[發明專利]一種復合式地源熱泵系統及解決水源熱泵回灌的方法

有效

• 申請號: 201410139688.1
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103940151A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: F25B30/06
• 分類號: F25B30/06;F24J3/08
• 代理公司: 武漢金堂專利事務所 42212
• 代理人: 胡清堂

技術領域

本發明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，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。

背景技術

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。

發明內容

本發明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。

本發明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。

本發明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；