一種復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法技術方案

本發明專利技術涉及暖通空調行業地源熱泵領域及生活熱水供應技術領域，主要涉及一種復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法。包括表層覆蓋層（1）、含水層（2）、強巖層基巖（3）、粘土球回填層（4）、礫石填料層（5）、水泥注漿層（6）、上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）、潛水泵（11）、板式換熱器（12）、二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）、用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）、分流閥門（17）、常規回灌井（18）及相關管道。其優點是：徹底解決了水源熱泵回灌問題，解決了單井循環系統熱貫通的問題。換熱效率高，占地面積小、施工工期短、適用性強，系統成本低、壽命長。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及暖通空調行業地源熱泵領域及生活熱水供應
，具體的說是一種復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法。
技術介紹
近幾年來，環境問題日益嚴峻，節能已經成為潮流，環保已經成為不可阻擋的趨勢。在建筑節能領域中，地源熱泵作為一種節能、環保、綠色的中央空調系統，越來越多的受到人們的重視。然而，眾所周知，國內目前主要采用的是垂直埋管式地源熱泵系統（GCHP）和水源熱泵系統(GWHP)，垂直埋管系統因其初投資較高，制約了進一步推廣與應用，水源熱泵系統因其回灌難度大，對地質結構有潛在影響而發展受限。國外在丘陵地區，地下巖層致密的區域采用一種單井循環系統（SCW），換熱效率高，鉆孔數目少，有著獨特的優勢。然而，該系統也有著兩方面局限，其一使用地域受限嚴重（只適宜在開孔即強巖層，如花崗巖、石英砂巖等地區及覆蓋層不厚（30m以內）且覆蓋層下為強巖層的地區），其二存在垂直埋管地源熱泵系統不存在的問題——熱貫通。
技術實現思路
本專利技術的目的是研制一種解決水源熱泵回灌，成本低、壽命長、換熱效率高的復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法。本專利技術提供的一種復合式地源熱泵系統，包括：表層覆蓋層1、含水層2、強巖層基巖3、粘土球回填層4、礫石填料層5、水泥注漿層6、上層套管7、過濾管8、鋼制套管9、裸井側壁10、潛水泵11、板式換熱器12、二次側循環泵13、地源熱泵機組14、用戶側循環泵15、用戶末端16、分流閥門17、常規回灌井18及相關管道；在表層覆蓋層1、含水層2、強巖層基巖3內2-3m的空間里依次向上設置所述鋼制套管9、過濾管8、上層套管7，所述上層套管7與過濾管8及鋼制套管9通過絲扣連接，在鋼制套管9與強巖層基巖3間隙內設置有2-3m的水泥注漿層6，水泥注漿層6上部含水層2間隙內設置有礫石填料層5，在礫石填料層5上部表層覆蓋層1間隙內設置有粘土球回填層4，直至地表；所述裸井側壁(10)為鉆機在強巖層基巖(3)內鉆孔形成的圓柱狀型井壁，裸井側壁(10)位于鋼制套管（9）以下，上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）依次向下形成一個“T”型容器，所述潛水泵（11）設置在“T”型容器底部，所述常規回灌井（18）設置在表層覆蓋層（1）、含水層（2）的空間里，強巖層基巖(3)之上；所述潛水泵（11）通過管道與板式換熱器（12）一次側進水端連接，板式換熱器（12）的回水端通過回水管道連接一個三通，三通一端置于“T”型容器上部，三通另一端與分流閥門（17）一端連接，分流閥門(17)另一端通過管道接至常規回灌井（18）；板式換熱器（12）的二次側依次與二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）的地源側通過管道連接后形成循環回路，所述地源熱泵機組（14）的負載側依次與所述用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）通過管道連接后形成循環回路。所述含水層2厚度不超過50m，所述強巖層基巖3深入距離為100m～500m。所述粘土球回填層4中粘土球的粒徑為4-5cm，粘土球回填層4層厚為表層覆蓋層1厚度，所述礫石填料層5采用直徑5-10?mm的礫石填充，礫石填料層5填充厚度為含水層2層厚；所述水泥注漿層6的填充厚度為2-3m。所述上層套管7、過濾管8、鋼制套管9管徑均為325mm。所述潛水泵11與“T”型容器底部的距離為5m。所述分流閥門17的開度為0-極限開度，極限開度為常規回灌井18的回灌量達到極限時分流閥門17對應的開度。所述常規回灌井18與所述“T”型換熱器的水平距離為30-60m。所述“T”型容器可以并聯設置多個，“T”?型容器上部直徑為325mm，高度不超過50m，“T”?型容器下部直徑為200mm，高度為100-500m。本專利技術還提供了一種解決水源熱泵回灌的方法，包括以下步驟：a、采用水井鉆機成孔，孔徑為550～600mm，鉆機首先穿透表層覆蓋層1，之后進入到含水層2，揭穿含水層2后，鉆機進入強巖層基巖3，進入強巖層基巖3深度為2～3m后停鉆，在鉆孔內向上依次設置鋼制套管9、過濾管8及上層套管7，上層套管7與過濾管8及鋼制套管9通過絲扣連接；b、在鉆孔與鋼制套管9的間隙注入水泥漿，注入深度2～3m，凝固后形成水泥注漿層6；c、在水泥注漿層6凝固后，在水泥注漿層6上部安裝礫石填料，礫石填料至含水層2頂部2-3m時結束，形成礫石填料層5，在礫石填料層5上方安裝粘土球回填層4，至地表為止；d、在完成以上工序后，再次架設鉆機，在上層套管7、過濾管8及鋼制套管9中間繼續向下鉆孔，鉆孔孔徑為200mm，鉆孔深入強巖層基巖（3）距離為100-500m，鉆孔完成后形成一個由上層套管7、過濾管8、鋼制套管9及下部裸井側壁10組成的“T”型容器。在距離“T”型容器30-60m的地方架設鉆機，穿透表層覆蓋層1，之后進入到含水層2鉆取一口常規回灌井18；e、向“T”型容器注入清水，形成一個“T”型換熱器，在“T”型換熱器底部安裝潛水泵11，通過管道將潛水泵11接至板式換熱器12的一次側，板式換熱器12的二次側依次與二次側循環泵13、地源熱泵機組14的地源側連接后形成循環回路，所述地源熱泵機組14的負載側依次與所述用戶側循環泵15、用戶末端16連接后形成循環回路，經過板式換熱器12換熱后的回水管道上設置三通，三通一端連接至“T”型換熱器上部，三通另一端安裝分流閥門17，分流閥門17通過管道與常規回灌井18相連。所述“T”型換熱器可以并聯設置多個。本專利技術提供的一種復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法，其優點是：1、徹底解決了水源熱泵回灌問題，可以做到100%回灌。2、解決了單井循環系統熱貫通的問題。3、換熱效率高，較常規地埋管式地源熱泵效率高大大提高，一個“T”型換熱器能提供的熱量可達1500kW。4、占地面積小、施工工期短、適用性強。5、系統成本低、壽命長，壽命可達常規水源熱泵水井壽命的10倍以上。附圖說明圖1為本專利技術一種復合式地源熱泵系統的結構示意圖。具體實施方式如圖1所示，一種復合式地源熱泵系統，包括：表層覆蓋層1、含水層2、強巖層3、粘土球回填層4、礫石填料層5、水泥注漿層6、上層套管7、過濾管8、鋼制套管9、裸井側壁10、潛水泵11、板式換熱器12、二次側循環泵13、地源熱泵機組14、用戶側循環泵15、用戶末端16、分流閥門17、常規回灌井18及相關管道；在表層覆蓋層1、含水層2、強巖層基巖3內2-3m的空間里依次向上設置鋼制套管9、過濾管8、上層套管7，上層套管7與過濾管8及鋼制套管9通過絲扣連接，在鋼制套管9與強巖層基巖3間隙內設置有水泥注漿層6，水泥注漿層6上部含水層2間隙內設置有礫石填料層5，在礫石填料層5上部表層覆蓋層1間隙內設置有粘土球回填層4，直至地表；裸井側壁(10)為鉆機在強巖層基巖(3)內鉆孔形成的圓柱狀型井壁，裸井側壁(10)位于鋼制套管（9）以下，上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）依次向下形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：包括表層覆蓋層（1）、含水層（2）、強巖層基巖（3）、粘土球回填層（4）、礫石填料層（5）、水泥注漿層（6）、上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）、潛水泵（11）、板式換熱器（12）、二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）、用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）、分流閥門（17）、常規回灌井（18）及相關管道；在表層覆蓋層（1）、含水層（2）、強巖層基巖（3）內2?3m的空間里依次向上設置所述鋼制套管（9）、過濾管（8）、上層套管（7），所述上層套管（7）與過濾管（8）及鋼制套管（9）通過絲扣連接，在鋼制套管（9)與強巖層基巖(3)間隙內設置有水泥注漿層(6)，水泥注漿層(6)上部含水層(2)間隙內設置有礫石填料層(5)，在礫石填料層(5)上部表層覆蓋層(1)間隙內設置有粘土球回填層(4)，直至地表；所述裸井側壁(10)為鉆機在強巖層基巖(3)內鉆孔形成的圓柱狀型井壁，裸井側壁(10)位于鋼制套管（9）以下，上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）依次向下形成一個?“T”型容器，所述潛水泵（11）設置在“T”型容器底部，所述常規回灌井（18）設置在表層覆蓋層（1）、含水層（2）的空間里，強巖層基巖(3)之上；所述潛水泵（11）通過管道與板式換熱器（12）一次側進水端連接，板式換熱器（12）的回水端通過回水管道連接一個三通，三通一端置于“T”型容器上部，三通另一端與分流閥門（17）一端連接，分流閥門(17)另一端通過管道接至常規回灌井（18）；板式換熱器（12）的二次側依次與二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）的地源側通過管道連接后形成循環回路，所述地源熱泵機組（14）的負載側依次與所述用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）通過管道連接后形成循環回路。...

【技術特征摘要】
1.一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：包括表層覆蓋層（1）、含水層（2）、強巖層基巖（3）、粘土球回填層（4）、礫石填料層（5）、水泥注漿層（6）、上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）、潛水泵（11）、板式換熱器（12）、二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）、用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）、分流閥門（17）、常規回灌井（18）及相關管道；
在表層覆蓋層（1）、含水層（2）、強巖層基巖（3）內2-3m的空間里依次向上設置所述鋼制套管（9）、過濾管（8）、上層套管（7），所述上層套管（7）與過濾管（8）及鋼制套管（9）通過絲扣連接，在鋼制套管（9)與強巖層基巖(3)間隙內設置有水泥注漿層(6)，水泥注漿層(6)上部含水層(2)間隙內設置有礫石填料層(5)，在礫石填料層(5)上部表層覆蓋層(1)間隙內設置有粘土球回填層(4)，直至地表；
所述裸井側壁(10)為鉆機在強巖層基巖(3)內鉆孔形成的圓柱狀型井壁，裸井側壁(10)位于鋼制套管（9）以下，上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）、裸井側壁（10）依次向下形成一個?“T”型容器，所述潛水泵（11）設置在“T”型容器底部，所述常規回灌井（18）設置在表層覆蓋層（1）、含水層（2）的空間里，強巖層基巖(3)之上；所述潛水泵（11）通過管道與板式換熱器（12）一次側進水端連接，板式換熱器（12）的回水端通過回水管道連接一個三通，三通一端置于“T”型容器上部，三通另一端與分流閥門（17）一端連接，分流閥門(17)另一端通過管道接至常規回灌井（18）；板式換熱器（12）的二次側依次與二次側循環泵（13）、地源熱泵機組（14）的地源側通過管道連接后形成循環回路，所述地源熱泵機組（14）的負載側依次與所述用戶側循環泵（15）、用戶末端（16）通過管道連接后形成循環回路。
2.根椐權利要求1所述的一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：所述含水層（2)厚度不超過50m；所述強巖層基巖（3）深入距離為100m～500m。
3.根椐權利要求1所述的一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：所述粘土球回填層（4）中粘土球的粒徑為4-5cm，粘土球回填層（4）層厚為表層覆蓋層（1）厚度，所述礫石填料層（5）采用直徑5-10?mm的礫石填充，礫石填料層（5）填充厚度為含水層（2）層厚；所述水泥注漿層（6）的填充厚度為2-3m。
4.根椐權利要求1所述的一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：所述上層套管（7）、過濾管（8）、鋼制套管（9）管徑均為325mm。
5.根據權利要求1所述的一種復合式地源熱泵系統，其特征在于：所述潛水泵（11）與T型容器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李海峰，高學軍，蘭壘，
申請(專利權)人：中冶集團武漢勘察研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42