一种无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统

1.本发明属于无干扰中深层地热供暖技术领域，具体涉及一种无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统。


背景技术：

2.目前，能源已经成为国家发展的关键所在，而大量使用化石能源会导致严重的环境问题。为实现2060年碳中和的战略目标，使用清洁能源替代化石能源成为大势所趋。中深层地热能具有热能稳定、恢复快等特点，与冬季供暖后，停泵几个月即可恢复储层温度，采用无干扰中深层同轴地热技术还能保护地下水资源，实现“取热不取水”。
3.由于，我国中
‑
高品位中深层地热资源分布存在差异，并不是每个地区的中深层地热都处于较高温度，存在地热资源的地区分布差异性。现有的无干扰中深层同轴地热工程，除工质换热外，未考虑其他强化换热措施，无法进一步利用清洁地热资源。并且，单一无干扰中深层同轴地热技术供暖面积有限，无法进一步利提高经济效益。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于提供一种无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统，以解决提高供暖面积和无干扰中深层同轴地热技术的换热能力的问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统，包括无干扰中深层同轴地热系统1、第一循环泵3、地源热泵6、供暖区8、第二循环泵10和多根水管，所述水管上分布多个阀门；
7.所述无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6存在串联和并联两种模式，能够通过控制水管上阀门的开启与关闭，使无干扰中深层同轴地热系统1、地源热泵6和供暖区8分别形成循环回路；
8.所述无干扰中深层同轴地热系统1能够连接第一循环泵3输送供暖水给地源热泵6，地源热泵6根据供暖区面积和/或多级阶梯供暖所需温度将水温加热至规定温度，供暖区8使用后低温水能够通过第二循环泵10流经地源热泵6返回无干扰中深层同轴地热系统1；所述述无干扰中深层同轴地热系统1还能通过第一循环泵3直接供给供暖区8，供暖区8使用后低温水通过第二循环泵10返回无干扰中深层同轴地热系统1。
9.进一步地，所述多根水管分别为水管ⅰ2、水管ⅱ4、水管ⅲ5、水管ⅳ7、水管
ⅴ
9、水管
ⅵ
11、水管
ⅶ
12和水管
ⅷ
13，水管ⅱ4上设有阀门ⅰ41和ⅱ阀门42，水管ⅲ5上设有阀门ⅲ51，水管ⅳ7上设有阀门ⅳ71，水管
ⅵ
11上设有阀门
ⅴ
111，水管
ⅶ
12上设有阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122，水管
ⅷ
13上设有阀门
ⅷ
131。
10.更进一步地，所述阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122关闭，阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131打开，则无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6之间构成回路且地源热泵6与供暖区8之间构成回路，关闭阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131，打开阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122，则无干扰中深层同轴地热系统1直接与供暖区8构成回路。
11.更进一步地，所述无干扰中深层同轴地热系统1包括固井水泥102、外管101、内管103和套管头105，且贯穿地层107，与地层107交换热量，外管101与地层107通过固井水泥固定102，内管103嵌套与外管101内，内管103与外管101之间形成环状空间108与套管头105连接用于进水，内管103内通道109与套管头105连接用于出水，内管103最底端为环状空间108与内管103内通道109之间的进水通道106，地层107能够对外管101和内管103之间的环状空间108中的循环水进行加热。
12.更进一步地，所述无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6之间构成回路，内管103出水口与套管头105连接，套管头105出口连接水管ⅰ2，水管ⅰ2与第一循环泵3的进口相连，第一循环泵3的出口与水管ⅲ5连接，水管ⅲ5与地源热泵6进口相连，地源热泵6出口连接水管
ⅷ
13，水管
ⅷ
13与套管头105连接，内管103与外管101之间的环状空间108进水口与套管头105相连，构成循环回路。
13.更进一步地，所述地源热泵6与供暖区8构成回路，地源热泵6出口与水管ⅳ7连接，水管ⅳ7与供暖区8进水口连接，供暖区8出水口与水管
ⅴ
9连接，水管
ⅴ
9与第二循环泵10的进口连接，第二循环泵10的出口与水管
ⅵ
11连接，水管
ⅵ
11与地源热泵6进口连接，构成循环回路。
14.更进一步地，所述无干扰中深层同轴地热系统1直接与供暖区8构成回路，内管103出水口与套管头105连接，套管头105出口连接水管ⅰ2，水管ⅰ2与第一循环泵3的进口相连，第一循环泵3的出口连接水管ⅲ5，供暖水经水管ⅲ5、水管ⅱ4、水管ⅳ7，水管ⅳ7与供暖区8进水口连接，供暖区8出水口与水管
ⅴ
9连接，水管
ⅴ
9与第二循环泵10的进口连接，第二循环泵10的出口与水管
ⅵ
11连接，回水经水管
ⅵ
11、水管
ⅶ
12、水管
ⅷ
13，水管
ⅷ
13与套管头105连接，内管103与外管101之间的环状空间108进水口与套管头105相连，构成循环回路。
15.进一步地，所述无干扰中深层同轴地热系统1的内管103为保温管，内管103外壁附有螺旋片104。
16.进一步地，所述螺旋片104采用尼龙、聚丙烯、聚氟乙烯或金属合金材料制作，螺旋片104与内管103进行高温熔接。
17.进一步地，所述供暖区8可存在多种形式的散热源及多阶梯供暖系统。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统，采用地源热泵与无干扰中深层同轴地热系统联合的方式进行供暖，有效解决地热资源分布差异性问题，提高供暖面积；采用带有螺旋片的新型内管，利用湍流强化换热原理，提高无干扰中深层同轴地热技术的换热能力，进一步强化地热资源的利用；使可再生能源的效能得到了充分的发挥，提高换热量，又能充分满足实际供暖需求，具有显著的环保节能效益及经济效益。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
21.图1为本发明的结构示意图。
22.图中，1.无干扰中深层同轴地热系统101.外管102.固井水泥103.内管104.螺旋片105.套管头106.进水通道107.地层108.环状空间109.内管内通道2.水管ⅰ3.第一循环泵4.水管ⅱ5.水管ⅲ6.地源热泵7.水管ⅳ8.供暖区9.水管
ⅴ
10.第二循环泵11.水管
ⅵ
12.水管
ⅶ
13.水管
ⅷ
41.阀门ⅰ42.阀门ⅱ51.阀门ⅲ71.阀门ⅳ111.阀门
ⅴ
121.阀门
ⅵ
122.阀门
ⅶ
131.阀门
ⅷ
。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本发明作进一步说明：
24.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.如图1所示，本发明无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统，由无干扰中深层同轴地热系统1、第一循环泵3、地源热泵6、供暖区8、第二循环泵10、水管ⅰ2、水管ⅱ4、水管ⅲ5、水管ⅳ7、水管
ⅴ
9、水管
ⅵ
11、水管
ⅶ
12、水管
ⅷ
13及阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111、阀门
ⅵ
121、阀门
ⅶ
122以及
ⅷ
131构成。
27.所述无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6存在串联和并联两种模式，无干扰中深层同轴地热系统1、地源热泵6和供暖区8分别形成循环回路；
28.所述水管ⅱ4、水管ⅲ5、水管ⅳ7、水管
ⅵ
11、水管
ⅶ
12、水管
ⅷ
13上分别分布有阀门ⅰ41和阀门ⅱ41、阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122及阀门
ⅷ
131。
29.所述无干扰中深层同轴地热系统1连接第一循环泵3输送供暖水给地源热泵6，地源热泵6能够根据供暖区面积和/或多级阶梯供暖所需温度将水温加热至规定温度，供暖区8使用后低温水能够通过第二循环泵10流经地源热泵6返回无干扰中深层同轴地热系统1。
30.本发明的一个实施例，所述无干扰中深层同轴地热联合地源热泵供暖系统，关闭阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122，打开阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131，则无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6之间构成回路且地源热泵6与供暖区8之间构成回路，关闭阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131，打开阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122，则无干扰中深层同轴地热系统1直接与供暖区8构成回路。
31.本发明的一个实施例，所述无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6之间构成回路，内管103出水口与套管头105连接，套管头105出口连接水管ⅰ2，水管ⅰ2与第一循环泵3的进口相连，第一循环泵3的出口与水管ⅲ5连接，水管ⅲ5与地源热泵6进口相连，地源热泵6出口连接水管
ⅷ
13，水管
ⅷ
13与套管头105连接，内管103与外管101之间的环状空间108进水口与套管头105相连，构成循环回路。
32.本发明的一个实施例，所述地源热泵6与供暖区8构成回路，地源热泵6出口与水管ⅳ7连接，水管ⅳ7与供暖区8进水口连接，供暖区8出水口与水管
ⅴ
9连接，水管
ⅴ
9与第二循
环泵10的进口连接，第二循环泵10的出口与水管
ⅵ
11连接，水管
ⅵ
11与地源热泵6进口连接，构成循环回路。
33.本发明的一个实施例，所述无干扰中深层同轴地热系统1直接与供暖区8构成回路，内管103出水口与套管头105连接，套管头105出口连接水管ⅰ2，水管ⅰ2与第一循环泵3的进口相连，第一循环泵3的出口连接水管ⅲ5，供暖水经水管ⅲ5、水管ⅱ4、水管ⅳ7，水管ⅳ7与供暖区8进水口连接，供暖区8出水口与水管
ⅴ
9连接，水管
ⅴ
9与第二循环泵10的进口连接，第二循环泵10的出口与水管
ⅵ
11连接，回水经水管
ⅵ
11、水管
ⅶ
12、水管
ⅷ
13，水管
ⅷ
13与套管头105连接，内管103与外管101之间的环状空间108进水口与套管头105相连，构成循环回路。
34.本发明的一个实施例，所述无干扰中深层同轴地热系统1包括固井水泥102、外管101、内管103、套管头105，且贯穿地层107，与地层107交换热量；所诉外管101与地层107通过固井水泥固定102；所诉内管103嵌套与外管101内，内管103与外管101之间形成环状空间108与套管头105连接用于进水，内管103内通道109与套管头105连接用于出水，内管103最底端为环状空间108与内管103内通道109之间的进水通道106。
35.本发明的一个实施例，所述无干扰中深层同轴地热系统1的内管103为保温管，内管103外壁附有螺旋片104。
36.本发明的一个实施例，所述螺旋片104采用尼龙、聚丙烯、聚氟乙烯或金属合金材料制作。
37.本发明的一个实施例，所述螺旋片104与内管103进行高温熔接。
38.本发明的一个实施例，所述供暖区8可存在多种形式的散热源(生活用水、中央空调、地暖和暖气片等)及多阶梯供暖系统。
39.本发明采用地源热泵与无干扰中深层同轴地热系统联合的方式进行供暖，有效解决地热资源分布差异性问题，提高供暖面积，提高经济效益；采用带有螺旋片的新型内管，利用湍流强化换热原理，提高无干扰中深层同轴地热技术的换热能力，进一步强化地热资源的利用。
40.实施例1
41.无干扰中深层同轴地热系统1直接作为供热源，此种工况适用于该地区地热层温度高，该工况下阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131处于关闭状态，阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122开启，无干扰中深层同轴地热系统1中地层107对外管101和内管103之间的环状空间108中的循环水进行加热，加热后的循环水由第一循环泵3从内管内通道109抽出，直接供给供暖区8，供暖区8通过多级阶梯供暖系统或其他装置利用后，回水由第二循环泵10输送回环状空间108重新由地层107加热，完成一个供热循环。
42.实施例2
43.无干扰中深层同轴地热系统1与地源热泵6联合供热，此种工况适用于该地区地层温度不高或者需要增加供暖面积，该工况下阀门ⅰ41、阀门ⅱ42、阀门
ⅵ
121和阀门
ⅶ
122处于关闭状态，阀门ⅲ51、阀门ⅳ71、阀门
ⅴ
111和阀门
ⅷ
131开启，无干扰中深层同轴地热系统1中地层107对外管101和内管103之间的环状空间108中的循环水进行加热，加热后的循环水由第一循环泵3从内管内通道109抽出，由地源热泵6进行加热至规定温度后输送给供暖区8，供暖区8通过多级阶梯供暖系统或其他装置利用后，回水由第二循环泵10输送，经地
源热泵6，返回回环状空108，重新由地层107加热，完成一个供热循环。
44.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。