CN211876152U - 一种中深层地埋管换热装置及供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地热能源利用技术领域，提供一种中深层地埋管换热装置及供热系统，包括埋入地下的第一管、第二管、第三管，第一管、第二管为竖直方向设置，第一管、第二管的底端通过水平设置的第三管连通；所述第一管、第二管、第三管的周围有回填料层，第二管上部周围的回填料层的导热系数小于下部周围回填料层的导热系数。第一管、第二管、第三管组成的U型管路与地下高温岩土层换热时间加长，提高了换热介质出来地面后的温度。第二管上部时采用低导热系数回填料，有利于提高换热介质的出地面后的温度。设置多个中深层地埋管换热装置，进一步提高热换热装置的出水温度。增设地热源直接供热管路，直接利用地埋管换热装置的出水来供暖，节约能源。

Description

一种中深层地埋管换热装置及供热系统

技术领域

本实用新型涉及地热能源利用技术领域，尤其涉及一种中深层地埋管换热装置及供热系统。

背景技术

背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

地源热泵系统利用地下介质的能量对建筑物进行制冷和供暖，具有节能和环保的优势，是一种可再生能源系统。地埋管换热器是地源热泵区别于其他类型热泵的主要标志，目前主要以地下深度在50m-200m的浅层地热能为冷热源，采用钻孔并埋设换热管的方式。由于地埋管较浅，一个工程项目往往需要多个钻孔埋管，故需要一定的土地面积进行布孔；二是对于冷热负荷不平衡的情况，尤其是单供冷或单供热的地区，地下介质的温度逐年变化明显，而使地下的热交换效果逐渐变差。近些年，中深层地热能利用技术不断被探索，地埋管占地大大减少，而且利用土壤的温度显著提高，地下温度基本稳定，适合于单供热的情况。相对于水热型的中深层地热系统，中深层地埋管换热器技术采用闭式埋管循环系统，故对地质条件要求的限制比较少，可以灵活应用于多种地质条件。避免了开式系统与地下水或岩层的直接接触或质传递，从而避免了对地下水的生物化学方面的影响。

在中深层地埋管换热器的应用中，套管式地埋管首先被提出，将具有相同圆心的圆形立管进行内外嵌套使用，外管和内管分别为钢管和塑料管，钢管的导热系数较大且硬度高，有利于管内循环液与地下介质的换热，而且作为套管外围护部件，起到良好的固定作用。循环液从内外管之间的空隙流入套管，经过与地下介质的换热后，从内管返回流出。

发明人发现，套管式地埋管换热器虽然实现了中深层地热能的有效利用，但由于仅在一个钻孔内布置套管，供热能力能够无法满足具有较多面积的建筑物，且循环液的出水难以连续保持较高温度。

发明内容

本实用新型为解决目前套管式地埋管换热器供热能力能够无法满足具有较多面积的建筑物，循环液的出水难以连续保持较高温度的问题。提出一种中深层地埋管换热系统，通过将套管式井地埋管换热器替换为U型井式地埋管换热器，提高换热能力，满足供热需求。

为了达到上述目的，本实用新型的一个或多个实施例提供了下述技术方案：

一种中深层地埋管换热装置，包括设置于地表以下的第一孔、第二孔、第三孔，在所述第一孔、第二孔、第三孔内分别设置第一管、第二管、第三管；

第一孔、第二孔竖直方向设置，第三孔水平设置；

第三管的一端连通第一管底端，另一端连通第二管底端；

所述第一管、第二管、第三管的周围有回填料层，其中第二管上部周围的回填料层的导热系数较小；

所述第一孔、第二孔、第三孔的孔壁为岩土层，在第一孔、第二孔、第三孔的孔壁分别与第一管、第二管、第三管的外壁之间填充有所述回填料层。

进一步的改进，所述第一管有流通向下的换热介质，所述第二管有流通向上的换热介质，第三管中的换热介质由第一管底端流向第二管底端。

进一步的改进，所述第一管、第三管周围，以及第二管下部周围填充第一回填料层，第二管上部的周围填充第二回填料层，所述第二回填料层的导热系数小于第一回填料层的导热系数。

进一步的改进，所述第一管、第二管的长度在1500m到3000m之间，所述第三管的长度在50m到600m之间。

进一步的改进，在第一管、第二管的出口均设置温度计、流量计。

本实用新型另一个实施例提供一种中深层地埋管供热系统，包括上述的中深层地埋管换热装置，所述第一管、第二管的管口与供热管路通过连接管件固定连通。

进一步的改进，所述供热管路包括地热源循环供热管路、热泵机组循环供热管路、热泵机组、供热终端；

地热源循环供热管路，从第二管管口开始依次设置第一流量计、第一温度计后连接热泵机组，然后从热泵机组出发依次连接第三阀门、第二温度计、第一水泵，最终与第一管管口连接；

热泵机组循环供热管路，从热泵机组出发依次经过第五阀门、第三温度计、第二水泵，进入供暖终端，然后从供暖终端出发，依次经过第三流量计、第四温度计、第六阀门，然后连接热泵机组。

进一步的改进，所述供热管路还包地热源直接供热管路，所述地热源直接供热管路，从热泵机组循环供热管路的第二管所在支路引出，依次设置第一流量计、第一温度计、第一阀门、第三水泵，接入供热终端，然后从供热终端出发，依次设置第二流量计、第二阀门、第二温度计、第一水泵后，接入热泵机组循环供热管路的第一管所在支路。

进一步的改进，所述中深层地埋管换热装置有至少两个，中深层地埋管换热装置之间并联，共用一套供热管路。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案的有益效果：

1)相对于传统的套管式换热装置由于在最深处设置了水平的第三管及在竖直方向设置了第二管，与地下高温岩土层换热时间大大加长，大幅提高了换热介质出来地面后的温度。

2)通过在第二管上部时采用低导热系数回填料，起到保温作用，有利于提高换热介质的出地面后的温度。

3)设置多个中深层地埋管换热装置，共用一套供热管路，进一步提高热换热装置的出水温度。

4)通过增设地热源直接供热管路，当地埋管换热装置的出水温度足够高，可以满足直接供暖需求时，直接利用地埋管换热装置的出水来给供暖终端供暖。不用开启热泵机组，节约了能源。

附图说明

图1为本实用新型实施例的中深层地埋管换热装置及供热系统示意图；

其中：1第一管，2岩土层，3第一孔，4第三管，5第三孔，6第二孔， 7第一回填料层，8第二回填料层，9第二管，10地面，11第一流量计，12 第一温度计，13第一阀门，14第三水泵，15建筑物，16供热终端，17 第二流量计，18第二阀门，19第二温度计，20第一水泵，21第三阀门， 22第四阀门，23第五阀门，24第三温度计，25第二水泵，26第三流量计， 27第四温度计，28第六阀门，29热泵机组。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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发明和简化描述，而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发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例1提供一种中深层地埋管换热装置，如图1的地下部分，包括地表以下的第一孔3、第二孔6、第三孔5，在所述第一孔、第二孔、第三孔内分别设置第一管1、第二管9、第三管4。第一管1、第二管9为竖直方向设置，第一管1、第二管9的底端通过水平设置的第三管4连通。

第一管1、第二管9、第三管4分别设置在第一孔3、第二孔6、第三孔5 内。第一孔3、第二孔6、第三孔5的孔壁为岩土层2，在第一孔、第二孔、第三孔的孔壁分别与第一管、第二管、第三管的外壁之间具有所述回填料层。

所述第一管、第二管的长度在1500m到3000m之间，所述第三管的长度在 50m到600m之间。

在第一管1内有流通向下的换热介质，换热介质一般采用水，所述第二管 9内有流通向上的换热介质，第三管4内的换热介质由第一管底端流向第二管底端。

这样，第一管、第二管、第三管组成的管路呈U型，这种U型的换热装置相对于传统的套管式换热装置由于在最深处设置了水平的第三管及在竖直方向设置了第二管，与地下高温岩土层换热时间大大加长，大幅提高了换热介质出来地面后的温度。

在所述第一管、第三管周围，以及第二管下部周围填充第一回填料层7，第二管上部的周围填充第二回填料层8，所述第二回填料层8的导热系数小于第一回填料层7的导热系数。

由于换热介质在进入第一管、第三管后温度升高，进入第二管的上部时，介质温度已高于周围岩土层温度，为了加强换热，在第一管、第三管、第二管的下部采用换热系统高的回填料，而在第二管上部时采用低导热系数回填料，起到保温作用，有利于提高换热介质的出地面后的温度。

在第一管、第二管的出口均设置温度计、流量计，对温度、流量进行监控。

本实施提供的中深层地埋管换热装置，相对于现有的套管换热的方式，在最深处设置了水平的第三管和增加了竖直方向的第二管，与地下高温岩土层换热时间大大加长，大幅提高了换热介质出来地面后的温度。

并且将回填料层份为两部分，第二管上部分回填料层导热系数低，起到保温作用，进一步提高了地面出水温度。

实施例2

本实施例2提供一种中深层地埋管供热系统，包括实施例1的中深层地埋管换热装置，所述第一管、第二管的管口与供热管路通过连接管件固定连通。供热管路包括地热源循环供热管路、热泵机组循环供热管路、地热源直接供热管路、热泵机组、供热终端。

具体如图1所示，所述第一管、第二管的管口与供热管路通过连接管件固定连通，供热管路包括供热终端16，供热终端16位于建筑物15内。

地热源循环供热管路，从第二管管口开始依次设置第一流量计11、第一温度计12后连接热泵机组29，然后从热泵机组29出发依次连接第三阀门21、第二温度计19、第一水泵20，最终与第一管管口连接。

热泵机组循环供热管路，从热泵机组出发依次经过第五阀门23、第三温度计24、第二水泵25，进入供暖终端16，然后从供暖终端16出发，依次经过第三流量计26、第四温度计27、第六阀门28，然后连接热泵机组。

地热源直接供热管路，从热泵机组循环供热管路的第二管所在支路引出，依次设置第一流量计11、第一温度计12、第一阀门13、第三水泵14，接入供热终端16，然后从供热终端16出发，依次设置第二流量计17、第二阀门18、第二温度计19、第一水泵20，接入热泵机组循环供热管路的第一管所在支路。

一般情况下，地热源循环供热管路与热泵机组循环供热管路运行。

具体为：第一阀门13、第二阀门18关闭，第三阀门21、第四阀门22、第五阀门23、第六阀门28开启。经地热加热的水从第二管管口出来后，依次经过第一流量计11、第一温度计12后流入热泵机组29换热，换热后从热泵机组29 流出依次连接第三阀门21、第二温度计19、第一水泵20，最终回到第一管管口。

水在热泵机组29吸收热量并进一步加热后，依次经过第五阀门23、第三温度计24、第二水泵25，进入供暖终端16，然后从供暖终端16出发，依次经过第三流量计26、第四温度计27、第六阀门28，然后回到热泵机组29。

整个过程中，地热的热量通过热泵机组进行热交换，热泵机组进一步提高热量质量(液体温度)后供给供暖终端。

有些情况，地埋管换热装置的出水温度足够高，可以满足直接供暖需求，此时热泵机组循环供热管路停止运行，开启地热源直接供热管路。

具体为：第一阀门13、第二阀门18开启，第三阀门21、第四阀门22、第五阀门23、第六阀门28关闭。经地热加热的水不经过热泵机组，依次经过第一流量计11、第一温度计12、第一阀门13、第三水泵14后，进入供热终端16，然后从供热终端16出发，依次经过第二流量计17、第二阀门18、第二温度计 19、第一水泵20后，回到热泵机组循环供热管路的第一管所在支路，最终接通第一管管口。

通过增设地热源直接供热管路，当地埋管换热装置的出水温度足够高，可以满足直接供暖需求时，直接利用地埋管换热装置的出水来给供暖终端供暖，不用开启热泵机组，节约了能源。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种中深层地埋管换热装置，其特征在于，包括设置于地表以下的第一孔、第二孔、第三孔，在所述第一孔、第二孔、第三孔内分别设置第一管、第二管、第三管；

第一孔、第二孔竖直方向设置，第三孔水平设置；

第三管的一端连通第一管底端，另一端连通第二管底端；

所述第一管、第二管、第三管的周围有回填料层，其中第二管上部周围的回填料层的导热系数小于第二管下部周围回填料层的导热系数。

2.根据权利要求1所述的中深层地埋管换热装置，其特征在于，所述第一孔、第二孔、第三孔的孔壁为岩土层，在第一孔、第二孔、第三孔的孔壁分别与第一管、第二管、第三管的外壁之间填充有所述回填料层。

3.根据权利要求2所述的中深层地埋管换热装置，其特征在于，所述第一管有流通向下的换热介质，所述第二管有流通向上的换热介质，第三管中的换热介质由第一管底端流向第二管底端。

4.根据权利要求2所述的中深层地埋管换热装置，其特征在于，所述第一管、第三管周围，以及第二管下部周围填充第一回填料层，第二管上部的周围填充第二回填料层，所述第二回填料层的导热系数小于第一回填料层的导热系数。

5.根据权利要求2所述的中深层地埋管换热装置，其特征在于，所述第一管、第二管的长度在1500m到3000m之间，所述第三管的长度在50m到600m之间。

6.根据权利要求4所述的中深层地埋管换热装置，其特征在于，在第一管、第二管的出口均设置温度计、流量计。

7.一种中深层地埋管供热系统，其特征在于，包括如权利要求1-6之一所述的中深层地埋管换热装置，所述第一管、第二管的管口与供热管路通过连接管件固定连通。

8.根据权利要求7所述的中深层地埋管供热系统，其特征在于，所述供热管路包括地热源循环供热管路、热泵机组循环供热管路、热泵机组、供热终端；

地热源循环供热管路，从第二管管口开始依次设置第一流量计、第一温度计后连接热泵机组，然后从热泵机组出发依次连接第三阀门、第二温度计、第一水泵，最终与第一管管口连接；

热泵机组循环供热管路，从热泵机组出发依次经过第五阀门、第三温度计、第二水泵，进入供暖终端，然后从供暖终端出发，依次经过第三流量计、第四温度计、第六阀门，然后连接热泵机组。

9.根据权利要求8所述的中深层地埋管供热系统，其特征在于，所述供热管路还包地热源直接供热管路，所述地热源直接供热管路，从热泵机组循环供热管路的第二管所在支路引出，依次设置第一流量计、第一温度计、第一阀门、第三水泵，接入供热终端，然后从供热终端出发，依次设置第二流量计、第二阀门、第二温度计、第一水泵后，接入热泵机组循环供热管路的第一管所在支路。

10.根据权利要求8所述的中深层地埋管供热系统，其特征在于，所述中深层地埋管换热装置有至少两个，中深层地埋管换热装置之间并联，共用一套供热管路。

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