[發明專利]一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法

有效

• 申請號: 202110076113.X
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112861200B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王灃浩;姜靜華;張育平;劉俊;蔡皖龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西省煤田地質集團有限公司
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;F24T10/13;F24D15/04;G06F113/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本申請公開了一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，涉及同軸套管式換熱器技術領域。在避免地埋管換熱器之間的相互熱影響的前提下，還能有效減少管群場地占用面積。該換熱器管群布置方法包括：確定中深層同軸套管式換熱器的數量；確定熱影響半徑曲線；根據熱影響半徑曲線確定傾斜角度；根據傾斜角度和預設位置設置其中一個換熱器；判斷換熱器的數量是否等于2，若是，則根據傾斜角度設置另一個換熱器，并保證兩個換熱器對稱設置，且兩個換熱器頂部之間的距離小于底部之間的距離；若否，則根據傾斜角度設置其余換熱器，多個換熱器呈環形陣列分布，且多個換熱器頂部中心點的連線形成的圓形的直徑小于底部中心點的連線形成的圓形的直徑。

技術領域

本申請涉及換熱器技術領域，尤其涉及一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法。

背景技術

隨著能源問題的日益突出，清潔能源的利用越來越受到人們的重視。中深層地熱能作為一種清潔、可持續的能源，目前已經受到越來越廣泛的利用。目前，人們大多通過鉆井并放置密閉金屬套管換熱器來提取中深層地熱能。在工程實際中，由于單井的換熱量無法滿足建筑的負荷，因此大多采用管群模式對建筑進行供暖。

現有的中深層同軸套管式換熱器大多垂直地面且呈“一”字形布置，由于中深層同軸套管式換熱器熱影響區域隨著徑向深度發生改變，同一運行時間內，徑向深度越深，熱影響半徑越大，因此，為了保證中深層地熱能的熱提取效率，垂直布置時，為保證換熱器之間不會相互影響，一般情況下，以相鄰的兩個中深層同軸套管式換熱器底部的熱影響區域外切情況為基礎進行布置。這種管群布置方式的缺點是占用的場地面積較大。

發明內容

本申請的實施例提供一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，在避免地埋管換熱器之間的相互熱影響的前提下，還能有效減少管群場地占用面積。

為達到上述目的，本申請的實施例提供了一種中深層同軸套管式換熱器管群布置方法，包括以下步驟：確定中深層同軸套管式換熱器的數量；確定所述中深層同軸套管式換熱器的熱影響半徑曲線；根據所述熱影響半徑曲線確定所述中深層同軸套管式換熱器的傾斜角度；根據所述傾斜角度和預設位置設置其中一個中深層同軸套管式換熱器；判斷所述中深層同軸套管式換熱器的數量是否等于2，若是，則根據所述傾斜角度設置另一個中深層同軸套管式換熱器，并保證兩個所述中深層同軸套管式換熱器對稱設置，且兩個所述中深層同軸套管式換熱器頂部之間的距離小于底部之間的距離；若否，則根據所述傾斜角度設置其余中深層同軸套管式換熱器，多個所述中深層同軸套管式換熱器呈環形陣列分布，且多個所述中深層同軸套管式換熱器頂部中心點的連線形成的圓形的直徑小于底部中心點的連線形成的圓形的直徑。

進一步地，相鄰兩個所述中深層同軸套管式換熱器的底部的熱影響區域形成的圓相切。

進一步地，所述步驟確定所述中深層同軸套管式換熱器的數量包括以下步驟：確定所述中深層同軸套管式換熱器的熱物性參數、巖土的熱物性參數和建筑熱負荷；根據所述中深層同軸套管式換熱器的熱物性參數、巖土的熱物性參數和所述建筑熱負荷計算所述中深層同軸套管式換熱器的數量。

進一步地，所述步驟確定所述中深層同軸套管式換熱器的熱影響半徑曲線包括以下步驟：對中深層同軸套管式換熱器進行控制體的劃分；通過有限體積法對每個控制體巖土能量方程進行離散迭代，得到不同時刻下的巖土溫度；通過所述中深層同軸套管式換熱器的鉆井壁溫度與巖土溫度的經驗關聯式，得到熱影響半徑曲線。

進一步地，所述步驟根據所述熱影響半徑曲線確定所述中深層同軸套管式換熱器的傾斜角度包括以下步驟：根據熱影響半徑曲線分別確定換熱器底面的熱影響半徑和換熱器頂端的熱影響半徑；設換熱器底面的熱影響半徑為R₁，換熱器頂端的熱影響半徑為R₂，其中，R₁和R₂均大于零；通過公式(1)計算傾斜角度θ；