CN113790540A - 一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统及控制方法，包括运行调控管路、地埋管组、土壤环境温度监测组、控制器，运行调控管路用于调控换热介质在地埋管组内的流动运行状态，运行调控管路包括水泵、流量传感器，地埋管组设置在土壤中，换热介质在地埋管组内的流动过程，实现换热介质与地埋管周边土壤的热量交换；土壤环境温度监测组用于监测地埋管组周边土壤环境温度。本发明采用组合阶梯式地埋管进行不同层级的串联进行土壤蓄热与取热，可以适用于不同温度的热源水进行土壤蓄热，利用不同深度土壤的温差实现热量的梯度利用，提高了换热效率和取热效率。

Description

一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统及控制方法。

背景技术

清洁供暖的发展带动了热泵技术、太阳能光热技术、工业余热回收等技术的推广。但在非供暖季存在太阳能热量过剩、热泵供冷和工业生产过程产生的废热无法充分利用等问题，基于此很多研究提出了基于太阳能跨季节土壤蓄热的方式，非供暖季把富余热量存储到土壤中，供暖季从土壤中取出热量。但在实际应用过程中，往往因为天气、用能负荷的变化、地质条件的不确定等问题，会造成热源水的温度存在较大的波动，不够稳定，土壤蓄热效率降低，不能充分提取不同温度热源水的热量，造成能源的浪费。

如何高效提取不同温度范围的热源水进行土壤蓄热，如何在蓄取热平衡的前提下充分提取不同温度热源水的热量并进行高效的蓄热，是土壤蓄取热系统面临的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统及控制方法，本发明采用组合阶梯式地埋管进行不同层级的串联进行土壤蓄热与取热，可以适用于不同温度的热源水进行土壤蓄热，利用不同深度土壤的温差实现热量的梯度利用，提高了换热效率和取热效率。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统，包括运行调控管路、地埋管组、土壤环境温度监测组、控制器，运行调控管路用于调控换热介质在地埋管组内的流动运行状态，所述运行调控管路包括水泵、流量传感器，所述地埋管组设置在土壤中，且地埋管组包括至少一个地埋管，换热介质在地埋管内的流动过程，实现换热介质与地埋管周边土壤的热量交换；所述土壤环境温度监测组用于监测所述地埋管组周边土壤环境温度，土壤环境温度监测组将监测到土壤温度数据传递给所述控制器，所述土壤环境监测组包括至少三组温度观测井，每一组所述温度观测井内均设置有若干不同深度的光纤温度传感器，所述控制器控制所述运行调控管路的运行过程。

优选地，其特征是，所述地埋管包括外管和内管，所述外管的底部呈封闭状态，所述内管设置在所述外管内部，且内管的底部设置有用于实现内管和外管贯通的流通口。

进一步地，所述地埋管组包括三个地埋管，三个地埋管的中心成等腰三角形状分布，且三个地埋管的埋设深度不相同，所述土壤环境温度监测组包括七组温度观测井，七组温度观测井在土壤中的挖设深度不同。

进一步地，所述运行调控管路包括输入总管、换向调控阀组、循环管路、输出总管，输入总管用于导流换热介质进入到换向调控阀组内，输出总管用于导流换热介质从换向调控阀组内流出，换向调控阀组通过改变换热介质在循环管路内的流动方向，实现系统运行取热或放热工作状态的切换，每一个所述地埋管均通过一启闭阀组与循环管路相连接，启闭阀组用于控制地埋管参与放热或取热过程的控制，在深度最大的地埋管和深度居中的地埋管相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第三温度传感器，在深度居中的地埋管和深度最小的地埋管相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第四温度传感器，在输入总管上设置一第一温度传感器。

本发明还提供了一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

S1、工作人员，使得系统运行控制程序进入待机状态；

S2、工作人员，依照季节，使得系统运行控制程序进入到蓄热工作模式还是取热工作模式，在夏季，系统进行蓄热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的不同蓄热工作模式中；在冬季，系统进行取热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的不同取热工作模式中。

进一步地，当系统进入到蓄热工作模式后，七组温度观测井实时将数值传递给控制器，控制器实时将七组温度观测井传输的数据按照预设的计算方法计算后得出Ta1、Ta2和Ta3数值，其中Ta1＞Ta2＞Ta3；然后，将第一温度传感器反馈的温度数值T1与Ta1、Ta2和Ta3数值进行比较；

当T1≥Ta1时，系统进入到高温蓄热工作模式中，此时，深度最大的地埋管进入到蓄热工作过程，在深度最大的地埋管进行蓄热过程中，控制器实时将第三温度传感器监测的数值T3与Ta2和Ta3进行比较；

当T3≥Ta2时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度居中的地埋管同样进入到蓄热工作过程中，在此，工作过程中，控制器实时将第四温度传感器监测的数值T4与Ta3进行比较；当T4≥Ta3时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管同样进入到蓄热工作过程中，此时，三个地埋管进入到串联蓄热工作模式中；当T4＜Ta3时，系统进行深度最大的地埋管和深度居中的地埋管串联蓄热工作模式中；

当Ta3≤T3＜Ta2时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管同样进入到蓄热工作过程中，此时，深度最大的地埋管和深度最小的地埋管进入到串联蓄热工作模式中；

当T3＜Ta3时，此时，系统进入到深度最大的地埋管单级蓄热工作模式中；

当Ta1＞T1≥Ta2时，系统进入到中温蓄热工作模式中，此时，深度居中的地埋管进入到蓄热工作过程，在深度居中的地埋管进行蓄热过程中，控制器实时将第四温度传感器监测的数值T4与Ta3进行比较，当T4≥Ta3时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管同样进入到蓄热工作过程中，此时，深度居中的地埋管与深度最小的地埋管进入到串联蓄热工作模式中；当T4＜Ta3时，系统进行深度居中的地埋管的单级蓄热工作模式中；

当Ta2＞T1≥Ta3时，系统进入到低温蓄热工作模式中，此时，深度最小的地埋管进行单级蓄热。

当T1＜Ta3时，停止蓄热工作。

进一步地，当系统进入到取热工作模式后，七组温度观测井实时将数值传递给控制器，控制器实时将七组温度观测井传输的数据按照预设的计算方法计算后得出Tb1、Tb2和Tb3数值，其中Tb1＞Tb2＞Tb3；然后，将第一温度传感器反馈的温度数值T1与Tb1、Tb2和Tb3数值进行比较；

(1)当T1＜Tb3时，系统进入到低温取热工作模式中，此时，深度最小的地埋管进入到取热工作过程，在深度最小的地埋管进行取热过程中，控制器实时将第四温度传感器监测的数值T4与Tx(设定的出水温度)进行比较；

当T4＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度居中的地埋管同样进入到取热工作过程中，在此，工作过程中，控制器实时将第三温度传感器监测的数值T3与Tx进行比较；当T3＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最大的地埋管同样进入到取热工作过程中，此时，三个地埋管进入到串联取热工作模式中；当T3≥Tx时，系统进行深度最小的地埋管和深度居中的地埋管串联取热工作模式中；

当T4≥Tx时，此时，系统进入到深度最小的地埋管单级取热工作模式中；

(2)当Tb3≤T1＜Tb2时，系统进入到中温取热工作模式中，此时，深度居中的地埋管进入到取热工作过程，在深度居中的地埋管进行取热过程中，控制器实时将第三温度传感器监测的数值T3与Tx进行比较，当T3＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最大的地埋管同样进入到取热工作过程中，此时，深度居中的地埋管与深度最大的地埋管进入到串联取热工作模式中；当T3≥Tx时，系统进行深度居中的地埋管的单级取热工作模式中；

(3)当Tb2≤T1＜Tb1时，系统进入到高温取热工作模式中，此时，深度最大的地埋管进行单级取热；

(4)当T1≥Tb1时，停止取热工作。

本发明的有益效果是：本发明采用组合阶梯式地埋管进行不同层级的串联进行土壤蓄热与取热，在夏季，可以适用于不同温度的热源水进行土壤蓄热；在冬季，利用不同深度土壤的温差实现热量的梯度利用，提高了换热效率和取热效率；同时提出了一种阀门组合方式，可在不增加水泵的前提下，仅通过切换阀门的状态组合实现水流的换热，降低了系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的部分优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的框架示意图；

图2为深度最大的地埋管在土壤中埋设剖视图；

图3为深度最大的地埋管在土壤中埋设俯视图；

图4为图2中B处放大图；

图5为图2中A处放大图；

图6为地埋管组和土壤环境温度监测组分布俯视图；

图7为七组温度观测井深部分布示意图；

图8为深度最大的地埋管在系统蓄热过程时，介质在其内部流动方向示意图；

图9为深度最大的地埋管在系统取热过程时，介质在其内部流动方向示意图；

图10为系统进行蓄热工作的控制流程示意图；

图11为系统进行取热工作的控制流程示意图；

图中：1水泵、2流量传感器、3换向控制阀组、41深度最大的地埋管、411外管、412内管、4121流通口、413密封端盖、4131第一贯通口、4132第二贯通口、42深度居中的地埋管、43深度最小的地埋管、5土壤、51固井壁、6保温层、71第一温度观测井、72第二温度观测井、73第三温度观测井、74第四温度观测井、75第五温度观测井、76第六温度观测井、77第七温度观测井、101输入总管、102第二管道、103第三管道、104循环管路、105输出总管、106第六管道、107第七管道、108第八管道、201EV1控制阀、202EV2控制阀、203EV3控制阀、204EV4控制阀、205EV5控制阀、206EV6控制阀、207EV7控制阀、208EV8控制阀、209EV9控制阀、210EV10控制阀、211EV11控制阀、212EV12控制阀、213EV13控制阀、301第一温度传感器、302第二温度传感器、303第三温度传感器、304第四温度传感器、401第一压力传感器、402第二压力传感器、403第三压力传感器、404第四压力传感器。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图1-11，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似变形，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供了一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统(如图1所示)，包括运行调控管路、地埋管组、土壤环境温度监测组、控制器，其中运行调控管路用于调控换热介质在地埋管组内的流动运行状态，所述运行调控管路包括水泵1、流量传感器2，水泵1为换热介质的流动提供动力，保证换热介质在系统运行过程中的正常流动，流量传感器2用于监测系统回流的换热介质的总流量情况；所述地埋管组设置在土壤5中，且地埋管组包括至少一个地埋管，换热介质在地埋管内的流动过程，实现换热介质与地埋管周边土壤5的热量交换，在本具体实施例中，为便于使得地埋管与土壤换热接触面的最大化，同时，使得换热介质在地埋管内的充分扩散流动，以便保证流动过程中，实现较好的热量交换效果，在此，地埋管的具体实施方式为：地埋管包括外管和内管，所述外管的底部呈封闭状态，所述内管设置在所述外管内部，且内管的底部设置有用于实现内管和外管贯通的流通口，在向土壤中进行蓄热时，换热介质从内管进入，然后，从而外管流出，外管向土壤放热，实现蓄热过程；在从土壤中进行取热时，换热介质从外管进入，然后，从内管流出，外管从土壤中吸热，实现取热过程；所述土壤环境温度监测组用于监测所述地埋管组周边土壤环境温度，土壤环境温度监测组将监测到土壤温度数据传递给所述控制器，所述土壤环境监测组包括至少三个温度观测井，每一组所述温度观测井内均设置有若干不同深度的光纤温度传感器，所述控制器控制所述运行调控管路的运行过程。温度观测井埋设在土壤里，用于实时监测地埋管周边土壤的温度。

在上述实施例中，地埋管组和土壤环境温度监测组相结合的一种具体实施例的具体实施方式为：如图6所示，地埋管组包括三个地埋管，三个地埋管的中心成等腰三角形状分布，且三个地埋管的埋设深度不相同，所述土壤环境温度监测组包括七组温度观测井，七组温度观测井在土壤中的埋设深度不同，其中三个温度观测井分别与对应的三个地埋管相重合，即每一个地埋管相当于一个温度观测井，其观测井对应的若干光纤温度传感器相对应依次等间距设置在地埋管外侧壁上，利用与地埋管相重合的温度观测井监测到的数据，来计算对应的地埋管实时的换热条件，一个温度观测井设置在三个地埋管分布区域的中心位置，剩余三个温度观测井沿着三个地埋管分布区域的中心轴的圆周方向等间距分布在三个地埋管外围，上述四组温度观测井主要用于实时监测三个地埋管周边土壤的热场分布情况，在实际应用中，温度观测井内的相邻的光纤温度传感器的垂直间距可设置为25m，光纤温度传感器的数量由对应的温度观测井的深度决定，例如，当一个温度观测井的深度为200m，则其内部设置的光纤温度传感器的数量为8个，当一个温度观测井的深度为50m，则其内部设置的光纤温度传感器的数量为2个。具体的，三个地埋管分别为：深度最大的地埋管41、深度居中的地埋管42、深度最小的地埋管43，其中深度最大的地埋管41的埋设深度范围为150-200m；深度居中的地埋管42的埋设深度范围为100-150m；深度最小的地埋管43的埋设深度范围为30-100m；其中深度最大的地埋管41的具体实施方式为：其包括外管411、内管412和密封端盖413，密封端盖413用于实现外管411和内管412上部开口的密封；且在密封端盖413上开设有与内管412相贯通的第一贯通口4131，与外管411的相贯通的第二贯通口4132；所述外管411的底部呈封闭状态，所述内管412设置在所述外管411内部，且内管412的底部设置有用于实现内管412和外管411贯通的流通口4121，在向土壤中进行蓄热时，换热介质从第一贯通口4131流入到内管412内，然后，通过流通口4121流入到外管411内，再从两个第二贯通口4132流出，实现蓄热过程；在从土壤中进行取热时，换热介质从两个第二贯通口4132流入到外管411内，然后，通过流通口4121流入到内管412内，再从第一贯通口4131流出，实现取热过程。深度最大的地埋管41在土壤中埋设的实施例如图2所示，深度最大的地埋管41竖直埋设，在其周边利用铺设固井壁51实现加固，在其上部设置有一层保温层6，在保温层6的上部还铺设有一层土壤5。深度居中的地埋管42和深度最小的地埋管43的具体实施例与深度最大的地埋管41的具体结构及蓄、放热过程相同，在此，不再进行详细描；七组温度观测井分别为：第一温度观测井71、第二温度观测井72、第三温度观测井73、第四温度观测井74、第五温度观测井75、第六温度观测井76、第七温度观测井77，其中第一温度观测井71分布在上述三个地埋管分布区域的中心，且其埋设深度为25m；第二温度观测井72、第三温度观测井73和第四温度观测井74沿着上述三个地埋管分布区域的外围等间距分布，且其埋设深度依次为50m、100m、125m；第五温度观测井75、第六温度观测井76和第七温度观测井77，依次一一与深度最小的地埋管43、深度居中的地埋管42和深度最大的地埋管41相重合分布，且埋设深度一一对应为150m、175m、200m，上述七组温度观测井内的光纤温度传感器内的具体的数量依据对应的观测井的深度而定。七组温度观测井将监测数值传递给控制器，控制器依据数据可对应分析每个地埋管周边热场分布情况，同时，分析三个地埋管整个分布区域周边的热场分布情况。

运行调控管路的具体实施方式为：所述运行调控管路包括输入总管101、换向调控阀组3、循环管路104、输出总管105，水泵1设置在输入总管101上，输入总管101用于导流换热介质进入到换向调控阀组3内，输出总管105用于导流换热介质从换向调控阀组3内流出，流量传感器2设置在输出总管105上，换向调控阀组3通过改变换热介质在循环管路104内的流动方向，实现系统运行取热或放热工作状态的切换，每一个所述地埋管均通过一启闭阀组与循环管路相连接，启闭阀组用于控制地埋管参与放热或取热过程的控制，在深度最大的地埋管41和深度居中的地埋管42相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第三温度传感器303，在第三温度传感器303一侧还设置一第三压力传感器403，在深度居中的地埋管42和深度最小的地埋管43相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第四温度传感器304，在第四温度传感器304一侧还设置一第四压力传感器404，在输入总管1上设置一第一温度传感器301，在输出总管105上还设置有第二温度传感器302和第二压力传感器402。

在上述实施例中，输入总管101、换向调控阀组3、循环管路104、输出总管105、启闭阀组及三个地埋管结合的具体实施方式为：换向调控阀组3包括第二管道102和第三管道103，循环管路104为一根管道，第二管道102和第三管道103以并联方式与输入总管101和输出总管105实现串接连接，在第二管道102上串接有EV1控制阀201和EV2控制阀202，在第三管道103上串接有EV3控制阀203和EV4控制阀204，且EV1控制阀201和EV3控制阀203均与输入总管101相邻，循环管路104的一端与EV1控制阀201和EV2控制阀202之间的一段第二管道102相贯通，循环管路104的另一端与EV3控制阀203和EV4控制阀204之间的一段第三管道103相贯通；深度最大的地埋管41对应的启闭控制阀组为启闭阀组1，深度居中的地埋管42对应的启闭控制阀组为启闭阀组2，深度最小的地埋管43对应的启闭控制阀组为启闭阀组3，其中启闭阀组1包括分别从两个第二贯通口4132引出的第七管道107，从第一贯通口4131引出的第六管道106，两个第七管道107并联后通过第八管道与循环管道104相贯通，第六管道106与循环管道104相贯通，启闭阀组1还包括EV17控制阀207、EV11控制阀205和EV12控制阀206，其中EV17控制阀207设置在第六管道106与循环管路104交汇处及第八管道108与循环管路104交汇处之间的一端循环管路104上，EV11控制阀205设置在第六管道上，EV12控制阀206设置在第八管道上，当EV17控制阀207关闭，EV11控制阀205和EV12控制阀206打开，则使得深度最大的地埋管41参与取热或放热工作过程的进行，当EV17控制阀207打开，EV11控制阀205和EV12控制阀206关闭，则使得深度最大的地埋管41不参与取热或放热工作过程的进行；启闭阀组2包括EV18控制阀210、EV13控制阀208和EV14控制阀209，启闭阀组3包括EV19控制阀213、EV15控制阀211和EV16控制阀212，其中EV13控制阀208和EV15控制阀211均采用与EV11控制阀205相同的具体设置原理实现安装；其中EV14控制阀209和EV16控制阀212均采用与EV12控制阀206相同的具体设置原理实现安装，其中EV18控制阀210和EV19控制阀213均采用与EV17控制阀207相同的具体设置原理方式实现安装；启闭阀组2和启闭阀组3控制对应的地埋管工作方式的原理与启闭阀组1控制对应的地埋管的工作原理相同，故在此，不再做详细描述。

本发明还提供了一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、工作人员，使得系统运行控制程序进入待机状态，在控制程序进入待机状态之前，工作人员可预先检查下系统内各执行元件是否存在启动、运行故障，如有，则解除故障后，则运行系统；

S2、工作人员，依照季节，使得系统运行控制程序进入到蓄热工作模式还是取热工作模式，本系统主要是在有供暖需求的北方寒冷季节应用，在本文所说的夏季与冬季，也是指的我国北方区域的夏季和冬季季节时令；在夏季，系统进行蓄热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的蓄热工作模式中；在冬季，系统进行取热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的取热工作模式中。

在系统进行蓄热模式的初始阶段，控制器使得EV3控制阀203、EV2控制阀202、EV17控制阀207、EV18控制阀210和EV19控制阀213开启，剩余的控制阀处于关闭状态；七组温度观测井实时将数值传递给控制器，控制器实时将七组温度观测井传输的数据按照预设的计算方法计算后得出Ta1、Ta2和Ta3数值，具体计算方式为：控制器通过七组温度观测井实时监测的温度数据，控制器可统计出深度相同的土壤的温度采集值，并进一步分析出周边土壤热场的分布情况，然后，计算Ta1、Ta2和Ta3数值，其中Ta1的数值是通过将第七温度观测井77的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；Ta2的数值是通过将第六温度观测井76的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；Ta3的数值是通过将第五温度观测井75的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；由公知常识可知，在一定的地表深度范围内，土壤温度会随着深度的增加而增加，故，由上述第七温度观测井77、第六温度观测井76、第五温度观测井75的埋设深度可推出，Ta1＞Ta2＞Ta3；当计算出对应的Ta1、Ta2和Ta3数值后，控制器将第一温度传感器301反馈的温度数值T1与Ta1、Ta2和Ta3数值进行比较；上述比较过程则会出现如下四种比较结果：T1≥Ta1、Ta1＞T1≥Ta2、Ta2＞T1≥Ta3、T1＜Ta3，依据上述四种不同的比较结果，则系统对应的直接进入不同的蓄热工作模式中；具体的工作模式流程如下：

(1)当T1≥Ta1时，打开EV11控制阀205和EV12控制阀206，并关闭EV17控制阀207，则系统进入到高温蓄热工作模式中，此时，深度最大的地埋管41进入到蓄热工作过程，在深度最大的地埋管41进行蓄热过程中，控制器实时将第三温度传感器303监测的数值T3与Ta2和Ta3进行比较；

当T3≥Ta2时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度居中的地埋管42同样进入到蓄热工作过程中，具体的，系统打开EV13控制阀208和EV14控制阀209，并关闭EV18控制阀210；在此，工作过程中，控制器实时将第四温度传感器304监测的数值T4与Ta3进行比较；当T4≥Ta3时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管43同样进入到蓄热工作过程中，具体的，系统打开EV15控制阀211和EV16控制阀212，并关闭EV19控制阀213，此时，三个地埋管进入到串联蓄热工作模式中；当T4＜Ta3时，系统进行深度最大的地埋管41和深度居中的地埋管42串联蓄热工作模式中；

当Ta3≤T3＜Ta2时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管43同样进入到蓄热工作过程中，具体的，系统打开EV15控制阀211和EV16控制阀212，并关闭EV19控制阀213，此时，深度最大的地埋管41和深度最小的地埋管43进入到串联蓄热工作模式中；

当T3＜Ta3时，此时，系统进入到深度最大的地埋管41单级蓄热工作模式中；

(2)当Ta1＞T1≥Ta2时，系统进入到中温蓄热工作模式中，此时，深度居中的地埋管42进入到蓄热工作过程，具体的，系统打开EV13控制阀208和EV14控制阀209，并关闭EV18控制阀210；在深度居中的地埋管42进行蓄热过程中，控制器实时将第四温度传感器304监测的数值T4与Ta3进行比较，当T4≥Ta3时，系统控制对应的启闭阀组，使得深度最小的地埋管43同样进入到蓄热工作过程中，具体的，系统打开EV15控制阀211和EV16控制阀212，并关闭EV19控制阀213；此时，深度居中的地埋管42与深度最小的地埋管43进入到串联蓄热工作模式中；当T4＜Ta3时，系统进行深度居中的地埋管42的单级蓄热工作模式中；

(3)当Ta2＞T1≥Ta3时，系统进入到低温蓄热工作模式中，具体的，系统打开EV15控制阀211和EV16控制阀212，并关闭EV19控制阀213，此时，深度最小的地埋管43进行单级蓄热。

(4)当T1＜Ta3时，停止蓄热工作，具体的，系统使得水泵1停止工作。

在系统进行取热热模式的初始阶段，控制器使得EV1控制阀201、EV4控制阀204、EV17控制阀207、EV18控制阀210和EV19控制阀213开启，剩余的控制阀处于关闭状态，七组温度观测井实时将数值传递给控制器，控制器实时将七组温度观测井传输的数据按照预设的计算方法计算后得出Tb1、Tb2和Tb3数值；具体计算方式为：控制器通过七组温度观测井实时监测的温度数据，控制器可统计出深度相同的土壤的温度采集值，并进一步分析出周边土壤热场的分布情况，然后，计算Tb1、Tb2和Tb3数值，其中Tb1的数值是通过将第七温度观测井77的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；Tb2的数值是通过将第六温度观测井76的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；Tb3的数值是通过将第五温度观测井75的采集值，按照设定的逻辑得到一个计算值，再加上一个最小换热温差值获得；上述最小换热温差由工作人员依据土壤及地埋管换热特性，然后，按照经验来定。由公知常识可知，在一定的地表深度范围内，土壤温度会随着深度的增加而增加，故，由上述第七温度观测井77、第六温度观测井76、第五温度观测井75的埋设深度可推出，Tb1＞Tb2＞Tb3；然后，将第一温度传感器反馈的温度数值T1与Tb1、Tb2和Tb3数值进行比较；上述比较过程则会出现如下四种比较结果：T1＜Tb3、Tb3≤T1＜Tb2、Tb2≤T1＜Tb1、T1≥Tb1；依据上述四种不同的比较结果，则系统对应的直接进入不同的取热工作模式中，具体的工作模式流程如下：

(1)当T1＜Tb3时，系统进入到低温取热工作模式中，具体的，系统打开EV15控制阀211和EV16控制阀212，并关闭EV19控制阀213，此时，深度最小的地埋管43进入到取热工作过程，在深度最小的地埋管43进行取热过程中，控制器实时将第四温度传感器304监测的数值T4与Tx(设定出水温度)进行比较；

当T4＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，具体的，系统打开EV13控制阀208和EV14控制阀209，并关闭EV18控制阀210，使得深度居中的地埋管42同样进入到取热工作过程中，在此，工作过程中，控制器实时将第三温度传感器303监测的数值T3与Tx进行比较；当T3＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，具体的，打开EV11控制阀205和EV12控制阀206，并关闭EV17控制阀207，使得深度最大的地埋管41同样进入到取热工作过程中，此时，三个地埋管进入到串联取热工作模式中；当T3≥Tx时，系统进行深度最小的地埋管43和深度居中的地埋管42串联取热工作模式中；

当T4≥Tx时，此时，系统进入到深度最小的地埋管43单级取热工作模式中；

(2)当Tb3≤T1＜Tb2时，系统进入到中温取热工作模式中，具体的，系统打开EV13控制阀208和EV14控制阀209，并关闭EV18控制阀210，此时，深度居中的地埋管42进入到取热工作过程，在深度居中的地埋管42进行取热过程中，控制器实时将第三温度传感器303监测的数值T3与Tx进行比较，当T3＜Tx时，系统控制对应的启闭阀组，具体的，打开EV11控制阀205和EV12控制阀206，并关闭EV17控制阀207，使得深度最大的地埋管41同样进入到取热工作过程中，此时，深度居中的地埋管42与深度最大的地埋管41进入到串联取热工作模式中；当T3≥Tx时，系统进行深度居中的地埋管42的单级取热工作模式中；

(3)当Tb2≤T1＜Tb1时，系统进入到高温取热工作模式中，具体的，打开EV11控制阀205和EV12控制阀206，并关闭EV17控制阀207，此时，深度最大的地埋管41进行单级取热；

(4)当T1≥Tb1时，停止取热工作，具体的，水泵1停止工作。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统，其特征是，包括运行调控管路、地埋管组、土壤环境温度监测组、控制器，运行调控管路用于调控换热介质在地埋管组内的流动运行状态，所述运行调控管路包括水泵、流量传感器，所述地埋管组设置在土壤中，且地埋管组包括至少一个地埋管，换热介质在地埋管内的流动过程，实现换热介质与地埋管周边土壤的热量交换；所述土壤环境温度监测组用于监测所述地埋管组周边土壤环境温度，土壤环境温度监测组将监测到土壤温度数据传递给所述控制器，所述土壤环境监测组包括至少三组温度观测井，每一组所述温度观测井内均设置有若干不同深度的光纤温度传感器，所述控制器控制所述运行调控管路的运行过程。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统，其特征是，所述地埋管包括外管和内管，所述外管的底部呈封闭状态，所述内管设置在所述外管内部，且内管的底部设置有用于实现内管和外管贯通的流通口。

3.根据权利要求2所述的一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统，其特征是，所述地埋管组包括三个地埋管，三个地埋管的中心成等腰三角形状分布，且三个地埋管的埋设深度不相同，所述土壤环境温度监测组包括七组温度观测井，七组温度观测井在土壤中的挖设深度不同。

4.根据权利要求3所述的一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统，其特征是，所述运行调控管路包括输入总管、换向调控阀组、循环管路、输出总管，输入总管用于导流换热介质进入到换向调控阀组内，输出总管用于导流换热介质从换向调控阀组内流出，换向调控阀组通过改变换热介质在循环管路内的流动方向，实现系统运行取热或放热工作状态的切换，每一个所述地埋管均通过一启闭阀组与循环管路相连接，启闭阀组用于控制地埋管参与放热或取热过程的控制，在深度最大的地埋管和深度居中的地埋管相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第三温度传感器，在深度居中的地埋管和深度最短的地埋管相对应的两个启闭阀组之间的一段循环管路上设置一第四温度传感器，在输入总管上设置一第一温度传感器。

5.一种依据权利要求4所述的一种阶梯式地埋管组合的土壤蓄放热系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤：

S1、工作人员，使得系统运行控制程序进入待机状态；

S2、工作人员，依照季节，使得系统运行控制程序进入到蓄热工作模式还是取热工作模式，在夏季，系统进行蓄热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的不同蓄热工作模式中；在冬季，系统进行取热工作模式，控制器依据预先设定的控制程序，使得地埋管组进入到对应的不同取热工作模式中。

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