防洪大堤邻近区域的地热利用系统

摘要

本发明涉及地热利用技术领域，具体涉及一种防洪大堤邻近区域的地热利用系统，包括依次串联的地热采集装置、水源热泵和输出装置；通过热能采集装置吸收地热井中水体的热量为水源热泵供能，防洪大堤内充足的水源通过地层进行热交换，经地热井的过滤器过滤后进入地热井内后，直接进入水源热泵交换热量，再通过输出装置中地床盘管将热量输入到温室大棚的土壤中，实现与温室大棚的冷热交换，达到温室大棚内恒温的效果，换热效率高、造价低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及地热利用技术领域，具体涉及一种防洪大堤邻近区域的地热利用系统。

背景技术

随着水源热泵技术的日渐成熟，其利用也一步步的向人们的生活方面靠近，如何在不同地域和环境中因地制宜的使用热泵技术，也成为一个较为前沿的课题。在防洪大堤附近的区域，水源丰富，土壤以表层的沙土层和下层砂砾层为主，适合种植业的发展。现代种植业中经济效益较高的反季节蔬菜，在防洪大堤附近建筑恒温大棚种植反季节蔬菜已经得到不错的实践，但因其恒温系统的构建成本较高，导致蔬菜价格居高不下，很多家庭还无法接受。

水源热泵具有节能环境、运行稳定可靠等优点，很适合与大棚结合构建蔬菜种植的恒温系统。但水源热泵对地下水的要求比较高，需要良好的地下水源条件。闭式的水源热泵不需要复杂的过滤装置，采用前端换热器与水体换热后，再用于水源热泵工作，换热效率低；开式的水源热泵，直接驱动水体进行循环换热，热利用率较高，但前端换热装置需设置较为复杂的水体过滤装置，投资较大，维护复杂。因此，如何寻找到一种换热效率高、造价低廉的地源换热系统，以适用于温室大棚的恒温需求，具有非常现实的意义。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供的一种防洪大堤邻近区域的地热利用系统，直接提取地下水源中的热能，有效确保水源热泵的稳定运行，实现防洪大堤邻近区域温室大棚的恒温效果，同时换热效率高、造价低廉。

本发明提供的防洪大堤邻近区域的地热利用系统，包括依次串联的地热采集装置、水源热泵和输出装置；所述地热采集装置包括：地热井、潜水泵、蒸发器外循环盘管和消毒池，潜水泵、蒸发器外循环盘管和消毒池通过管道依次串联，潜水泵安装到地热井的底部；蒸发器外循环盘管和消毒池之间管道上设置A控制阀，潜水泵和蒸发器外循环盘管之间的管道上设置B控制阀。所述水源热泵包括依次串联成回路的冷凝器、压缩机、蒸发器和膨胀阀，所述蒸发器由蒸发器外循环盘管和蒸发器内循环盘管耦合而成，所述冷凝器由冷凝器外循环盘管和冷凝器内循环盘管耦合而成。所述输出装置包括依次通过管道首尾相连的循环泵、冷凝器外循环盘管和地床盘管组，循环泵和冷凝器外循环盘管之间管道上设置C控制阀，冷凝器外循环盘管和地床盘管组之间的管道上设置D控制阀。所述A控制阀的出水端和所述C控制阀的出水端之间并联E控制阀，所述B控制阀的进水端和所述D控制阀的进水端之间并联F控制阀，所述A控制阀的进水端和所述C控制阀的进水端之间并联G控制阀，所述B控制阀的出水端和所述D控制阀的出水端之间并联H控制阀，形成制冷和供热转换回路。

所述地热井开设在临近防洪大堤的陆地土壤中，穿过细沙层到达沙砾层，水源丰富，且地层内的温度常年变化不大。通过所述地热采集装置聚集地热井中水体的热量为所述水源热泵供能，经所述输出装置与温室大棚进行冷热交换，达到温室大棚内常年恒温的效果；供热时，A控制阀、B控制阀、C控制阀和D控制阀打开，E控制阀、F控制阀、G控制阀和H控制阀关闭；制冷时，A控制阀、B控制阀、C控制阀和D控制阀关闭，E控制阀、F控制阀、G控制阀和H控制阀打开，方便温室大棚内制冷和供热需求的切换。

进一步地，上述地热井包括底部的沉淀井段、中部的过滤井段和上部的固井段；所述沉淀井段为裸井，井孔直径小于所述过滤井段和所述固井段；所述过滤井段内固定安装过滤器，所述固井段内固定安装固井管；让上述地热井同时具备渗透、沉淀和储水的功能。

进一步地，上述滤器包括：从内到外依次套置的内管、外管、基础管、包网层和铁丝层，基础管和外管上均设有透水孔，内管与外管之间分为多个上下端开口的腔室，腔室中填充滤芯；提高过滤效果，保证地热井中水体的清洁，使地热井中的水体可以直接循环到上述水源热泵中进行热交换，换热效率高，同时省去了复杂的水体过滤装置，成本较低。

进一步地，上述过滤器的下端口立于所述沉淀井段上端口上，上端口位于防洪大堤内最低水位以下，保证地热井的稳定滤水和供水能力。

进一步地，上述过滤器设置在沙砾层，且过滤器与井孔之间填充与沙砾层相同的沙砾土壤，有效固定过滤器的同时，为水体提供足够的渗透空间。

进一步地，上述过滤器和固井管通过丝扣连接，并在连接端面上设置密封圈，确保水体只能通过过滤器进入地热井，保证地热井中水体的清洁。

进一步地，上述固井管与井孔之间浇筑水泥浆固定，确保地热井的稳固。

进一步地，上述地床盘管组包括多个并联在盘管供水管和盘管回水管之间的地床盘管，所述地床盘管与所述盘管供水管和所述盘管回水管的连接端均设有阀门，可在温室大棚内分区域按需供热。

进一步地，上述地床盘管埋设在温室大棚的土壤中，热量从土壤向空气中扩散，进而让温室大棚内恒温，利于植物的生长。

进一步地，上述固井管的上端口位于防洪大堤内的最高水位之上，并用井盖密封；地热井的封闭结构，能让井内的水体温度更加稳定，并保证水体的洁净。

根据上述技术方案，本发明通过热能采集装置吸收地热井中水体的热量为上述水源热泵供能，防洪大堤内充足的水源通过地层进行热交换，经地热井的过滤器过滤后进入地热井内后，直接进入水源热泵交换热量，再通过输出装置中地床盘管将热量输入到温室大棚的土壤中，实现与温室大棚的冷热交换，达到温室大棚内恒温的效果，换热效率高、造价低廉。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明地热井结构示意图；

图3为本发明过滤器的结构示意图；

图4为本发明地床盘管组的结构示意图。

附图标记：1-地热采集装置；2-水源热泵；3-输出装置；

11-地热井；111-沉淀井段；112-过滤井段；113-固井段；114-过滤器；1141-基础管；1142-外管；1143-内管；1144-包网层；1145铁丝层；115-固井管；116-井盖；12-潜水泵；13-蒸发器外循环盘管；14-消毒池；15～18-A、B、E、F控制阀；21-蒸发器；211-蒸发器内循环盘管；22-压缩机；23-冷凝器；231-冷凝器内循环盘管；24-膨胀阀；31-地床盘管组；311-盘管供水管；312-盘管回水管；313-地床盘管；314-阀门；32-循环泵；33-冷凝器外循环盘管；34～37-C、D、G、H控制阀

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图4所示，本发明提供的防洪大堤邻近区域的地热利用系统，包括依次串联的地热采集装置1、水源热泵2和输出装置3。地热采集装置1包括：地热井11、潜水泵12、蒸发器外循环盘管13和消毒池14，地热井11从下到上依次分为裸眼的沉淀井段111、安装有过滤器114过滤井段112以及安装固井管115的固井段113，并在固井管115上端开口用井盖116密封。预制好的过滤器114固定安装到地热井11内渗透性较好的砂砾层中，其下端口立于沉淀井段111上端口上，上端口位于防洪大堤内最低水位以下，且与井孔之间用与沙砾层相同的沙砾土壤填充固定；过滤器114由从内到外依次套置的内管1143、外管1142、基础管1141、包网层1144和铁丝层1145整合而成，基础管1141和外管1142上均设有透水孔，内管1143与外管1142之间分为多个上下端开口的腔室，腔室中填充滤芯；在基础管1141外包覆尼龙丝作为初滤的包网层1144，并在尼龙丝包网外按一定间距缠绕抗腐蚀的镀锌铁丝形成铁丝层1145，以防止包网层1144脱落。水体通过过滤器114时，首先经尼龙丝的包网层1144过滤掉大颗粒的砂子，再经过基础管1141的透水孔进入到外管1142；外管1142管壁上同样设置有透水孔，内管1143的管壁上未设置透水孔，而是在内管1143和外管1142之间的环形空间内分设多个上、下端敞口的腔室，水体经外管1142的透水孔进入腔室后，沿腔室上、下流动，从腔室上、下端排出，延长了水体在滤芯中的流动路径，提高了过滤效果，保证井中水体的清洁，尤其是确保地热井中的水体可以直接循环到上述水源热泵2中进行热交换，换热效率高，同时省去了复杂的水体过滤装置，成本较低。固井管112与井孔之间浇筑水泥浆固定，其下端口与过滤器114的基础管1141通过丝扣连接，并在连接端面上设置密封圈，其上端口位于防洪大堤的最高水位之上，并用井盖116密封，形成封闭的地热井11，确保地热井11能持续提供洁净且温度稳定的水体。潜水泵12安装到地热井11的过滤井段下部位置，并通过管道穿过井盖116与安装在地面上的水源热泵2的蒸发器外循环盘管13连通，换热后的水体经消毒池14净化后，流回到防洪大堤内。蒸发器外循环盘管13和消毒池14之间的管道上设置A控制阀15，潜水泵12和蒸发器外循环盘管13之间管道上设置B控制阀16。

水源热泵2包括依次串联成回路的蒸发器21、压缩机22、冷凝器23和膨胀阀24，蒸发器21由蒸发器外循环盘管13和蒸发器内循环盘管211耦合而成，冷凝器23由冷凝器外循环盘管33和冷凝器内循环盘管231耦合而成。

输出装置3包括依次通过管道首尾相连的循环泵32、冷凝器外循环盘管33和地床盘管组31，其中地床盘管组31包括多个并联在盘管供水管311和盘管回水管312之间的地床盘管313，地床盘管313埋设在温室大棚的土壤中，并在地床盘管313与盘管供水管311和盘管回水管312的连接端均设有阀门314以控制盘管的独立工作；循环泵32和冷凝器外循环盘管33之间管道上设置C控制阀34，冷凝器外循环盘管33和地床盘管组31之间的管道上设置D控制阀35。

为了实现本系统供热和制冷状态的顺利切换，在A控制阀15的出水端和C控制阀34的出水端之间并联E控制阀17，B控制阀16的进水端和D控制阀35的进水端之间并联F控制阀18，A控制阀15的进水端和所述C控制阀34的进水端之间并联G控制阀36，B控制阀16的出水端和D控制阀35的出水端之间并联H控制阀37，形成可切换的制冷和供热转换回路。

如图2所示，本发明的地热井11开设在临近防洪大堤的陆地土壤中，穿过细沙层到达沙砾层，水源丰富，且地层内的温度常年变化不大。防洪大堤内的水体在砂砾层土壤中渗透的过程中，进行了热交换，经过滤器114的五层过滤结构过滤后，储存到地热井11中，可直接进入水源热泵2进行热交换，减少一道换热环节，水体中的热能利用率更高。在寒冷的冬季，防洪大堤内表面水体的温度较低，在流入地热井11的过程中吸取土壤中的热量，所以潜水泵12抽取的是温度较高的水体，经水源热泵2将水体中的热量提取，并提升温度后通过输出装置3释放到温室大棚内，达到冬季升温的目的；在酷热的夏季，防洪大堤内表面水体的温度较高，经砂砾层渗透到地热井11的过程中降温到较低的温度，可以中和更多水源热泵2通过输出装置3吸取的温室大棚内的热量，提高水源热泵2的工作效率，到达夏季降温的目的，最终达到温室大棚内常年恒温的效果。

冬季温室大棚内需要升温时，A控制阀15、B控制阀16、C控制阀34和D控制阀35打开，E控制阀17、F控制阀18、G控制阀36和H控制阀37关闭。地热井11中经过滤器114过滤之后的高温水体，被潜水泵12抽取，流经蒸发器外循环盘管13放热后，经消毒池14中净化后流回防洪大堤内，形成地热采集装置1的放热循环。热能在蒸发器21中耦合的蒸发器外循环盘管13和蒸发器内循环盘管211之间完成第一次热交换；水源热泵2通过压缩机22做功，将在蒸发器21吸收完热量的导热介质升温加压后传递到冷凝器23，通过冷凝器23中耦合的冷凝器内循环盘管231和冷凝器外循环盘33完成第二次热交换，传热降温后的导热介质通过膨胀阀24减压后，重新流入蒸发器21再次吸热，形成热泵供热循环。输出装置3将通过冷凝器外循环盘管33热交换吸取热量后的循环水，通过循环泵32输送到地床盘管组31向大棚内放热，循环水降温后返回冷凝器23再次吸热，形成输出装置3的供热循环。温室大棚内空气吸收埋设在土壤中地床盘管313带来的热量，达到大棚内升温效果。

夏季温室大棚内需要降温时，A控制阀15、B控制阀16、C控制阀34和D控制阀35关闭，E控制阀17、F控制阀18、G控制阀36和H控制阀37打开。夏季地热井11中经沙砂砾层土壤降温后的水体温度较低，经过滤器114流入地热井11中，被潜水泵12直接抽取，流经冷凝器外循环盘管33吸热，后经消毒池14净化后回流，形成地热采集装置1的吸热循环。热能在冷凝器23中耦合的冷凝器外循环盘管33和冷凝器内循环盘管231之间完成第一次热交换；水源热泵2做功，将在冷凝器23中完成放热的低温导热介质经膨胀阀24降压后传递给蒸发器21，并在蒸发器21中通过耦合的蒸发器内循环盘管211和蒸发器外循环盘管13完成第二次热交换，吸热升温后的导热介质经压缩机23增压后重新流入冷凝器23再次放热，形成热泵制冷循环。输出装置3将经过蒸发器外循环盘管13热交换放热降温后的循环水，通过循环泵32输送到地床盘管组31吸取大棚内的热量，升温后返回蒸发器21再次放热，形成输出装置3的制冷循环。大棚内空气中的热量被地床盘管313吸收带走，达到大棚内降温效果。

通过整个系统灵活的供热和制冷工况切换，保证温室大棚内的温度始终维持在一定范围内，最终达到温室大棚内常年恒温的效果。

根据上述技术方案，本发明通过热能采集装置吸收地热井中水体的热量为水源热泵供能，防洪大堤内充足的水源通过地层进行热交换，经地热井的过滤器过滤后进入地热井内后，直接进入水源热泵交换热量，再通过输出装置中地床盘管将热量输入到温室大棚的土壤中，实现与温室大棚的冷热交换，达到温室大棚内恒温的效果，换热效率高、造价低廉。

需要说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。