CN209926635U - 增强型地埋管换热器综合利用系统 - Google Patents

增强型地埋管换热器综合利用系统 Download PDF

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江倩
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Abstract

本实用新型提出一种增强型地埋管换热器综合利用系统，该系统包括套管式换热器侧供热循环回路、热泵机组空调侧供热循环回路、热泵机组空调侧供冷循环回路、热泵机组空调侧供冷循环回路、热泵机组地埋管侧供热循环回路、热泵机组地埋管侧供冷循环回路、太阳能侧供热循环回路、太阳能集热循环回路、抽‑回灌井循环回路。本实用新型通过中深层地埋管换热器井下换热，给地板辐射采暖系统直接供热暖，实现“取热不取水”。同时，土壤源热泵系统增加抽‑回灌井，夏季制冷，冬季供热；太阳能作为辅助热源，增强土壤源热泵系统热交换。

Description

增强型地埋管换热器综合利用系统
技术领域
本实用新型涉及能源综合利用领域的地埋管系统，特别是一种深层地埋管系统、浅层地源热泵系统及太阳能辅助系统联合供热、供冷及生活热用水的增强型地埋管换热器综合利用系统。
背景技术
能源是人类社会生活和发展的物质基础，一直为世界各国所重视。我国既是能源消费大国，也是能源生产大国。而我国能源消费主要是以石油、煤炭和天然气为主，造成严重的环境污染。因此，加大可再生能源的使用，改善能耗结构，推动经济和社会可持续发展。
地热能是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。浅层和水热型地热能在我国储量丰富，其中水热型地热能作为地热能的重要组成部分，是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有分布广，储量大，清洁环保，稳定可靠等特点，是目前地热开发与利用的重要推进方向。
地热井在我国得到了广泛发展，同时其抽回灌不均衡问题较为突出，不仅造成水资源浪费，还会使地下水位下降。本实用新型将中深层地埋管与地源热泵结合，以太阳能为辅助系统，探索一种高效、环保的地热能综合利用系统。针对土壤“冷、热堆积”问题以及埋管间“热短路”、“热干扰”问题，设置耦合抽灌井的浅层地埋管换热井群；在响应国家“采灌均衡，取热不取水”的号召下，设置中深层地埋管井下换热器，开拓了水热型地热能的利用领域，以利于能源可持续发展。本实用新型将结合浅层地源热泵系统，全面促进水热型地热能利用，有效缓解地热水采灌不均衡以及土壤热失衡问题。经检索已经公开的中国专利文献，尚无该方向的相关专利文件。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增强型地埋管换热器综合利用系统，以中深层地埋管换热器系统为主，浅层地源热泵和太阳能系统作为辅助热源，实现“井下换热”，有效缓解地热水抽回灌不均衡以及浅层土壤”冷、热堆积”的问题。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种增强型地埋管换热器综合利用系统，其特征在于：该系统包括地板辐射采暖系统(1)、第一电磁阀(2)、套管式换热器侧循环水泵(3)、套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)、加压泵(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、换热器A (9)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、回灌井(12)、地回灌井(13)、埋管换热器井群(14)、温度传感器(15)、变频潜水泵(16)、抽水井(17)、地埋管侧循环水泵(18)、第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第九电磁阀(23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)、室内空调系统(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)、第十四电磁阀(31)、换热器C(32)、第十五电磁阀(33)、第十六电磁阀(34)、蓄热水箱(35)、第十七电磁阀(36)、第十八电磁阀(37)、集热循环水泵(38)、集热器 (39)；
所述的套管式换热器内管(4)依次与套管式换热器侧循环水泵(3)、第一电磁阀(2)、地板辐射采暖系统(1)、第二电磁阀(7)、换热器A(9)、第三电磁阀(8)、加压泵(6)相连回到套管式换热器外管(5)构成套管式换热器侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十四电磁阀(31)、板式换热器C(32)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十二电磁阀 (29)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的地埋管换热器(14)依次与地埋管侧循环水泵 (18)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第五电磁阀(11)、换热器A(9)、第四电磁阀(10)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器井群(14)依次与地埋管侧循环水泵(18)、第九电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14) 构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与第六电磁阀(34)、换热器C(32)、第十五电磁阀(33)相连回到蓄热水箱(35)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与集热循环水泵(38)、集热器(39)相连回到蓄热水箱(35)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(17)依次与变频潜水泵(16)、第六电磁阀(19)、第十电磁阀(24)、回灌井加压泵(12)、回灌井(13)相连构成抽-回灌井循环回路；冷水通过第十八电磁阀(37)进蓄热水箱(35)，生活热用水通过第十七电磁阀(36)从蓄热水箱(35)流出；在地埋管换热器井群(14)周围土壤设置温度传感器(15)。
而且，所述的套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)置于地下底界埋深2000-3000m；所述的回灌井(12)、地回灌井(13)、埋管换热器井群(14)置于地下底界埋深100-200m。
本实用新型的优点和有益效果为：
1、本实用新型增强型地埋管换热器综合利用系统，充分利用套管式换热器实现“井下换热”，解决了中深层地热水采灌不均衡的问题，实现能源的循环高效利用。
2、本实用新型增强型地埋管换热器综合利用系统，在土壤源热泵的基础上，设置抽-回灌井，使地下水强制渗流，强化了土壤传热过程，提高了地埋管换热系统的运行效率。
3、本实用新型增强型地埋管换热器综合利用系统，以太阳能作为辅助热源，通过增加板式换热器，利用太阳能提供的热水进行换热，实现太阳能的充分利用，提高系统的经济效益。
4、本实用新型增强型地埋管换热器综合利用系统，将中深层地热能与浅层地热能相结合，充分利用了可再生低品位能源，实现全年的供热、供冷及生活用热水，有效提高能源的利用率，减少能源消耗，使系统具有较好的经济效益与环境效益。
附图说明
图1是本实用新型增强型地埋管换热器综合利用系统的示意图。
图中：1-地板辐射采暖系统、2-第一电磁阀、3-套管式换热器侧循环水泵、4-套管式换热器内管、5-套管式换热器外管、6-加压泵、7-第二电磁阀、8-第三电磁阀、 9-换热器A、10-第四电磁阀、11-第五电磁阀、12-回灌加压泵、13-回灌井、14-地埋管换热器井群、15-温度传感器、16-变频潜水泵、17-抽水井、18-地埋管侧循环水泵、 19-第六电磁阀、20-第七电磁阀、21-换热器B、22-第八电磁阀、23-第九电磁阀、24- 第十电磁阀、25-第十一电磁阀、26-热泵机组、27-空调侧循环水泵、28-室内空调系统、29-第十二电磁阀、30-第十三电磁阀、31-第十四电磁阀、32-换热器C、33-第十五电磁阀、34-第十六电磁阀、35-蓄热水箱、36-第十七电磁阀、37-第十八电磁阀、 38-集热循环水箱、39-集热器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种增强型地埋管换热器综合利用系统，包括套管式换热器侧供热循环回路、热泵机组空调侧供热、供冷循环回路，热泵机组地埋管侧供热、供冷循环回路，太阳能供热、集热循环回路和抽-回灌井循环回路。如图1所示，其该系统包括地板辐射采暖系统(1)、第一电磁阀(2)、套管式换热器侧循环水泵(3)、套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)、加压泵(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、换热器A (9)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、回灌井(12)、地回灌井(13)、埋管换热器井群(14)、温度传感器(15)、变频潜水泵(16)、抽水井(17)、地埋管侧循环水泵(18)、第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第九电磁阀(23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)、室内空调系统(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)、第十四电磁阀(31)、换热器C(32)、第十五电磁阀(33)、第十六电磁阀(34)、蓄热水箱(35)、第十七电磁阀(36)、第十八电磁阀(37)、集热循环水泵(38)、集热器 (39)；
套管式换热器内管(4)依次与套管式换热器侧循环水泵(3)、第一电磁阀(2)、地板辐射采暖系统(1)、第二电磁阀(7)、换热器A(9)、第三电磁阀(8)、加压泵(6)相连回到套管式换热器外管(5)构成套管式换热器侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十四电磁阀(31)、板式换热器C(32)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十二电磁阀(29)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的地埋管换热器井群(14)依次与地埋管侧循环水泵(18)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第五电磁阀(11)、换热器A(9)、第四电磁阀(10)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器井群(14)依次与地埋管侧循环水泵(18)、第九电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14)构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与第六电磁阀(34)、换热器 C(32)、第十五电磁阀(33)相连回到蓄热水箱(35)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与集热循环水泵(38)、集热器(39)相连回到蓄热水箱 (35)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(17)依次与变频潜水泵(16)、第六电磁阀(19)、第十电磁阀(24)、回灌井加压泵(12)、回灌井(13)相连构成抽- 回灌井循环回路；冷水通过第十八电磁阀(37)进蓄热水箱(35)，生活热用水通过第十七电磁阀(36)从蓄热水箱(35)流出；在地埋管换热器井群(14)周围土壤设置温度传感器(15)。
套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)置于地下底界埋深2000-3000m；所述的回灌井(12)、地回灌井(13)、埋管换热器井群(14)置于地下底界埋深 100-200m。
上述增强型地埋管换热器综合利用系统的运行方式，包括如下步骤：
1)供暖初期：供暖初期关闭抽-回灌井循环回路，开启第一电磁阀(2)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、第九电磁阀(23)、第十三电磁阀(30)、第十四电磁阀(31)、第十五电磁阀(33)和第十六电磁阀(34)、第十七电磁阀(36)第十八电磁阀(37)，关闭第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、第八电磁阀(22)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(29)，中深层套管式换热器和单一的土壤源热泵系统供暖，太阳能热泵系统提供的热水一部分通过蓄热水箱(35)连接板式换热器C(32)换热，一部分通过第十八电磁阀(37) 用于生活用热水；
2)供暖中期：当土壤源热泵系统运行一段时间，温度传感器(15)监测到地埋管换热器井群(14)的土壤温度小于初始温度2℃时，打开第十电磁阀(24)，开启抽-回灌井，在抽水井变频潜水泵(16)与回灌加压泵(12)的作用下，打开第六电磁阀(19)，关闭第七电磁阀(20)，使含水层出现强制对流；防止“冷堆积”；
3)供暖末期：供暖末期关闭第十电磁阀(24)，停止抽-回灌井的运行；
4)春季运行模式：春秋季间歇期开启第十七电磁阀(36)和第十八电磁阀(37)，关闭第一电磁阀(2)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、第八电磁阀(22)、第九电磁阀 (23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀 (30)、第十四电磁阀(31)、第十五电磁阀(33)、第十六电磁阀(34)，关闭抽-回灌井和土壤源热泵系统，太阳能热泵系统只提供生活热用水；
5)制冷初期：制冷初期关闭抽-回灌井，关闭第一电磁阀(2)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、第八电磁阀(22)、第十电磁阀(24)、第十三电磁阀(30)、第十四电磁阀(31)、第十五电磁阀(33)、第十六电磁阀(34)、开启第九电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(29)和第十七电磁阀(36)、第十八电磁阀(37)，单一的使用土壤源热泵系统制冷，太阳能热泵系统只提供生活热用水；
6)制冷中期：当系统运行一段时间之后，温度传感器(15)监测到地埋管换热器井群(14)的土壤温度大于初始温度2℃时，打开第七电磁阀(24)，开启抽-回灌井，在变频潜水泵(16)与回灌加压泵(12)的作用下，使含水层进行强制对流，防止“热堆积”；
7)制冷末期：制冷末期关闭第七电磁阀(24)，停止抽-回灌井的运行；
8)系统运行期：地埋管换热器井群(14)的进、出水温差分别小于5℃、3℃时，打开第七电磁阀(20)与第八电磁阀(22)，关闭第六电磁阀(19)与第九电磁阀(23)，在抽水井变频潜水泵(16)与回灌加压泵(12)的作用下，地下水进入板式换热器(21) 与地埋管换热器井群(14)中循环溶液换热。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (2)

1.一种增强型地埋管换热器综合利用系统，其特征在于：该系统包括地板辐射采暖系统(1)、第一电磁阀(2)、套管式换热器侧循环水泵(3)、套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)、加压泵(6)、第二电磁阀(7)、第三电磁阀(8)、换热器A(9)、第四电磁阀(10)、第五电磁阀(11)、回灌井加压泵(12)、回灌井(13)、埋管换热器井群(14)、温度传感器(15)、变频潜水泵(16)、抽水井(17)、地埋管侧循环水泵(18)、第六电磁阀(19)、第七电磁阀(20)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第九电磁阀(23)、第十电磁阀(24)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)、室内空调系统(28)、第十二电磁阀(29)、第十三电磁阀(30)、第十四电磁阀(31)、换热器C(32)、第十五电磁阀(33)、第十六电磁阀(34)、蓄热水箱(35)、第十七电磁阀(36)、第十八电磁阀(37)、集热循环水泵(38)、集热器(39)；
所述的套管式换热器内管(4)依次与套管式换热器侧循环水泵(3)、第一电磁阀(2)、地板辐射采暖系统(1)、第二电磁阀(7)、换热器A(9)、第三电磁阀(8)、加压泵(6)相连回到套管式换热器外管(5)构成套管式换热器侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十四电磁阀(31)、板式换热器C(32)、第十三电磁阀(30)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供热循环回路；所述的室内空调系统(28)依次与第十二电磁阀(29)、热泵机组(26)、空调侧循环水泵(27)相连回到室内空调系统(28)构成热泵机组空调侧供冷循环回路；所述的埋管换热器井群(14)依次与地埋管侧循环水泵(18)、换热器B(21)、第八电磁阀(22)、第五电磁阀(11)、换热器A(9)、第四电磁阀(10)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14)构成热泵机组地埋管侧供热循环回路；所述的地埋管换热器井群(14)依次与地埋管侧循环水泵(18)、第九电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、热泵机组(26)相连回到地埋管换热器井群(14)构成热泵机组地埋管侧供冷循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与第十六电磁阀(34)、换热器C(32)、第十五电磁阀(33)相连回到蓄热水箱(35)构成太阳能侧供热循环回路；所述的蓄热水箱(35)依次与集热循环水泵(38)、集热器(39)相连回到蓄热水箱(35)构成太阳能集热循环回路；所述的抽水井(17)依次与变频潜水泵(16)、第六电磁阀(19)、第十电磁阀(24)、回灌井加压泵(12)、回灌井(13)相连构成抽-回灌井循环回路；冷水通过第十八电磁阀(37)进蓄热水箱(35)，生活热用水通过第十七电磁阀(36)从蓄热水箱(35)流出；在地埋管换热器井群(14)周围土壤设置温度传感器(15)。
2.根据权利要求1所述的增强型地埋管换热器综合利用系统，其特征在于：所述的套管式换热器内管(4)、套管式换热器外管(5)置于地下底界埋深2000-3000m；所述的回灌井加压泵(12)、回灌井(13)、埋管换热器井群(14)置于地下底界埋深100-200m。
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