一出水管4埋设在第一地下连续墙1a内，且第一出水管4的出水端与地下水层2连通；
所述第二连接管8为异径管，其靠近第一电动分流式阀门侧直径较大，约为12公分，靠近第一高压热能转换机侧直较小，约为8公分，且直径变化为线性渐变，第二连接管的管径逐渐变小起到一个简易增压的作用；第二连接管8的出水端与第一高压热能转换机13的进水端连接，第一高压热能转换机13的出水端通过管路与第二电动分流式阀门12的进水端连接，第二电动分流式阀门12具有两个出水端，第二电动分流式阀门12的两个出水端分别与第三连接管9和第五连接管22连接，第五连接管22位于第二地下连续墙1b的后侧；第五连接管22为U形弯管，第五连接管22的两个管口沿竖直方向上下布置；第五连接管22上设有第二栅式换热器24，第五连接管22的外表面包覆有第二保温层25b；第五连接管22的出水端伸入第二地下连续墙1b内与第二出水管5的进水端连接，第二出水管5埋设在第二地下连续墙1b内，且第二出水管5的出水端与地下水层2连通；
所述第三连接管9的出水端与第二高压热能转换机14的进水端连接，第二高压热能转换机14的出水端与第三出水管6连接，第三出水管6的出水端与地下水层2连通；
所述进水管3上还设有第一温度传感器15，第一温度传感器15位于进水管3靠近地下水层的一端；第一连接管7上设有第一流量传感器17；所述第一高压热能转换机13与第二电动分流式阀门12之间的管路上设有第二温度传感器16；所述第一出水管4上设有第二流量传感器18，第二出水管5上设有第三流量传感器19，第三出水管6上设有第四流量传感器20；
所述第一温度传感器15、第二温度传感器16、第一流量传感器17、第二流量传感器18、第三流量传感器19、第四流量传感器20、第一电动分流式阀门11、第二电动分流式阀门12、第一高压热能转换机13、第二高压热能转换机14和高压水泵10分别与集成控制器电连接；集成控制器根据采集到的水温及流量信息，控制第一电动分流式阀门11、第二电动分流式阀门12、第一高压热能转换机13、第二高压热能转换机14和高压水泵10的动作。
一种基于地下连续墙的地热利用系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，第一温度传感器将地下水层中水的温度数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用温度相比较，若低于预先设定的最低利用温度，则其所蕴含的能量较低使得利用的成本较高经济性较差，不启动地热利用系统；反之，则执行步骤2；
步骤2，集成控制器将命令传输至高压水泵，启动高压水泵开始抽水；当水流过第一流量传感器时，第一流量传感器测量流过水的流量并将数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用流量相比较，若低于预先设定的最低利用流量，则集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门，第一电动分流式阀门打开通向第四连接管方向的出口、关闭通向第二连接管方向的出口，水流进入第一栅式换热器进行热交换动，完成后由第一出水管流出；反之，则执行步骤3；
步骤3，集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门和第一高压热能转换机，第一电动分流式阀门打开通向第二连接管方向的出口、关闭通向第四连接管方向的出口；第一高压热能转换机开启，水流过第二连接管进行二次加压进入到第一高压热能转换机进行发电，水流经过第一高压热能转换机利用后，经过第二温度传感器，经由第二温度传感器将温度数据传送至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低二次利用温度相比较，若低于最低二次利用温度，则开启第二电动分流式阀门通向第五连接管方向的出口、关闭通向第三连接管方向的出口，水流进入第二栅式换热器进行热交换动作，完成后由第二出水管流出；反之，则执行步骤4；
步骤4，集成控制器控制将命令传输至第二电动分流式阀门和第二高压热能转换机，第二电动分流式阀门开启通向第三连接管方向的出口、关闭通向第二出水管方向的出口；开启第二高压热能转换机进行二次发电利用，二次利用温度小于首次利用温度，通常地下热水经过两次利用后温度大大降低所蕴含能量的较少无需进行三次及以上利用，水流经第二高压热能转换机利用后，经过第三出水管流向地下水层；
步骤5，第二流量传感器、第三流量传感器和第四流量传感器将其记录的数据传输至集成控制器，并由集成控制器计算热能和发电利用率。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (4)
1.一种基于地下连续墙的地热利用系统，包括两幅相邻的第一地下连续墙(1a)和第二地下连续墙(1b)，第一地下连续墙(1a)和第二地下连续墙(1b)的底部设有地下水层(2)；其特征在于：第一地下连续墙(1a)上设有竖直贯穿第一地下连续墙(1a)的进水管(3)；第二地下连续墙(1b)上设有竖直贯穿第二地下连续墙(1b)的第三出水管(6)；
所述地下水层(2)通过进水管(3)与高压水泵(10)的进水端连通，高压水泵(10)位于第一地下连续墙(1a)的上方，高压水泵(10)的出水端通过第一连接管(7)与第一电动分流式阀门(11)的进水端连接；第一电动分流式阀门(11)具有两个出水端，第一电动分流式阀门(11)的两个出水端分别与第二连接管(8)和第四连接管(21)连接，第四连接管(21)位于第一地下连续墙(1a)的后侧；第四连接管(21)为U形弯管，第四连接管(21)的两个管口沿竖直方向上下布置；第四连接管(21)上设有第一栅式换热器(23)，第四连接管(21)的外表面包覆有第一保温层(25a)；第四连接管(21)的出水端伸入第一地下连续墙(1a)内与第一出水管(4)的进水端连接，第一出水管(4)埋设在第一地下连续墙(1a)内，且第一出水管(4)的出水端与地下水层(2)连通；
所述第二连接管(8)为异径管，第二连接管(8)的出水端与第一高压热能转换机(13)的进水端连接，第一高压热能转换机(13)的出水端通过管路与第二电动分流式阀门(12)的进水端连接，第二电动分流式阀门(12)具有两个出水端，第二电动分流式阀门(12)的两个出水端分别与第三连接管(9)和第五连接管(22)连接，第五连接管(22)位于第二地下连续墙(1b)的后侧；第五连接管(22)为U形弯管，第五连接管(22)的两个管口沿竖直方向上下布置；第五连接管(22)上设有第二栅式换热器(24)，第五连接管(22)的外表面包覆有第二保温层(25b)；第五连接管(22)的出水端伸入第二地下连续墙(1b)内与第二出水管(5)的进水端连接，第二出水管(5)埋设在第二地下连续墙(1b)内，且第二出水管(5)的出水端与地下水层(2)连通；
所述第三连接管(9)的出水端与第二高压热能转换机(14)的进水端连接，第二高压热能转换机(14)的出水端与第三出水管(6)连接，第三出水管(6)的出水端与地下水层(2)连通；
所述进水管(3)上还设有第一温度传感器(15)，第一温度传感器(15)位于进水管(3)靠近地下水层的一端；第一连接管(7)上设有第一流量传感器(17)；所述第一高压热能转换机(13)与第二电动分流式阀门(12)之间的管路上设有第二温度传感器(16)；所述第一出水管(4)上设有第二流量传感器(18)，第二出水管(5)上设有第三流量传感器(19)，第三出水管(6)上设有第四流量传感器(20)；
所述第一温度传感器(15)、第二温度传感器(16)、第一流量传感器(17)、第二流量传感器(18)、第三流量传感器(19)、第四流量传感器(20)、第一电动分流式阀门(11)、第二电动分流式阀门(12)、第一高压热能转换机(13)、第二高压热能转换机(14)和高压水泵(10)分别与集成控制器电连接；集成控制器根据采集到的水温及流量信息，控制第一电动分流式阀门(11)、第二电动分流式阀门(12)、第一高压热能转换机(13)、第二高压热能转换机(14)和高压水泵(10)的动作。
2.如权利要求1所述的一种基于地下连续墙的地热利用系统，其特征在于：所述第二连接管(8)的直径自靠近第一电动分流式阀门(11)的一端至远离第一电动分流式阀门(11)的一端逐渐减小，使得第二连接管(8)出水端的水流压力大于第二连接管(8)进水端的水流压力。
3.如权利要求1所述的一种基于地下连续墙的地热利用系统，其特征在于：所述第一地下连续墙(1a)上设有两个分别用于安装进水管(3)和第一出水管(4)的第一预留孔洞，第二地下连续墙(1b)上设有两个分别用于安装第二出水管(5)和第三出水管(6)的第二预留孔洞。
4.一种如权利要求1-3所述的任一项基于地下连续墙的地热利用系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，第一温度传感器将地下水层中水的温度数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用温度相比较，若低于预先设定的最低利用温度，则其所蕴含的能量较低使得利用的成本较高经济性较差，不启动地热利用系统；反之，则执行步骤2；
步骤2，集成控制器将命令传输至高压水泵，启动高压水泵开始抽水；当水流过第一流量传感器时，第一流量传感器测量流过水的流量并将数据传输至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低利用流量相比较，若低于预先设定的最低利用流量，则集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门，第一电动分流式阀门打开通向第四连接管方向的出口、关闭通向第二连接管方向的出口，水流进入第一栅式换热器进行热交换动，完成后由第一出水管流出；反之，则执行步骤3；
步骤3，集成控制器将命令传输至第一电动分流式阀门和第一高压热能转换机，第一电动分流式阀门打开通向第二连接管方向的出口、关闭通向第四连接管方向的出口；第一高压热能转换机开启，水流过第二连接管进行二次加压进入到第一高压热能转换机进行发电，水流经过第一高压热能转换机利用后，经过第二温度传感器，经由第二温度传感器将温度数据传送至集成控制器，集成控制器将其与预先设定的最低二次利用温度相比较，若低于最低二次利用温度，则开启第二电动分流式阀门通向第五连接管方向的出口、关闭通向第三连接管方向的出口，水流进入第二栅式换热器进行热交换动作，完成后由第二出水管流出；反之，则执行步骤4；
步骤4，集成控制器控制将命令传输至第二电动分流式阀门和第二高压热能转换机，第二电动分流式阀门开启通向第三连接管方向的出口、关闭通向第二出水管方向的出口；开启第二高压热能转换机进行二次发电利用，二次利用温度小于首次利用温度，通常地下热水经过两次利用后温度大大降低所蕴含能量的较少无需进行三次及以上利用，水流经第二高压热能转换机利用后，经过第三出水管流向地下水层；
步骤5，第二流量传感器、第三流量传感器和第四流量传感器将其记录的数据传输至集成控制器，并由集成控制器计算热能和发电利用率。
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| CN202010898413.1A Active CN112050488B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种基于地下连续墙的地热利用系统及其利用方法 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801775B1 (ko) * | 2016-08-18 | 2017-11-29 | 주식회사 지지케이 | 지중 열교환 시스템 및 그 제어 방법 |
| CN109028623A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-18 | 王洁 | 一种浅层地热能地下埋管系统结构及使用方法 |
| CN109406571A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-01 | 陕西省煤田地质集团有限公司 | 一种中深层地热井原位闭式水循环换热强度测试仪 |
| CN110359334A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-10-22 | 苏交科集团股份有限公司 | 隧道路面的融冰系统 |
| CN212902073U (zh) * | 2020-08-31 | 2021-04-06 | 浙江工业大学 | 一种基于地下连续墙的地热利用系统 |
-
2020
- 2020-08-31 CN CN202010898413.1A patent/CN112050488B/zh active Active
Patent Citations (5)
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