CN209054628U - 一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，包括：水泵、进水管、太阳能集热系统、干热岩集热系统、出水管；用户侧回水管内的冷水通过水泵泵入进水管，并从与进水管连通的第一子管、第二子管分别流入太阳能集热系统、干热岩集热系统，冷水经过上述两个系统加热后分别通过第一分管、第二分管汇流入出水管，并流入与出水管连通的用户侧供水管。本实用新型具有利用深层地热以及太阳能热耦合，供给建筑采暖系统使用，实现能源利用的最大化等优点，可广泛应用于集中供暖系统技术领域。

Description

一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统

技术领域

本实用新型涉及集中供暖系统技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统。

背景技术

随着社会经济的发展，能源消耗的日益增加，环境保护的日趋严格，节能减排已成为人们越来越重视的焦点，清洁能源供暖将逐步取代传统化石能源成为供暖的主流方式。

我国传统的能源结构中，燃煤在一次能源中比重过大，由此所导致的全社会整体能源利用效率低下、环境污染严重等恶劣影响日益凸显。近年以来各大中城市雾霾的肆虐，加大了国家对环境整治的决心，也加大了我国对发展清洁能源的需求。但是大规模煤改气易引起天然气用量冬高夏低，导致严重季节性失衡。

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。

太阳能作为一种可再生的清洁能源，近年来在建筑供暖中的利用受到越来越多的关注。我国属于太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，辐射总量高于5000MJ/m2〃a。北方采暖地区，大多数城乡处于太阳能资源丰富区，为太阳能建筑提供了可能。

然后，由于地热能和太阳能本身的特点，单独由其中一种独立作为供热热源点，均有其局限性。由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，而阴雨降温天气及夜间，同时又是热负荷较大的时刻，因此，单独由太阳能来提供建筑采暖热负荷，存在不稳定性。根据目前已经实施的干热岩供暖案例，经过连续取热之后，地热温度梯度，会有明显的下降趋势，特别是西北及东北部分地区，冬季寒冷漫长，采暖季长达6个月，采暖季长期不间断取热造成的地热衰减尤其明显，将对干热岩系统的取热效果造成明显影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，利用深层地热以及太阳能热耦合，供给建筑采暖系统使用，实现能源利用的最大化，规避以及弥补干热岩和太阳能供热各自固有的缺点，达到地热能与太阳能优势互补和节能环保的目的。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，包括：水泵、进水管、太阳能集热系统、干热岩集热系统、出水管；用户侧回水管内的冷水通过水泵泵入进水管，并从与进水管连通的第一子管、第二子管分别流入太阳能集热系统、干热岩集热系统，冷水经过上述两个系统加热后分别通过第一分管、第二分管汇流入出水管，并流入与出水管连通的用户侧供水管。

优选地，所述太阳能集热系统包括：

板式换热器，其内设置有第一热介质通道及第一冷介质通道；

集热管，其下方均设置有圆弧形聚光镜，其将太阳光折射至集热管上；集热管的一端连通第一热介质通道的进口，第一热介质通道的出口连通集热管的另一端，并通过第一循环泵以使得第一介质能在集热管和第一热介质通道内循环流动；

进水管的第一子管连通第一冷介质通道的进口，第一冷介质通道的出口通过第一分管连通出水管。

优选地，所述干热岩集热系统包括：

干热岩换热机，其内设置有第二热介质通道及第二冷介质通道；

金属换热器，其设置在干热岩井内，金属换热器的管道的出口连通第二热介质通道的进口，金属换热器的管道的进口连通第二热介质通道的出口，并通过第二循环泵使得第二介质能在金属换热器的管道和第二热介质通道内循环流动；

进水管的第二子管连通第二冷介质通道的进口，第二冷介质通道的出口通过第二分管连通出水管。

优选地，所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，还包括软化补水系统，其包括：

软水器，其硬水进口与自来水管连通，软水器的两个软水出口分别通过一补水泵与进水管、第二热介质通道连通。

优选地，第一子管上设置第一进水调节阀，第二子管上设置有第二进水调节阀，第一分管上设置有第一出水调节阀，第二分管上设置有第二出水调节阀。

优选地，所述集热管为多个，每个集热管下方均设置有圆弧形聚光镜，多个集热管的一端均连通所述第一热介质通道的进口，第一热介质通道的出口于多个集热管的另一端均连通。

优选地，

所述圆弧形聚光镜包括一对子聚光镜，其相对设置；

所述集热管通过固定支架水平设置在一对子聚光镜的之间的中部的正上方。

优选地，所述太阳能集热系统还包括清扫系统，其包括：

一对滑轨，其平行间隔设置于地面，一对所述滑轨平行于所述集热管并位于其两侧；

一对滑杆，其与所述滑轨一一对应，所述滑杆竖直设置且其下端均通过一滑块可滑动且不脱落的设置在对应的滑轨内；

一对清扫刷，其与所述一对子聚光镜一一对应，所述清扫刷为圆弧形，所述清扫刷的上部为弧形板，其下端固定有弧形海绵，其下端贴合在对应的子聚光镜上；

固定架，其为倒U型，其两端分别连接一对清扫刷的弧形板上端中部，从而将所述一对清扫刷固定为一整体结构；所述固定架的水平部位于集热管上方且水平部的两端分别向外延伸并连接一对滑杆的上端。

优选地，所述滑轨比集热管长0.5-1m。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型提供的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，通过干热岩和太阳能互补的供暖系统组合，由两系统共同承担供暖热负荷，多能互补，最大限度的利用清洁的地热能和太阳能，亦可明显缓解因持续取热造成的深层干热岩温度明显下降的问题。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型本实用新型系统结构图；

图2为本实用新型所述集热管、一对子聚光镜、固定支架位置关系示意图；

图3为本实用新型所述清扫系统的结构示意图；

图4为本实用新型所述清洗扫的结构示意图。

附图标记说明：1、水泵，2、进水管，3、太阳能集热系统，4、干热岩井，5、出水管，6、第一子管，7、第二子管，8、第一分管，9、第二分管，10、板式换热器，11、第一热介质通道，12、第一冷介质通道，13、集热管，14、第一循环泵，15、干热岩换热机，16、金属换热器，17、金属换热器的管道，18、第二热介质通道，19、第二冷介质通道，20、第二循环泵，21、软水器，22、第一补水泵，23、子聚光镜，24、弧形板，25、固定支架，26、滑轨，27、滑杆，28、清扫刷，29、固定架，30、弧形海绵，F3、第一进水调节阀，F2、第二进水调节阀，F4、第一出水调节阀，F1、第二出水调节阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

如图1-4所示，本实用新型提供一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，包括：水泵1、进水管2、太阳能集热系统3、干热岩集热系统、出水管5；用户侧回水管内的冷水通过水泵1泵入进水管2道，并从与进水管2道连通的第一子管6、第二子管7分别流入太阳能集热系统3、干热岩集热系统，冷水经过上述两个系统加热后分别通过第一分管8、第二分管9汇流入出水管5，并流入与出水管5连通的用户侧供水管。

在该种技术方案中，通过干热岩集热系统与太阳能集热系统3组合，利用北方地区丰富的太阳能资源与随处可有的地热资源，将热量通过用户侧热网循环系统输送至热用户，满足用户的冬季供暖需求，将太阳能和地热能两种清洁能源的利用达到最大化。同时，又避免了单独由太阳能供热所产生的不稳定性，以及单独由地热能供热所带来的热衰减影响采暖效果的问题，使供热系统的运行更加稳定可靠。由干热岩井4换热系统汲取地热能、太阳能集热系统3汲取太阳能，共同提供建筑采暖所需的热能。图1中箭头表示来自用户侧回水管的水、第一介质、第二介质的循环示意图，虚线表示冷的，实线表示热的。

在另一种技术方案中，所述太阳能集热系统3包括：

板式换热器10，其内设置有第一热介质通道11及第一冷介质通道12；

集热管13，其下方均设置有圆弧形聚光镜，其将太阳光折射至集热管13上；集热管13的一端连通第一热介质通道11的进口，第一热介质通道11的出口连通集热管13的另一端，并通过第一循环泵14以使得第一介质能在集热管13和第一热介质通道11内循环流动；

进水管2的第一子管6连通第一冷介质通道12的进口，第一冷介质通道12的出口通过第一分管8连通出水管5。

在该种技术方案中，太阳能集热系统3由多块抛物面槽式太阳能集热器组成，搜集利用北方地区丰富的太阳能资源，通过第二介质由板式换热器10与用户侧热网系统进行热交换，输出热量。集热管13中的第一介质汲取太阳能被加热形成热介质，被第一循环泵14泵入第一热介质通道内与第一冷介质通道内的冷水进行热交换后，成为冷介质，被泵入集热管13内重新加热，同时被加热的冷水，通过用户侧的供水管输送给热用户。第一介质通常为水。

在另一种技术方案中，所述干热岩集热系统包括：

干热岩换热机15，其内设置有第二热介质通道18及第二冷介质通道19；

金属换热器16，其设置在干热岩井4内，金属换热器16的管道17的出口连通第二热介质通道18的进口，金属换热器16的管道17的进口连通第二热介质通道18的出口，并通过第二循环泵20使得第二介质能在金属换热器16的管道17和第二热介质通道18内循环流动；

进水管2的第二子管7连通第二冷介质通道19的进口，第二冷介质通道19的出口通过第二分管9连通出水管5。

在该种技术方案中，处于地下深层的干热岩井4内设有金属换热器16，其内充注第一介质，利用金属换热器16外壁与干热岩层进行热交换，汲取热量，通过其内的管道连通至干热岩换热机15内的第二热介质通道18，通过干热岩换热机15内的第二冷介质通道19用户侧回水管及用户侧供回水管连通，从而将热量输送至用户侧热网系统。一般第一介质为水。金属换热器16内充注好经过软化除氧处理的循环水。干热岩井4的深度口径、干热岩换热机15组的容量根据各地地热资源的具体状况及建筑热负荷的具体情况来确定。深层干热岩换热系统运行时，干热岩换热机15内置第二循环泵20泵运转，将系统内的第二介质在金属换热器16的管道内和第二热介质通道18内循环，第二介质在高温岩层进行换热获得热量成为热介质，之后输送至第二热介质通道18内与第二冷介质通道1918里的冷水进行热交换后，变为冷的介质，循环泵将冷介质泵入干热岩井4内的金属换热器16管道内进行再次加热，循环不断热量输送至干热岩换热机15组。所述金属换热器可根据情况设置多个，其管道的两端分别与第二热介质通道的出口及进口连通。

在另一种技术方案中，所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，还包括软化补水系统，其包括：

软水器21，其硬水进口与自来水管连通，软水器21的两个软水出口分别通过一补水泵22与进水管2、第二热介质通道18连通。

在该种技术方案中，从自来水管开启，硬水从硬水进口进入软水器21，在其内被软化，然后补充给进水管或第二热介质通道18。

在另一种技术方案中，第一子管6上设置第一进水调节阀F3，第二子管7上设置有第二进水调节阀F2，第一分管8上设置有第一出水调节阀F4，第二分管9上设置有第二出水调节阀F1。

在该种技术方案中，根据用户侧的负荷需求与太阳能资源的逐时变化，调节各阀门开度，由干热岩集热系统与太阳能集热系统3分比例共同承担用户侧的采暖热需求。白天，太阳能资源充足时，阀门F3、F4开度增大，阀门F1、F2开度调小，由太阳能集热系统3承担大部分建筑采暖热负荷，不足部分由干热岩集热系统提供。早晚及夜间，太阳能资源不足时，阀门F1、F2开度增大，阀门F3、F4开度调小，由干热岩集热系统承担大部分或所有建筑采暖热负荷。

在另一种技术方案中，所述集热管13为多个，每个集热管13下方均设置有圆弧形聚光镜，多个集热管13的一端均连通所述第一热介质通道11的进口，第一热介质通道11的出口于多个集热管13的另一端均连通。

在该种技术方案中，设置多个集热管13，让太阳能集热系统3的集热效率更高。

在另一种技术方案中，

所述圆弧形聚光镜包括一对子聚光镜23，其相对设置；

所述集热管13通过固定支架25水平设置在一对子聚光镜23的之间的中部的正上方。

在该种技术方案中，将圆弧形聚光镜分为两块子聚光镜23，其中部有间隔的空间，以防止雨水汇集在圆弧形聚光镜的中部，并且中部的空间可以放置固定支架25，方便将集热管13固定。

在另一种技术方案中，所述太阳能集热系统3还包括清扫系统，其包括：

一对滑轨26，其平行间隔设置于地面，一对所述滑轨26平行于所述集热管13并位于其两侧；

一对滑杆27，其与所述滑轨26一一对应，所述滑杆27竖直设置且其下端均通过一滑块可滑动且不脱落的设置在对应的滑轨26内；

一对清扫刷28，其与所述一对子聚光镜23一一对应，所述清扫刷28为圆弧形，所述清扫刷28的上部为弧形板24，其下端固定有弧形海绵30，其下端贴合在对应的子聚光镜23上；

固定架29，其为倒U型，其两端分别连接一对清扫刷28的弧形板24上端中部，从而将所述一对清扫刷28固定为一整体结构；所述固定架29的水平部位于集热管上方且水平部的两端分别向外延伸并连接一对滑杆27的上端。

在该种技术方案中，灰尘、颗粒状物质覆盖在子聚光镜23的上表面，影响其反射效果，故需要定期清洁子聚光镜23，通过本清扫系统，推动一个滑杆27运动，带动整个清扫系统在集热管13长度方向滑动，进而使得一对清扫刷28的弧形海绵30擦干净一对子聚光镜23的上表面，弧形板24可以将固形物扫走。也可以通过电机带动滑杆27或人工推动，比人工手动擦子聚光镜23要高效。所述滑块与滑轨的形式在此不做限制，优选的是滑块为T形，所述滑轨为横向水平放置的方杆状，且滑轨的上表面内陷形成一倒T形凹槽，所述滑块恰好倒置于该倒T形凹槽，所述滑块的上端与滑杆下端固定连接即可。弧形海绵通过粘贴或者将弧形板下端面预制成一对夹板状，将弧形海绵夹在一对夹板内并通过螺栓将一对夹板夹紧。

在另一种技术方案中，所述滑轨比集热管长0.5-1m。

在该种技术方案中，在太阳能集热系统工作时，可将清扫装置移动至滑轨超出集热管的部分，以免清扫装置挡住太阳光。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，包括：水泵、进水管、太阳能集热系统、干热岩集热系统、出水管；用户侧回水管内的冷水通过水泵泵入进水管，并从与进水管连通的第一子管、第二子管分别流入太阳能集热系统、干热岩集热系统，冷水经过上述两个系统加热后分别通过第一分管、第二分管汇流入出水管，并流入与出水管连通的用户侧供水管。

2.如权利要求1所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热系统包括：

板式换热器，其内设置有第一热介质通道及第一冷介质通道；

集热管，其下方均设置有圆弧形聚光镜，其将太阳光折射至集热管上；集热管的一端连通第一热介质通道的进口，第一热介质通道的出口连通集热管的另一端，并通过第一循环泵以使得第一介质能在集热管和第一热介质通道内循环流动；

进水管的第一子管连通第一冷介质通道的进口，第一冷介质通道的出口通过第一分管连通出水管。

3.如权利要求2所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，所述干热岩集热系统包括：

干热岩换热机，其内设置有第二热介质通道及第二冷介质通道；

金属换热器，其设置在干热岩井内，金属换热器的管道的出口连通第二热介质通道的进口，金属换热器的管道的进口连通第二热介质通道的出口，并通过第二循环泵使得第二介质能在金属换热器的管道和第二热介质通道内循环流动；

进水管的第二子管连通第二冷介质通道的进口，第二冷介质通道的出口通过第二分管连通出水管。

4.如权利要求1所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，还包括软化补水系统，其包括：

软水器，其硬水进口与自来水管连通，软水器的两个软水出口分别通过一补水泵与进水管、第二热介质通道连通。

5.如权利要求1所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，第一子管上设置第一进水调节阀，第二子管上设置有第二进水调节阀，第一分管上设置有第一出水调节阀，第二分管上设置有第二出水调节阀。

6.如权利要求2所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，所述集热管为多个，每个集热管下方均设置有圆弧形聚光镜，多个集热管的一端均连通所述第一热介质通道的进口，第一热介质通道的出口于多个集热管的另一端均连通。

7.如权利要求2所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，

所述圆弧形聚光镜包括一对子聚光镜，其相对设置；

所述集热管通过固定支架水平设置在一对子聚光镜的之间的中部的正上方。

8.如权利要求7所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，所述太阳能集热系统还包括清扫系统，其包括：

一对滑轨，其平行间隔设置于地面，一对所述滑轨平行于所述集热管并位于其两侧；

一对滑杆，其与所述滑轨一一对应，所述滑杆竖直设置且其下端均通过一滑块可滑动且不脱落的设置在对应的滑轨内；

一对清扫刷，其与所述一对子聚光镜一一对应，所述清扫刷为圆弧形，所述清扫刷的上部为弧形板，其下端固定有弧形海绵，其下端贴合在对应的子聚光镜上；

固定架，其为倒U型，其两端分别连接一对清扫刷的弧形板上端中部，从而将所述一对清扫刷固定为一整体结构；所述固定架的水平部位于集热管上方且水平部的两端分别向外延伸并连接一对滑杆的上端。

9.如权利要求8所述的一种利用干热岩和太阳能互补的采暖系统，其特征在于，所述滑轨比集热管长0.5-1m。