一种中深层地热能应用系统的制作方法

1.中深层地热“取热不取水”是可再生能源发展规划的鼓励技术。改进中深层地热的采热技术，成为地热资源可持续发展探索的方向。可采用单井同轴管闭式换热技术和u型对接井闭式换热技术实现“取热不取水”。地热井使用寿命长，运行成本低。热泵与地下热储合理匹配和中心管保温性能的提高是系统高效可靠运行的基础。


背景技术：

2.中深层地热取水温度高，但在循环过程中，散热明显，直接利用困难。通过水源热泵提取地热，维持较高的蒸发侧温度和近满负荷工作时压缩机耗能小，制热cop高。取热及用热循环泵变频控制与机组负荷配合有助于热泵系统综合能效的提升。冷凝侧与蒸发侧的蓄热为热泵高效运行创造了有利条件。


技术实现要素：

3.中深层地热的温度相比浅层地热稳定，采暖初期取热温度较高，可达50
°
c以上，后期取热温度25-30
°
c之间。水源热泵蒸发侧入口温度不宜高于25
°
c，较高的温度有利于能效的提高。高效提取中深层地热需要减少管道的热损失和循环泵在较小流量下的低阻节能运行。
4.表1:高温型水源热泵制热运行参数(额定制热量600kw最高出水温度60
°
c)高温型水源热泵制热时负荷率为100%时cop最高，小于50%时下降比较明显。蒸发侧小流量大温差运行机组综合能效高。下面结合附图1水源热泵机房系统图具体加以说明。
5.本发明的技术解决方案如下：1.取热循环泵pump-a、蒸发侧循环泵pump-b、冷凝侧循环泵pump-c的工作泵与水源热泵机组对应，并设置一台备用泵。上述水泵启停与水源热泵连锁。为表述方便，以2台水源热泵为例加以说明。
6.2.水源热泵制热工况在满载时cop最高，为避免热泵在低负载时工作，设置蓄热水
池，蓄热水池的蓄热量按5度温差不小于半小时单台机组制热量选取。具体的控制策略将热泵机组的负载率控制在75%-100%之间。当负荷大于1.5倍单台机组额定制热量时，2台机组同时启动，若蓄热水箱有蓄热余地，机组边供热边蓄热。系统负荷介于1.0-1.5倍额定制热量时，启动一台热泵满载运行，蓄热水箱放热补充不足部分。系统负荷小于1.0倍大于0.75倍时启动一台热泵满载工作，多余部分蓄热。当负载小于0.75倍时，由蓄热水箱单独供热。
7.3.蓄热水箱蓄热与供热工况不同时运行，阀门切换如下:蓄热水箱侧对应供热工况时的切换电动阀 txl1、txl1'和蓄热工况时的txr1 和 txr1'，负荷侧对应蓄、供2种工况的切换电动阀蓄 x1、供 g1、供 t1。蓄热时开启循环泵 pump-t1、pump-l1及阀门蓄 x1，关闭阀门供 g1、供 t1。关闭txl1、txl1'，开启txr1、txr1'。供热时开启 txl1、txl1'，关闭 txr1、txr1', 开启循环泵 pump-t1和阀门供 g1，调节供 t1，停止pump-l1和关闭阀门蓄x1。
8.4.取热循环泵pump-b频率由退水温度传感器t2控制，t2小于19.5
°
c时加频，大于20.5
°
c时降频，同时校核闭式缓冲罐出口水温t3介于22-24
°
c之间。若小于22
°
c，pump-b工频运行，直到t3大于24
°
c。取热循环泵在节能运行的同时，尽可能频率变化缓慢，为防止频率控制不稳定，蒸发侧设置闭式缓冲罐，闭式缓冲罐的容积按照1分钟蓄热量（2
°
c温差）。比如热泵机组额定制热量600kw，蓄热罐的容积4.3m
3 (600*0.86/60/2=4.3) 。按照机组额定制热功率每kw配置0.007 m3蓄热缓冲罐可以避免取水循环泵的频率震荡。如果热泵机组功率较大，在缓冲罐内填充23
°
c的相变材料，可减小缓冲罐容积，按照每100kw配备10kg相变材料，缓冲罐容积取0.003 m3/kw。
9.5.蒸发侧循环泵pump-a根据蒸发侧进水温度传感器t3与回水温度传感器t4的温差9.5
°
c控制频率，大于10
°
c时增加频率，小于9
°
c时降低频率。尽可能使得pump-a小流量大温差节能运行，频率变化缓慢，与热泵机组的负载率匹配。


技术特征：
1.缓冲蓄热水罐的容积确定原则。2.中深层地热的取热循环泵的频率控制。3.水源热泵蒸发侧循环泵的频率控制。4.蓄热水箱蓄热、放热工作模式切换实现水源热泵高效运行。

技术总结
可再生能源发展规划积极推进中深层地热能供暖。因地制宜选择“取热不耗水、完全同层回灌”，最大程度减少对地下土壤、岩层和水体的干扰。利用水源热泵提取华北平原、汾渭平原、松辽平原、鄂尔多斯盆地等地区的地热，实现建筑采暖电气化，助力建筑碳中和。通过设置蓄热缓冲水罐平衡取热与用热，通过大温差小流量控制取热和用热循环泵的频率实现中深层地热的高效提取。提取。


技术研发人员：李海军 张瑾
受保护的技术使用者：李海军
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/8/30