CN208332439U - 一种分房间式地热供暖装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分房间式地热供暖装置，主要包括外井管、汲热管、水泵、换热器、冷凝器和自控装置；所述外井管设置在地表下，上下两端及管壁全封闭，并延伸至地下岩层温度恒定在15‑25℃范围的深度；所述汲热管设置在所述外井管内，两端从所述外井管的上端穿出；所述外井管内，在地热温度恒定的部分灌注有换热介质，所述汲热管内也充满换热介质；所述汲热管的两端与所述换热器连接，使得所述汲热管与换热器形成闭合的流通回路；在所述流通回路上安装有所述水泵；所述换热器内设置有压缩机，所述压缩机与所述冷凝器连通。本实用新型利用常规地热资源对建筑物进行分房间式供暖，结构简单，操作维护方便。本实用新型可实现寒冷地区的分散建筑的低成本清洁无燃烧供暖，节能环保，零排放无污染。

Description

一种分房间式地热供暖装置

技术领域

本实用新型属于清洁可再生能源利用技术领域，具体涉及一种分房间式地热供暖装置。

背景技术

在我国，目前建筑能耗占全社会总能耗的1/3，建筑物使用中最大的能耗是采暖和制冷，约占建筑物总能耗低50％。与气候条件相近的发达国家相比，我国建筑物的每平方米采暖能耗是发达国家的3倍，随着生活舒适标准的不断提高，建筑物能耗还将大幅上涨。

现行地源热泵空调系统采用中央空调形式，有一个专用机组和机房控制整个建筑的供暖，无法实现分房间自由控制，行为节能难以实现。为了防冻，无论建筑物内有人无人，机组必须24小时连续运行，无效工作时间长，造成大量的能源浪费。现行地下换热器采用PE管直接埋于岩土中，出现故障难以维修；受PE管承压限制埋深一般不能超过120米，在寒冷地区也难以汲取到足够的地热能为建筑物供暖。

研究表明，形成于46亿年前的地球是个热球，其核心部位温度约5000℃，其体积的99％高于1000℃，99.9％高于100℃。地球内部的热能透过层层岩土，连续不断地散发到大气中，与太阳一起保持地球大气年均15℃的恒定温度。地热能储量巨大，分布广泛，清洁环保、取之不尽、用之不竭。

据测定，30m以下的岩土已没有温度的周年变化，即30m以下各岩土层温度一年四季恒定不变。地下100m处岩土温度高于当地大气年均温度约3℃，深度每增加100m，岩土层温度约再升高3℃(地热异常地区除外)。

实用新型内容

本实用新型的目的正是为了减少建筑物能耗，提供了一种分房间式地热供暖装置，可以有效汲取地热能，为建筑物供暖，尤其是可以实现寒冷地区分散建筑的低成本清洁供暖，减少散煤燃烧，保护大气环境。

本实用新型提供了一种分房间式地热供暖装置，主要包括外井管、汲热管、水泵、换热器、冷凝器和自控装置；

所述外井管设置在地表下，上下两端及管壁全封闭，并延伸至地下岩层温度恒定在15-25℃范围的深度；

所述汲热管设置在所述外井管内，由二根同直径的PE管组成，两端底部熔焊连接贯通，另外两端从所述外井管的上端穿出；

所述外井管内在地热温度恒定的部分灌注有换热介质，所述汲热管内也充满换热介质；

所述汲热管的两端与所述换热器连接，使得所述汲热管与换热器形成闭合的流通回路；

在所述流通回路上安装有所述水泵；

所述换热器内设置有压缩机，所述压缩机与所述冷凝器连接形成另一闭合回路，其中充满换热介质；

所述自控装置控制水泵、压缩机和冷凝器内置风扇启停和运行状态；

若干换热器和若干冷凝器分组设置，每组包含一个换热器和一个冷凝器，各组以并联方式安装在不同房间内，各房间内的换热器和冷凝器独立控制。

作为优选手段，所述汲热管在所述外井管内被设计为U型结构。

作为优选手段，所述冷凝器采用绕片或套片式铜管翅片管组，并在所述冷凝器内安装风扇。

作为优选手段，所述外井管由采用丝扣或焊接手段进行连接的短管组成。

进一步地，所述换热器和冷凝器具有多组并联，外井管和汲热管组成的提热井也可多井并联。

本实用新型利用地热资源对建筑室内供暖，结构简单，操作维护方便。本实用新型可实现寒冷地区分散建筑物的低成本清洁无燃烧供暖，节能环保，零排放无污染，与电加热相比，可节能70％左右，为解决我国北方地区冬季供暖散煤燃烧污染大气环境提供了替代方案。

附图说明

图1是本实用新型对单房间供暖的系统结构示意图；

图2是本实用新型对多房间供暖的系统结构示意图。

图中：

1、外井管；2、汲热管；3、换热介质；4、水泵；5、换热器；6、冷凝器；7、房间。

具体实施方式

下面结合附图1和2对本实用新型作进一步详细描述。需要说明的是，附图1和2仅展示了本实用新型的结构原理或主要技术思想，不能被视为对本实用新型技术方案的限制。

本实用新型的一种分房间式地热供暖装置，主要包括外井管1、汲热管2、换热介质3、水泵4、若干换热器5、若干冷凝器6和自控装置(未图示)。如图2所示，若干换热器5和若干冷凝器6分组设置，每组包含一个换热器5和一个冷凝器6，各组以并联方式安装在不同房间内，各房间内的换热器和冷凝器独立控制。附图2示出了3组换热器和冷凝器分置在3个不同房间内的优选方案。其中，所述外井管1设置在地表下，并延伸至地下岩层温度恒定在15-25℃范围的深度。所述外井管1上下两端及井壁全封闭，优选采用热传导系统高的硬质材料，如钢管，可利用丝扣将若干短管连接成所需长度。

所述汲热管2设置在所述外井管1内，由二根同直径的PE管组成，两端底部熔焊连接贯通，另外两端从所述外井管1的上端穿出。所述外井管1内，在地热温度恒定的部分灌注有一定量的换热介质3，所述的换热介质优选为水。所述汲热管2内也充满换热介质，所述的换热介质优选为防冻液。所述汲热管2优选采用PE“U”形管，或者被设计为与换热介质3充分接触的形状或构造。

参见附图1所示，所述汲热管2的两端与所述换热器5连接，使得所述汲热管2形成闭合的流通回路。同时，在所述流通回路上安装有所述水泵4。在水泵4的作用下，所述汲热管2内的换热介质形成循环流动，将所述外井管1内换热介质的热量搬运到所述换热器5。需要说明的是，所述换热器5可以安装在室外，也可以安装在室内，不受附图1的限制。

所述换热器5内设置有压缩机，将换热介质的热量转换为压缩机的工作介质流体的热量，能够将汲热管提取到的20℃左右低品位热能提升为60℃左右的高品位热能。所述压缩机的工作介质优选为R22制冷剂。

所述冷凝器6放置在房间7内，所述压缩机与所述冷凝器6连通，所述冷凝器6提供高品位热能与房间冷空气进行热交换，为房间7供暖。所述冷凝器6采用绕片或套片式铜管翅片管组，进一步地，在所述冷凝器6内安装风扇，以加快供暖速度。

本实用新型的分房间式地热供暖装置可以在集汲热管2的外端并连多组换热器和冷凝器，分组放置在不同房间内，满足多房间供暖需求。

所述自控装置控制水泵、压缩机和冷凝器内置风扇启停和运行状态。

本实用新型的分房间式地热供暖装置，虽然也使用了水泵、压缩机等耗能设备，但是与现有的空调设备相比，由于利用了地热能作为稳定热源，从根本上解决了寒冷地区冬季供暖时压缩机低温停机保护问题，提高了室内舒适度，也极大地节约了电能。

与现有的集中供暖相比，本实用新型利用地热分房间独立供暖相对节约了能源，同时也减少了管道长距离输送造成的热损。

与现有地源热泵相比，本实用新型不需要专用机房，在房间内即可方便操作机器启停，可实现需要时即开，不需要是即关，也无需防冻运行，大幅度减少了压缩机无效工作时间，维护保养也较为简单。

本实用新型的分房间式地热供暖装置，在正常地热温度下，在任何地方均可实施，不需要勘查地热异常，也不需要抽取宝贵的地下水资源。

本实用新型的分房间式地热供暖装置采用如下方法进行安装：

一、根据房间的面积、层高、保温情况、用途等参数设定热负荷，选择相匹配的冷凝器、换热器规格；

二、根据房间所需的热负荷，参考当地年平均气温设定钻井深度，同时设定外井管的管径、壁厚和单管长度，选择相匹配的钻机和钻头垂直钻孔；

三、根据冷凝器、换热器规格及井深设定水泵的流量和扬程；

四、钻孔至预定深度时，将外井管底部封闭，安装在钻孔内；

外井管1优选为无缝管、直缝焊管、镀锌管、涂塑管等，壁厚2mm～8mm、直径89mm～159mm。钻孔深度范围优选80m～200m。

五、对外井管周围进行回填；

六、将汲热管底部两端熔焊连接放入外井管，并使汲热管两端从外井管顶部伸出；

汲热管2优选为无缝管、直缝焊管、镀锌管、涂塑管、PE管等，壁厚2mm～6mm、直径26mm～80mm。

七、在外井管内灌注换热介质至预定高度，封闭外井管的上端；

八、将汲热管与换热器用PE或PPR管熔焊连接，同时在汲热管的回路上安装水泵，并在汲热管内充满换热介质至设定压力；

九、将换热器与冷凝器用铜管以焊接方式连接，充满换热介质至设定压力。

具体实施例一

安徽省合肥市某小区别墅，共三层，建筑面积228m2，使用面积189m2，各层房间安装位置、面积、热负荷、压缩机规格型号、循环水量及冷凝器形式见下表：

一层

二层

三层

该别墅总体热负荷为24030w，循环水量为3吨/小时。供热同时使用系数取0.6，则需要地热提供14418w/h。

合肥地区年大气平均温度为15.5℃，地下100m处岩土层温度则为18.5℃，150m处为20℃，本实用新型汲热管在该地区取热量为100w/m。综合考虑，该别墅设计一口井深150m提热井，外井管采用Q235直缝焊管，管径127mm，壁厚4mm，管长6m，管的两端加工长15mm丝扣，。采用直径140mm金刚石复合片钻头，采用XY-2钻机。水泵选用流量4吨/小时，扬程25m。

钻孔至预定深度时，将外井管底部封闭，逐段将外井管以丝扣连接方式安装在钻孔内,丝扣处加密封胶保证管壁密封，安装完成后对外井管外壁进行回填。汲热管选用PE32单U管，管底部两端熔焊U头连接，放入外井管，并使汲热管另外两端从外井管顶部伸出。在外井管内灌注清水至地面下5m，封闭外井管的上端。将9台冷凝器和9台换热器分别安装在各房间合适位置，用铜管分别将冷凝器和换热器一一对应连接，管内充满R22至设定压力。将汲热管与9台换热器分别用PE管熔焊连接，同时在汲热管的回路上安装水泵，将管内充满防冻液至设定压力，防冻液防冻温度为-10℃。安装自控装置。室外管道加保温材料。工程完毕。本工程9台换热器中均加装四通阀，夏天也可作为空调制冷。

具体实施例二

北京市郊某农家，共二层，建筑面积155m2，使用面积140m2，各层房间安装位置、面积、热负荷、压缩机规格型号、循环水量及冷凝器形式见下表：

一层

二层

该房屋总体热负荷为21000w，循环水量为2.8吨/小时。供热同时使用系数取0.8，则需要地热提供16800w/h。

北京地区年大气平均温度为11.8℃，地下100m处岩土层温度则为14.8℃，300m处为20.8℃，本实用新型汲热管在该地区取热量为50w/m。综合考虑，该房屋设计一口井深300m提热井，外井管采用Q235直缝焊管，管径146mm，壁厚4mm，管长6m，管的两端加工长15mm丝扣，。采用直径159mm金刚石复合片钻头，采用XY-4钻机。水泵选用流量4吨/小时，扬程30m。

钻孔至预定深度时，将外井管底部封闭，逐段将外井管以丝扣连接方式安装在钻孔内,丝扣处加密封胶保证管壁密封，安装完成后对外井管外壁进行回填。汲热管选用PE40单U管，管底部两端熔焊U头连接，放入外井管，并使汲热管另外两端从外井管顶部伸出。在外井管内灌注清水至地面下10m，封闭外井管的上端。将8台冷凝器和8台换热器分别安装在各房间合适位置，用铜管分别将冷凝器和换热器一一对应连接，管内充满R22至设定压力，将汲热管与8台换热器分别用PE管熔焊连接，同时在汲热管的回路上安装水泵，将管内充满防冻液至设定压力，防冻液防冻温度为-30℃。安装自控装置。室外管道加保温材料。工程完毕。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本实用新型不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本实用新型揭示的内容，在本实用新型基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分房间式地热供暖装置，其特征在于：

主要包括外井管、汲热管、水泵、若干换热器、若干冷凝器和自控装置；

所述外井管设置在地表下，上下两端及管壁全封闭，并延伸至地下岩层温度恒定在15-25℃范围的深度；

所述汲热管设置在所述外井管内，由二根同直径的PE管组成，两端底部熔焊连接贯通，另外两端从所述外井管的上端穿出；

所述外井管内，在地热温度恒定的部分灌注有换热介质，所述汲热管内也充满换热介质；

所述汲热管的两端与所述换热器连接，使得所述汲热管与换热器形成闭合的流通回路；

在所述流通回路上安装有所述水泵；

所述换热器内设置有压缩机，所述压缩机与所述冷凝器连通形成另一闭合回路，其中也充满换热介质；

所述自控装置控制水泵、压缩机和冷凝器内置风扇启停和运行状态；

若干换热器和若干冷凝器分组设置，每组包含一个换热器和一个冷凝器，各组以并联方式安装在不同房间内，各房间内的换热器和冷凝器独立控制。

2.根据权利要求1所述的一种分房间式地热供暖装置，其特征在于：

所述汲热管被设计为U型管结构。

3.根据权利要求1所述的一种分房间式地热供暖装置，其特征在于：

所述冷凝器采用绕片或套片式铜管翅片管组，在所述冷凝器内安装风扇。

4.根据权利要求1所述的一种分房间式地热供暖装置，其特征在于：

所述冷凝器为挂式、落地式、吊顶式、嵌入式之一。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种分房间式地热供暖装置，其特征在于：

所述换热器和冷凝器具有多组，外井管和汲热管组成的提热井也具有多组。