CN210602306U - 一种地热能源井结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种地热能源井结构，在钻孔中安装有导热系数较高的换热管，所述换热管内充满水且完全密封，所述换热管与周边岩土只进行热交换、不进行水交换；在所述换热管内放置充满专用制冷剂的U型管，所述U型管内制冷剂与换热管内水进行热交换；在所述换热管外壁与钻孔内壁之间的环形空间内注入专用填充物。将U型管放置在换热管内，岩土压力由换热钢管承受，能源井深度设计不再需要考虑U型管承压参数；U型管安装在密封的换热管内，当U型管内制冷剂发生泄漏时，不会污染周边岩土和地下水；能够为热泵机组提供合适温度的恒稳定地温能，使机组运行效率不再受气温波动影响，彻底解决空气源热泵机组冬季制热/结霜化霜的行业难题。
Description
技术领域
本实用新型属于清洁可再生新能源开发利用领域，涉及地温能(浅层地热能)开发利用，具体涉及一种地热能源井结构。
背景技术
研究表明，形成于46亿年前的地球，在漫长的演化过程中，其内部聚集了大量的能量，其体积的99％在1000℃以上，其核心部位温度高达5000℃，地球内部的自生热能叫地热能。地热能经过地下岩土的层层阻隔，在地下数百米处降到25℃以下，这部分低温热能称之为地温能或浅层地热能。地温能储量巨大、可持续再生，且区域上分布均匀、时间上持续恒定，取之不尽用之不竭。地温能便于就地开发利用，是建筑采暖/制冷最安全可靠的新能源。
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，约占建筑物总能耗的50％。与气候条件相近的发达国家相比，我国建筑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，建筑能耗还将大幅上涨。我国建筑供暖主要采用燃煤或天然气，给环境和能源安全带来极大压力。
二十一世纪，人类进入绿色低碳发展时期，开发地温能为建筑物提供冷热源，夏季可以降低空调能耗，削峰填谷，冬季可以大幅提高空调供暖的舒适度，彻底解决空气源热泵机组在冬季制热时不断结霜/化霜的行业难题，降低煤和天然气等化石能源在建筑供暖所占比例，为打赢蓝天保卫战提供有力技术支撑。
实用新型内容
针对上述背景技术中不足，本实用新型的目的是提供一种地热能源井结构，可以高效稳定提取地温能，为建筑物提供稳定的冷热源。
为了实现以上目的，采用以下技术方案：
一种地热能源井结构，在钻孔中安装换热管，所述换热管内充满水且完全密封，所述换热管与周边岩土只进行热交换、不进行水交换；在所述换热管内放置充满专用制冷剂的U型管，所述U型管内制冷剂与换热管内水进行二次热交换；在所述换热管外壁与钻孔内壁之间的环形空间内注入专用填充物。
进一步地，所述换热管选用遵循下列原则：所述换热管材料导热系数大于周边岩土导热系数，所述换热管材料抗压强度与下管深度相匹配；所述换热管管径与钻孔直径相匹配；所述换热管连接方式要满足密封要求；所述换热管安装深度与钻孔深度一致。
进一步地，所述专用填充物符合以下特征：无污染、导热系数好、流动性好、凝结速度适中；所述专用填充物包括：水泥、砂、膨润土和絮凝剂。
进一步地，所述U型管由两根直管组成，所述直管底部由U形接头熔焊连通。
进一步地，所述专用制冷剂包括水或乙二醇的水溶液。
进一步地，所述U型管材质为聚乙烯或聚丁烯材料。
进一步地，所述U型管的直径小于所述换热管的内径，以便所述U型管能够安装在所述换热管内。
更进一步地，所述U型管的长度大于所述换热管的长度，且所述U型管超出所述换热管的部分置于所述换热管的顶端上部。
更进一步地，所述U型管顶端放置在地面以上，且所述U型管的出口与进口分别连接循环泵的进出水口。
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
1、用专用钻机钻井，在井中安装导热系数高的钢管做换热管，换热管底部焊接密封，接口采用焊接或丝扣连接，丝扣连接时需加密封胶。换热管外壁与钻孔内壁之间的环形空间注入专用填充料，以维护井壁和封闭地下水层，换热管长度与井深一致。
2、选择比换热管长1.8-2.3m的U型管，试压合格后，加装固管器，再充满专用制冷剂安装在换热管内。U型管底部用U头熔焊连接，U型管顶部放置在换热管外地面上，其出口与进口分别连接循环泵的进出水口，开启循环泵，制冷剂在U型管的顶部的进口一端进入，在U型管中先由上而下，再由下而上，并从顶部的出口一端引出，形成闭路循环，将地温能源源不断输送到机组。
与现有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型采用的换热管导热系数高，并可根据需要加大换热管直径，扩大换热管与岩土的换热面积，换热管内的水成为储存地温能的介质，与传统U 型管换热器相比，大幅提高了地温能提取效率和稳定性。
2、本实用新型将U型管放置在换热管内，岩土压力由换热钢管承受，能源井深度设计不再需要考虑U型管承压参数，可根据地热增温率和当地年平均气温，以获取20℃左右的恒定地温能为设计目标。
3、本实用新型U型管安装在密封的换热管内，当U型管内制冷剂发生泄漏时，不会污染周边岩土和地下水。同传统U型管相比，用制冷剂代替水，既可提高换热效率，还能防止暴露在空气中的U型管冬季结冰冻裂。
4、本实用新型U型管可以更换，其可修复性为系统的长期稳定运行提供了保障。
5、本实用新型的能源井能够为热泵机组提供合适温度的稳定地温能，使机组运行效率不再受气温波动影响，彻底解决空气源热泵机组在冬季制热时不断结霜/化霜的行业难题，使清洁供暖变得经济、灵活、舒适。
附图说明
图1为本实施例地热能源井结构的示意图。
附图说明：1-U型管；1a-进口；1b-出口；2-换热管；3-专用填充物；4-土壤层；5-基岩层；6-水；7-制冷剂；8-U形接头。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
实施例1
一种地热能源井结构，采用专用钻机钻井，采用XY-4钻机，
金刚石复合片钻头，井深设计在300m，地层结构为上覆30米第四系土壤层4，下覆白垩系红色泥质粉砂岩、砂岩的基岩层5。
在钻井中安装有导热系数较高的换热管2，所述换热管2选用
钢管，壁厚4mm、管长6m，换热管2内充满水且完全密封，所述换热管2与周边岩石、土壤只进行热交换、不进行水交换；位于井内底端的换热管2底口封闭，换热管2之间以丝扣连接，丝扣连接前加密封胶。
在所述换热管2与井壁的环形空间注入专用填充物3，以维护井壁和封闭地下水层；其中，所述专用填充物3组成如下：水泥35％、砂55％、膨润土5％和絮凝剂5％。
在所述换热管2内安装充满专用制冷剂7的U型管1，所述U型管1内制冷剂7与换热管2内水6进行热交换；
其中，制冷剂的成分为水70％、乙二醇30％。
其中，所述U型管1选用32PE管，将二根302米长的32PE管一端用U 形接头8熔焊连接，制成U型管1，注入制冷剂7，试压(试压压力为工作压力的1.5倍，采用水压试压，稳压至少15min，稳压后压力降不应大于3％，且无泄漏现象)合格后，将U型管1安装在所述换热管2内。
其中，进一步地，所述U型管1的直径小于所述换热管2的内径，以使所述U型管1能够安装在所述换热管2内。
更进一步地，所述U型管1的长度大于所述换热管2的长度，且所述U型管1超出所述换热管2的部分置于所述换热管2的顶端上部。
更进一步地，所述U型管1顶端放置在地面以上，且所述U型管1的出口 1b与进口1a分别连接循环泵的进出水口。
开启循环泵，制冷剂7在U型管1的顶部的进口1a一端进入，在U型管中由上而下，再由U型管1顶部的出口1b一端引出，形成闭路循环，并将地温能源源不断输送到机组。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种地热能源井结构，其特征在于，在钻孔中安装换热管，所述换热管内充满水且完全密封，所述换热管与周边岩土只进行热交换、不进行水交换；在所述换热管内放置充满专用制冷剂的U型管，所述U型管内制冷剂与换热管内水进行二次热交换；在所述换热管外壁与钻孔内壁之间的环形空间内注入专用填充物。
2.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述换热管选用遵循下列原则：所述换热管材料导热系数大于周边岩土导热系数，所述换热管材料抗压强度与下管深度相匹配；所述换热管管径与钻孔直径相匹配；所述换热管连接方式要满足密封要求；所述换热管安装深度与钻孔深度一致。
3.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述专用填充物符合以下特征：无污染、导热系数好、流动性好、凝结速度适中；所述专用填充物包括：水泥、砂、膨润土和絮凝剂。
4.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述U型管由两根直管组成，所述直管底部由U形接头熔焊连通。
5.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述专用制冷剂包括水或乙二醇的水溶液。
6.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述U型管材质为聚乙烯或聚丁烯材料。
7.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述U型管的直径小于所述换热管的内径，以便所述U型管能够安装在所述换热管内。
8.根据权利要求1所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述U型管的长度大于所述换热管的长度，且所述U型管超出所述换热管的部分置于所述换热管的顶端上部。
9.根据权利要求8所述的一种地热能源井结构，其特征在于，所述U型管与所述换热管的长度差在1.8-2.3m，所述U型管顶端放置在地面以上，且所述U型管的出口与进口分别连接循环泵的进出水口。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110425760A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-08 | 安徽省方舟科技开发有限责任公司 | 一种地热能源井结构及其建造方法 |
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- 2019-08-27 CN CN201921398691.XU patent/CN210602306U/zh active Active
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