一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)

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一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明屬于可再生能源利用的技術(shù)領(lǐng)域，涉及地?zé)釤岜眉夹g(shù)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)。\n背景技術(shù)\n[0002] 地源熱泵利用儲(chǔ)存于地表淺層的可再生能源，為建筑空調(diào)提供冷源和熱源。地球表面下的淺層水源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，一般為10～25℃，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水源熱泵同時(shí)解決了空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。\n[0003] 現(xiàn)有的地下水源熱交換系統(tǒng)在使用地下水時(shí)，必須采用抽水、回灌的方式，即在抽出地下水的過程中，同時(shí)往地下進(jìn)行回灌，一般采用“一抽兩灌”的方式。\n[0004] 但是，傳統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)的水源水直接進(jìn)入水源熱泵主機(jī)，冷水系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)采用開式膨脹水箱，這樣使得與水源熱泵主機(jī)相連的冷水和冷卻水系統(tǒng)中的水很容易在水源熱泵主機(jī)的蒸發(fā)器和冷凝器水側(cè)結(jié)垢，進(jìn)而影響水源熱泵主機(jī)性能。為了減少水垢的產(chǎn)生，保證換熱性能，只有增大水的流速。因而造成傳統(tǒng)的水源熱泵普遍存在水源水取水回灌流量大，利用溫差小的問題，一般為5～10℃，尤其在部分負(fù)荷時(shí)水源利用溫差逐漸減小為1～3℃，取水回灌泵的耗能高，采用井水時(shí)取水量大還會(huì)帶來相關(guān)地質(zhì)水文的影響，這些限制了水源熱泵的進(jìn)一步發(fā)展。\n[0005] 地下水的水質(zhì)存在很大的不確定性，地下水中含有大量的砂石泥土，有的還含有有毒、有害物質(zhì)，如重金屬元素及其它化學(xué)物質(zhì)，在抽出進(jìn)行熱交換的過程中，可能對(duì)環(huán)境、對(duì)使用人員、對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重影響。因此，在上述地下水源熱交換系統(tǒng)工作過程中，需要對(duì)地下水進(jìn)行過濾，去除砂石泥土等雜質(zhì)，以及進(jìn)行無害化處理。這對(duì)熱交換效率影響很大，且需要專門的設(shè)備，消耗能源。\n[0006] 綜上所述，現(xiàn)有的地下水源熱交換系統(tǒng)對(duì)地下水的自然形態(tài)影響較大，甚至造成破壞，且整個(gè)工程投資大，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0007] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其目的是不直接將地下水抽出，而是通過清潔的介質(zhì)進(jìn)行換熱。\n[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：\n[0009] 本發(fā)明所提供的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括地源熱交換井、熱泵，所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管，所述的冷熱交換管內(nèi)的液體介質(zhì)或水流與所述的地源熱交換井內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管由單獨(dú)的供水系統(tǒng)提供液體介質(zhì)或水源；所述的冷熱交換管為耐腐蝕導(dǎo)熱材料制成。\n[0010] 所述的冷熱交換管在所述的地源熱交換井內(nèi)采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)折處采用“U”形管連接結(jié)構(gòu)。\n[0011] 所述的上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)的分布方式是：在所述的地源熱交換井的橫截面上，向下進(jìn)水的中心管分布在所述的地源熱交換井的中央，各個(gè)上、下往復(fù)的管路環(huán)繞在所述的中心管的周圍。\n[0012] 在所述的地源熱交換井的橫截面上，所述的各個(gè)上、下往復(fù)的管路在以所述的中心管路的軸線為圓心的圓周上分布。\n[0013] 所述的地源熱交換井的數(shù)量為二個(gè)或二個(gè)以上，各個(gè)地源熱交換井的冷熱交換管之間，采用串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。\n[0014] 所述的各個(gè)地源熱交換井的冷熱交換管之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，設(shè)在高于地源熱交換井的地下水源的水面以上位置，所述的冷熱交換管之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)采用保溫管結(jié)構(gòu)。\n[0015] 所述的冷熱交換管為密閉的循環(huán)管路，所述的供水系統(tǒng)通過低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置向冷熱交換管補(bǔ)充水源，所述的低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置設(shè)加壓泵和單向閥。\n[0016] 所述的冷熱交換管與用水裝置連通，所述的供水系統(tǒng)為居民生活自來水系統(tǒng)。\n[0017] 所述的冷熱交換管在井下接近于與所述的“U”形管的連接處，設(shè)冷熱交換管井下扶正支架，所述的冷熱交換管井下扶正支架設(shè)扶正器；\n[0018] 所述的冷熱交換管在井上接近于與所述的“U”形管的連接處，設(shè)冷熱交換管井上扶正蓋，所述的冷熱交換管井上扶正蓋設(shè)扶正器；\n[0019] 所述的扶正器為垂直于冷熱交換管的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器的外緣與所述的地源熱交換井的井筒內(nèi)壁接觸，所述的冷熱交換管從所述的扶正器中穿過并與其緊固連接。\n[0020] 所述的冷熱交換管的連接處設(shè)扶正聯(lián)軸節(jié)，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)設(shè)扶正器和連接管，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)通過連接管將所述的冷熱交換管同軸地連接，所述的扶正器為垂直于冷熱交換管的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器的外緣與所述的地源熱交換井的井筒內(nèi)壁接觸，所述的連接管從所述的扶正器中穿過并與其緊固連接。\n[0021] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，提高了系統(tǒng)的熱交換效率，即提高了地下水能源的利用率，獲得水質(zhì)優(yōu)良的換熱介質(zhì)，并能直接使用，降低工程投資和使用的成本，避免了地下水中的砂石泥土和有毒有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境、人員和設(shè)備的影響。\n附圖說明\n[0022] 下面對(duì)本說明書各幅附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說明：\n[0023] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0024] 圖2為多個(gè)地源熱交換井的冷熱交換管的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0025] 圖3為冷熱交換管在地源熱交換井內(nèi)上、下往復(fù)的分布結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0026] 圖4為低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0027] 圖5為系統(tǒng)中設(shè)置用水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0028] 圖6為冷熱交換管井下扶正支架示意圖；\n[0029] 圖7為圖6所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；\n[0030] 圖8為冷熱交換管中間扶正及聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；\n[0031] 圖9為圖8所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；\n[0032] 圖10為冷熱交換管的井上扶正支架示意圖；\n[0033] 圖11為圖10所示結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。\n[0034] 圖中標(biāo)記為：\n[0035] 1、地源熱交換井，2、熱泵，3、冷熱交換管，4、供水系統(tǒng)，5、低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置，\n6、加壓泵，7、單向閥，8、居民生活自來水系統(tǒng)，9、中心管，10、用水裝置，11、空調(diào)裝置，12、“U”形管，13、扶正器，14、扶正聯(lián)軸節(jié)，15、連接管。\n具體實(shí)施方式\n[0036] 下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。\n[0037] 如圖1至圖5所表達(dá)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明為一種地下水源冷熱交換系統(tǒng)，包括地源熱交換井1、熱泵2，所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)設(shè)冷熱交換管3。\n[0038] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不直接將地下水抽出，而是通過清潔的介質(zhì)進(jìn)行換熱的發(fā)明目的，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施：\n[0039] 如圖1所示，本發(fā)明所提供的地下水源冷熱交換系統(tǒng)，其中所述的冷熱交換管3內(nèi)的水流與所述的地源熱交換井1內(nèi)的地下水源隔絕，即所述的冷熱交換管3由單獨(dú)的供水系統(tǒng)4提供液體介質(zhì)或水源。\n[0040] 為了避免地下水源的腐蝕物質(zhì)對(duì)冷熱交換管3的腐蝕，所述的冷熱交換管3為耐腐蝕導(dǎo)熱材料制成。\n[0041] 由于冷熱交換管3內(nèi)的水流與所述的地源熱交換井1內(nèi)的地下水源隔絕，且能獨(dú)立地進(jìn)行循環(huán)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的地下水中砂石泥土、有毒、有害物質(zhì)，如重金屬元素及其它化學(xué)物質(zhì)，對(duì)地下水源冷熱交換系統(tǒng)、對(duì)環(huán)境以及對(duì)使用者的嚴(yán)重影響，且提高了系統(tǒng)的熱交換效率，即提高了地下水能源的利用率；同時(shí)，降低工程投資和使用的成本。\n[0042] 為了提高換熱的效果，如圖1、圖2和圖5所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在所述的地源熱交換井1內(nèi)采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)折處采用“U”形管結(jié)構(gòu)。\n[0043] 采用上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)，大大延長(zhǎng)了冷熱交換管3在地源熱交換井1的長(zhǎng)度，也就是增加了冷熱交換管3內(nèi)的換熱液體介質(zhì)，如水流在地源熱交換井1內(nèi)的流經(jīng)長(zhǎng)度，換熱效果更好，換熱介質(zhì)水流溫度更進(jìn)一步地接近地下水的溫度；同時(shí)，轉(zhuǎn)折處采用“U”形管結(jié)構(gòu)，減少了水流的阻力。\n[0044] 為了合理地安排冷熱交換管3在地源熱交換井1的分布，所述的上、下往復(fù)的結(jié)構(gòu)的分布方式如圖3所示，在所述的地源熱交換井1的橫截面上，向下進(jìn)水的中心管9分布在所述的地源熱交換井1的中央，各個(gè)上、下往復(fù)的管路環(huán)繞在所述的中心管9的周圍，并在以所述的中心管9路的軸線為圓心的圓周上分布。\n[0045] 中心管9的長(zhǎng)度大于各個(gè)上、下往復(fù)的管路。\n[0046] 這樣，中心管9與地下水的溫差最大，而經(jīng)過多次上、下往復(fù)后，在中心管9的周圍，冷熱交換管3內(nèi)的冷熱交換介質(zhì)水流的溫度越來越接近地下水的溫度，最后流出，其換熱的效率高。\n[0047] 如圖2所示，本心知肚明所述的地源熱交換井1的數(shù)量為二個(gè)或二個(gè)以上，各地源熱交換井1的冷熱交換管3之間采用串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。\n[0048] 由于在一個(gè)地源熱交換井1換熱的效果還達(dá)不到要求，這時(shí)，可采用二個(gè)或二個(gè)以上的地源熱交換井1，以增加換熱的效果。\n[0049] 各個(gè)地源熱交換井1之間的冷熱交換管3的連接結(jié)構(gòu)為：\n[0050] 如圖2所示，所述的冷熱交換管3之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，設(shè)在高于地源熱交換井1的地下水源的水面以上位置，即需要跨過井口；所述的冷熱交換管3之間的串聯(lián)或并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)為塑料保溫管。采用保溫管，且也呈“U”狀，同樣是為減少介質(zhì)流動(dòng)的阻力，降低泵的能量消耗。\n[0051] 因?yàn)榭邕^井口的保溫管從井內(nèi)一直到地表上，為防止其能量損失，即防止其溫度向環(huán)境溫度變化，“U”形連接管采用保溫管的結(jié)構(gòu)。\n[0052] 下面是本發(fā)明應(yīng)用的兩個(gè)示例：\n[0053] 實(shí)施例一，介質(zhì)密閉循環(huán)：\n[0054] 如圖1和圖4所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3為密閉的循環(huán)管路，所述的供水系統(tǒng)4通過低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置5向冷熱交換管3補(bǔ)充水源，所述的低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置5設(shè)加壓泵6和單向閥7。\n[0055] 從理論上來說，如果是完全密閉的循環(huán)管路，應(yīng)該不需要進(jìn)行介質(zhì)水流的補(bǔ)充，但是考慮到不可避免的存在泄漏，所以應(yīng)該進(jìn)行介質(zhì)水流的補(bǔ)充。其補(bǔ)充的方式是：利用低壓自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置5向循環(huán)管路系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水，當(dāng)管內(nèi)的水壓有所降低時(shí)，所述的加壓泵6開始工作，進(jìn)行補(bǔ)水；壓力上升后停止補(bǔ)水。\n[0056] 其加壓泵6的啟停控制，是由循環(huán)管路上的壓力開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。單向閥7防止水流的倒流。\n[0057] 實(shí)施例二：\n[0058] 如圖5所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3與用水裝置10連通，所述的供水系統(tǒng)4為居民生活自來水系統(tǒng)8。\n[0059] 在一般情況下，冷熱交換管3的介質(zhì)水流如上述實(shí)施例所述的完全密閉，如只供應(yīng)、空調(diào)裝置11的制熱或制冷；但是也可能出現(xiàn)需要直接使用水質(zhì)很清潔的介質(zhì)水流，這時(shí)，就在管路引出水流，送到用水裝置10，供用戶直接使用，同時(shí)，通過居民生活自來水系統(tǒng)\n8向本發(fā)明所述的地下水源冷熱交換系統(tǒng)中的冷熱交換管3補(bǔ)充民用自來水。\n[0060] 由于冷熱交換管3與所述的地源熱交換井1的井壁相隔一定的距離，且平行的管路之間也相隔一定的距離，冷熱交換管3需要在其橫向進(jìn)行支承，防止在下降過程中或在運(yùn)行過程中發(fā)生偏移，所以本發(fā)明采取了以下措施：\n[0061] 如圖6和圖7所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在井下接近于與所述的“U”形管\n12的連接處，設(shè)冷熱交換管井下扶正支架，所述的冷熱交換管井下扶正支架設(shè)扶正器13；\n[0062] 如圖10和圖11所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3在井上接近于與所述的“U”形管12的連接處，設(shè)冷熱交換管井上扶正蓋，所述的冷熱交換管井上扶正蓋設(shè)扶正器13；\n[0063] 所述的扶正器13為垂直于冷熱交換管3的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器13的外緣與所述的地源熱交換井1的井筒內(nèi)壁接觸，所述的冷熱交換管3從所述的扶正器13中穿過并與其緊固連接。\n[0064] 如圖6和圖10所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距離的多塊板組成。\n其形狀可以是如圖7和圖11所示的多塊小板拼接、鉚接而成的結(jié)構(gòu)。\n[0065] 由于冷熱交換管3的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，需要在地源熱交換井1內(nèi)對(duì)冷熱交換管3進(jìn)行連接，以延長(zhǎng)其長(zhǎng)度，所以，與以上技術(shù)方案相同的目的，在連接處也需要進(jìn)行支承，因此，本發(fā)明采取了相同的措施：\n[0066] 如圖8和圖9所示，本發(fā)明所述的冷熱交換管3的連接處設(shè)扶正聯(lián)軸節(jié)14，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)14設(shè)扶正器13和連接管15，所述的扶正聯(lián)軸節(jié)14通過連接管15將所述的冷熱交換管3同軸地連接，所述的扶正器13為垂直于冷熱交換管3的板狀結(jié)構(gòu)，所述的扶正器13的外緣與所述的地源熱交換井1的井筒內(nèi)壁接觸，所述的連接管15從所述的扶正器\n13中穿過并與其緊固連接。\n[0067] 如圖8所示，扶正器13可以是互相平行的、相隔一定距離的多塊板組成。其形狀可以是如圖9所示的多塊小板拼接、鉚接而成的結(jié)構(gòu)。\n[0068] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。