一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统的制作方法

本实用新型涉及热交换系统领域，更具体地说，涉及一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统。

背景技术：

随着国民经济的不断提高，对能源的消耗量也越来越大，而传统能源往往利用不充分且带来的污染也越来越严重，例如煤炭燃烧产生的煤渣和烟气等会造成环境污染，因此，为了减少环境污染，研究和开采新能源已成为可持续发展的一项重要目标。在新能源中，地球内部的地热能由于具有储量大、无污染等特点，也越来越多地被人们开采和利用。

申请人曾就地热能利用利于申请了专利，其专利申请号为CN201320219708，授权公告日为2013年9月25日，实用新型名称为：一种利用中深地层封闭循环热交换系统。该申请案涉及一种利用中深地层封闭循环热交换系统，包括热能使用端、换热器、循环泵、井眼、井口装置、固井套管及悬挂套管，所述井眼深度为1000-3500m，固井套管安装在井眼中，固井套管为金属材料，井壁与固定套管之间填充油井水泥；所述悬挂套管放入固井套管中，并通过井口装置悬挂、固定；所述循环泵将水从环形空间注入井中，自上而下，与周围固井套管热交换，接近井底后，再从悬挂套管内返回地面，再通过换热器将热交换给热能使用端。该申请案提供可再生的、稳定的、极低运行成本的热源，不破坏、不污染未扰动的地下水。但是，该申请案的系统只能够用于供暖，功能单一，没有充分利用地热能。此外，该申请案中，换热后的热水从悬挂套管中上行时会与未经换热的下行的冷水接触，在此接触过程中会发生热交换，致使换热后的热水温度降低，热交换强度极易衰减，会使得整个系统的热交换效率降低，并且，该申请案中的井眼只设有竖直段，下行的冷水只能够通过竖直段与地层进行热交换，冷水与地层热交换的有效面积和体积较小，系统热交换效率低，且往往不能达到预期的效果，换热效果差。

此外，居民小区、宾馆、大型建筑物群等除了需要加热地暖和进行降温以外，一般都还需要集中式全年供应生活热水，以满足人群对热水的使用需求，而上述的热交换系统在供暖或供冷时无法同时利用地热能来提供生活热水，不能很好地满足使用需求。

技术实现要素：

1.实用新型要解决的技术问题

针对现有技术中的热交换系统存在的上述不足，本实用新型提供一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统在供暖供冷的同时还能够提供生活热水，功能多样，实现了供暖、供冷和生活热水一体化，满足了人群全方位的需要，充分利用了地热能，绿色环保，并且，该系统换热效率高，换热效果好，热源或者冷源输出的稳定性高。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，包括使用端、换热器、冷热循环管网、第一热泵和生活热水端，所述的使用端通过换热器与冷热循环管网进行换热，所述的第一热泵一侧与使用端连接，另一侧连接有生活热水端，用以吸收使用端的热量并传导至生活热水端，所述的冷热循环管网包括循环泵、主井眼、第一流动管路和第二流动管路，所述的循环泵的出口端与主井眼的进口端连接，用以将循环液输送到主井眼中，所述的第一流动管路和第二流动管路的进口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼连接，且所述的第一流动管路和第二流动管路的出口端均通过输送管路经由换热器后连接至循环泵的进口端，循环液经由主井眼输送至第一流动管路或第二流动管路中，并在第一流动管路或第二流动管路进行换热后输出。

更进一步地，所述的冷热循环管网还包括第二热泵，所述的第二热泵的一侧与循环泵进口端侧连接，另一侧与循环液进入换热器的一侧连接。

更进一步地，所述的第一流动管路包括第一垂直管路和多根第一水平管路，多根所述的第一水平管路的一端与均主井眼连接，另一端均与第一垂直管路连接。

更进一步地，所述的第二流动管路包括第二垂直管路和多根第二水平管路，多根所述的第二水平管路的一端与均主井眼连接，另一端均与第二垂直管路连接。

更进一步地，所述的输送管路包括第一输送管路和第二输送管路，所述的第一流动管路通过第一输送管路与换热器连接，所述的第二流动管路通过第二输送管路与换热器连接，所述的循环泵的出口端通过连接管与主井眼连接。

更进一步地，所述的第一热泵为水-水型热泵。

更进一步地，所述的第一流动管路与第一输送管路之间、第二流动管路与第二输送管路之间、连接管与主井眼之间均设有井口装置。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统不但能够供暖，而且能够供冷，供暖供冷不耗能，功能多样，充分利用了地热能，绿色环保，并且，该系统第一流动管路和第二流动管路均与主井眼连接，主井眼中的循环液流经第一流动管路和第二流动管路进行换热后输出，换热后的循环液和未经换热的循环液不会进行接触换热，热交换强度高，换热效果好，整个系统的热交换效率更高，实用性强。

(2)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统还设有第一热泵和生活热水端，第一热泵一侧与使用端连接，另一侧连接有生活热水端，该第一热泵能够吸收使用端的高热量或低热量并进行转换传导，从而使生活热水端的水的温度达到使用要求，使得该系统在供冷或供暖的同时还能够提供生活热水，增加了系统的功能，实现了供暖、供冷和生活热水一体化，满足了人群全方位的需要。

(3)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统的冷热循环管网还包括第二热泵，第二热泵的一侧与循环泵进口端侧连接，另一侧与循环液进入换热器的一侧连接，该第二热泵能够进一步对即将进入到换热器中的循环液进行增温或者降温，使换热器对使用端产生的换热效果更好，并且，在某些极端天气状况下，地热能输出不稳定时，第二热泵能够稳定热源或者冷源输出的质量。

(4)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统的第一流动管路包括第一垂直管路和多根第一水平管路，同时，第二流动管路包括第二垂直管路和多根第二水平管路，第一流动管路和第二流动管路不但能够在垂直段与地层进行换热，还能够在水平段与地层进行充分换热，第一流动管路和第二流动管路与地层接触的有效面积和体积大，系统热交换效率高，换热充分，换热效果非常好，并且，由于第一水平管路和第二水平管路均设有多根，多根第一水平管路和第二水平管路进一步增大了第一流动管路和第二流动管路与地层接触的有效面积和体积，进一步提高了换热效果，且多根第一水平管路和第二水平管路能够使循环液流动更加顺畅快速，提高换热效率。

(5)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统的第一热泵为水-水型热泵，水-水型热泵只需消耗少量电能即能够将循环液中大量的低品位热能取出来，变成少量的高品位热能，水-水型热泵使用稳定可靠，能耗低。

(6)本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统的第一流动管路与第一输送管路之间、第二流动管路与第二输送管路之间、连接管与主井眼之间均设有井口装置，井口装置能够进行固定和密封，能够避免循环液与地层中的水发生交叉接触。

附图说明

图1为本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统在进行供暖并提供生活热水时的工作原理示意图；

图3为本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统在进行供冷并提供生活热水时的工作原理示意图；

图4为本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统单独提供生活热水时的工作原理示意图；

图5为本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统的排布方式示意图。

示意图中的标号说明：

1、主井眼；2、第一流动管路；21、第一水平管路；22、第一垂直管路；3、第二流动管路；31、第二水平管路；32、第二垂直管路；4、第一输送管路；5、第二输送管路；6、循环泵；7、换热器；8、第二热泵；9、第一热泵；10、使用端；11、生活热水端；12、井口装置；13、连接管。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1至图5所示，本实施例的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，包括使用端10、换热器7、冷热循环管网、第一热泵9和生活热水端11，使用端10通过换热器7与冷热循环管网进行换热，其中，冷热循环管网包括循环泵6、主井眼1、第一流动管路2和第二流动管路3，循环泵6的出口端与主井眼1的进口端连接，用以将循环液(本实施例中的循环液可为水等液体)输送到主井眼1中，第一流动管路2和第二流动管路3的进口端分别在距离地面不同深度位置处与主井眼1连接，且第一流动管路2和第二流动管路3的出口端均通过输送管路经由换热器7后连接至循环泵6的进口端，第一流动管路2和第二流动管路3上分别独立设有开闭装置，该开闭装置能够控制第一流动管路2和第二流动管路3的开闭，即控制供冷或供暖回路的打开和关闭。循环液经由主井眼1输送至第一流动管路2或第二流动管路3中，并在第一流动管路2或第二流动管路3进行换热后输出，换热后的循环液输出到换热器7中，并最终流入到循环泵6的入口端。本实施例的主井眼1底部是封闭式的，主井眼1中的循环液不与地层中的水源等发生接触，同时，第一流动管路2和第二流动管路3中的循环液也不与地层中的水源等发生接触。循环泵6使热的循环液或冷的循环液进入到主井眼1中，通过主井眼1进行初步换热，然后使循环液进入到第二流动管路3或第一流动管路2中，与地层进行换热，换热后的循环液即沿第二流动管路3或第一流动管路2输出，输出的循环液则流经换热器7后重新进入到循环泵6中，使用端10的水流即可通过换热器7进行加热或降温。优选地，上述的第一流动管路2和第二流动管路3上的开闭装置为阀门，阀门设置在第一流动管路2与主井眼1的连接处、第二流动管路3与主井眼1的连接处，可通过阀门的开闭来控制循环液的流动，当第一流动管路2上的阀门关闭时，循环液则只能通过主井眼1流入到第二流动管路3中，第二流动管路3上的阀门关闭时，则循环液则只能通过主井眼1流入到第一流动管路2中。

具体地，作为一种优选方案，本实施例的第一流动管路2在距离地面较深的位置与主井眼1进行连接，地壳中从地表(地面)到深处，地层温度随深度逐渐增加，从恒温层以下开始，深度每增加100米，地层温度平均上升3℃，因而距离地面较深处的地层温度较高，在较深处进行连接可以利用地层的热能，提高第一流动管路2中循环液的温度，当温度较低的循环液从主井眼1中输入到第一流动管路2中后，循环液在第一流动管路2中进行换热增温，增温后循环液即通过第一流动管路2进行输出，输出到地表，增温后的循环液流经换热器7即能够使同样流经换热器7的使用端10的水的温度升高，从而使本实施例的系统实现供暖功能，在主井眼1中行走时，循环液能够初步与地层发生热交换，初步地提升自身的温度，使得供暖效果更好。本实施例的第二流动管路3则是在距离地面较浅的位置与主井眼1连接，该处地层的温度较低，当温度较高的循环液从主井眼1中输入到第二流动管路3中时，较高温度的循环液即与地层进行换热降温，降温后的循环液从第二流动管路3中输出到地表，从而使本实施例的系统实现供冷能。本实施例的系统不但能够供暖，而且能够供冷，供暖供冷不耗能，功能多样，充分利用了地热能，绿色环保，并且，本实施例的系统第一流动管路2和第二流动管路3均与主井眼1连接，主井眼1中的循环液流经第一流动管路2和第二流动管路3进行换热后输出，换热后的循环液和未经换热的循环液不会进行接触换热，热交换强度高，换热效果好，整个系统的热交换效率更高，实用性强。更具体地，本实施例的第一流动管路2与主井眼1的连接端位于地下2000m或者2000m以下处，较优地为2000m，该深度能够使得使用端7的温度达到60℃以上，能够很好地满足供暖需求，与此同时，第二流动管路3与主井眼1的连接端位于地下300m或者300m以上位置处，较优地为300m，该深度能够使得使用端的温度维持在20℃以下，能够很好地满足供暖需求。

需要说明的是，本实施例的第一热泵9一侧与使用端10连接，另一侧连接有生活热水端11，用以吸收使用端10的热量并传导至生活热水端11。具体来说，第一热泵9一侧与使用端10的进水端连接，当进行供暖时，使用端10的进水端温度较低，而使用端10的出水端的水温则是经过换热之后，温度较高，第一热泵9连接在使用端10的进水端，能够吸收使用端10进水端中的低品位热能，并将低品位热能变成少量的高品位热能，对生活热水端11的水进行加热，使生活热水端11的水温达到一定的使用温度，从而使该系统实现了对生活热水的供应。当进行供冷时，使用端10的进水端温度较高，而使用端10的出水端的水温则是经过换热之后，温度较低，第一热泵9连接在使用端10的进水端，能够吸收使用端10进水端中的热能，对生活热水端11的水进行加热，使生活热水端11的水温达到一定的使用温度，同样使该系统实现了对生活热水的供应。该第一热泵9能够吸收使用端10的高热量或低热量并进行转换传导，从而使生活热水端11的水的温度达到使用要求，使得该系统在供冷或供暖的同时还能够提供生活热水，增加了系统的功能，实现了供暖、供冷和生活热水一体化，满足了人群全方位的需要。作为一种优选方案，本实施例的第一热泵9为水-水型热泵，水-水型热泵只需消耗少量电能即能够将循环液中大量的低品位热能取出来，变成少量的高品位热能，水-水型热泵使用稳定可靠，能耗低。

本实施例的输送管路包括第一输送管路4和第二输送管路5，第一流动管路2通过第一输送管路4与换热器7连接，同时，上述的第二流动管路3通过第二输送管路5与换热器7连接，且循环泵6的出口端通过连接管13与主井眼1连接，第一流动管路2中的循环液通过第一输送管路4流动到换热器7中，流动到换热器7中的循环液又通过管道流动到循环泵6的入口端，完成一个循环，第二流动管路3中的循环液通过第二输送管路5流动到换热器7中，并同样通过管道流动到循环泵6的入口端，完成一个循环，接着循环泵6又通过连接管13将循环液输送至主井眼1中，进行下一次循环。

需要特别说明的是，本实施的冷热循环管网还包括第二热泵8，该第二热泵8的一侧与循环泵6进口端侧连接，另一侧与循环液进入换热器7的一侧连接，具体地，该第二热泵8的一侧与用于将循环液从换热器7的出口端输送到循环泵6入口端的管路连接，另一侧与第一输送管路4、第二输送管路5连接。供热时，即将回流到循环泵6中的循环液的温度相对较低，第二热泵8吸收即将进入循环泵6内的回水的低品位热能，并将低品位热能变成少量的高品位热能，第一输送管路4、第二输送管路5内的循环液进行加热，使第一输送管路4、第二输送管路5内的循环液的温有一定的提升，此时第二热泵8能够进一步对即将进入到换热器7中的循环液进行增温，使换热器7对使用端10产生的换热效果更好，并且，在某些极端天气状况下，地热能输出不稳定时，第二热泵8可以利用自身先前储备的热量进行工作，能够稳定热源输出的质量。供冷时，即将回流到循环泵6内的循环液的温度相对较高，第二热泵8吸收该处的循环液的热量并进行转化，并将转化后的热量传递至第一输送管路4、第二输送管路5，对第一输送管路4、第二输送管路5内的循环液进行降温，此时，第二热泵8能够进一步对即将进入到换热器7中的循环液进行降温，使换热器7对使用端10产生的换热效果更好。同样优选地，本实施例的第二热泵8也为水-水型热泵。

进一步地，本实施例的第一流动管路2包括第一垂直管路22和多根第一水平管路21，多根第一水平管路21的一端与均主井眼1连接，另一端均与第一垂直管路22连接，如图1和图5所示，本实施例的第一垂直管路22的出口端与第一输送管路4连接，作为一种优选方案，每两根第一水平管路21为一组，每组的两根第一水平管路21汇集到一根第一垂直管路22上，第一垂直管路22也设有多根，第一垂直管路22可设置8根，8根第一垂直管路22呈圆周分布，第一水平管路21设置有八组，每组第一水平管路21可以沿八个不同方向分布，八组第一水平管路21堆叠分布，且八组第一水平管路21之间互不干涉，，形成锚式重叠连接，该种分布方式能够充分利用有限面积，在一定的面积内尽可能地多设置换热管路，能够充分满足高层、超高层建筑群的需求。与此同时，本实施例的第二流动管路3包括第二垂直管路32和多根第二水平管路31，多根第二水平管路31的一端与均主井眼1连接，另一端均与第二垂直管路32连接，具体地，其设置和分布方式类似第一流动管路2，与第一流动管路2不同的是，第二垂直管路32与第二输送管路5连接，且第二水平管路31设置在距离地面较浅的位置处。本实施例的第二水平管路31同样设置有八组，第二垂直管路32同样设置有8根。第一流动管路2和第二流动管路3不但能够在垂直段与地层进行换热，还能够在水平段与地层进行充分换热，第一流动管路2和第二流动管路3与地层接触的有效面积和体积大，系统热交换效率高，换热充分，换热效果非常好，并且，由于第一水平管路21和第二水平管路31均设有多根，多根第一水平管路21和第二水平管路31进一步增大了第一流动管路2和第二流动管路3与地层接触的有效面积和体积，进一步提高了换热效果，且多根第一水平管路21和第二水平管路31能够使循环液流动更加顺畅快速，提高换热效率。

第一流动管路2与第一输送管路4之间、第二流动管路3与第二输送管路5之间、连接管13与主井眼1之间均设有井口装置12，用以进行固定和密封，该井口装置12设置在地面上，井口装置12为固定套、密封圈等，用以对各管路进行固定并进行密封，避免循环液与地层中的水发生交叉接触。

实际使用时，供暖模式下，关闭第二流动管路3上的阀门，并通过循环泵6将温度低的循环液输送到主井眼1中，循环液向下流动，进入到第一流动管路2中，循环液在第一流动管路2内流动时，不断通过第一流动管路2的管壁与地层进行热交换，吸收地层热量，在第一水平管路21段，循环液充分吸收地层热量，达到设计温度，并沿第一垂直管路22返回地面。达到供暖需要温度的循环液在地面，通过换热器7与使用端10的循环水进行热交换，使用端10的循环水被加热后，作为建筑物等的供热源，使用端10可以是地暖循环水等。与此同时，第一热泵9工作，从循环液中吸收热能，提高生活热水端11出水口处的水的温度，为人群提供生活热水，此时，该系统在供暖的同时还提供生活用水。在需要时还可开启第二热泵8，稳定和提高换热效果。

供冷模式下，关闭第一流动管路2上的阀门，并通过循环泵6将温度高的循环液送到主井眼1中，循环液向下流动，进入到第二流动管路3中，循环液在第二流动管路3内流动过程中，不断通过第二流动管路3的管壁与地层进行热交换，释放热量，在第二水平管路31段，循环液充分释放热量到地层中，达到设计温度，并沿第二垂直管路32返回地面。达到供冷需要温度的循环水在地面，通过换热器7与使用端10的循环水进行热交换，使用端10的循环水热量被吸收后，作为建筑物等的供冷源。与此同时，第一热泵9工作，从循环液中吸收热能进行转换，提高生活热水端11出水口处的水的温度，为人群提供生活热水，此时，该系统在供冷的同时还提供生活用水。在需要时还可开启第二热泵8，稳定和提高换热效果。

在不需要供暖也不需要供冷的季节，该系统还可以单独供应生活热水，在单独进行生活热水供应时，不需要整体运行冷热循环管网，只需要打开其中一组即可，即打开第一流动管路2或第二流动管路3即可，第一流动管路2或第二流动管路3中也仅需要打开一组第一水平管路21或第二水平管路31即可，这样既能够达到生活热水所需的温度，也不会产生能源浪费，如图4所示，图4展示了打开第一流动管路2时系统的工作状况，此时，由于第一水平管路21只打开了一组，因而使用端10的温度不会升高太多，而生活用水则可以达到既定的温度。

本实用新型的一种锚式多井平行封闭循环供暖供冷生活热水系统，该系统能够供暖、供冷，并提供生活热水，功能多样，实现了供暖、供冷和生活热水一体化，满足了人群全方位的需要，充分利用了地热能，绿色环保，并且，该系统换热效率高，换热效果好。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。