主动式中深层地热能换热站系统及控制方法与流程

1.本发明属于中深层地热技术领域，具体涉及一种主动式中深层地热能换热站系统及控制方法。


背景技术：

2.中深层地热地埋管系统的地热孔与浅层地热孔的热源特征在热源温度、热源响应、热源恢复方面有明显区别。中深层地热能主要利用深层岩石的导热能力和深层的高温热源，地热孔输出热能功率较大，在热源温度方面差异巨大。中深层地热能在地层方面垂直温度差约为10～90℃之间连续分布，热源出水温度在供暖季各阶段温度变化也比较大。
3.中深层地热地埋管系统的地热孔与浅层地热孔的热源特征在热源温度、热源响应、热源恢复方面有明显区别，主要表现在：
4.1、地层温度自上而下温差大，静态条件下一次热源侧换热介质垂直温度差在10～90℃之间连续分布，而浅层热源最高温度在20℃左右。
5.2、中深层地热能主要利用中深层岩石的导热能力和中深层的高温热源，地热孔输出热能功率较大。
6.3、中深层热源的热输送和恢复能力比较强，，而浅层地热系统在夏季则向地下蓄热用于保障次年供暖使用。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种主动式中深层地热能换热站系统及控制方法。
8.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
9.本发明实施例提供一种主动式中深层地热能换热站系统，该系统包括热源侧、换热器、变频控制取热泵、中深层地热热泵机组、分水器、集水器，所述热源侧的供热管路和回水管路与换热器连接，所述热源侧和换热器连接的供热管路上设置有热源变频控制水泵，所述换热器的供热管路通过变频控制取热泵分别与若干个中深层地热热泵机组连接，所述若干个中深层地热热泵机组的供热管路分别通过第一用户暖水泵与分水器连接，所述分水器的供热管路对小区划分的若干个区域分别进行供热，所述小区的回水管路与集水器连接，所述集水器的回水管路分别与若干个中深层地热热泵机组连接，所述若干个中深层地热热泵机组的回水管路与换热器连接。
10.上述方案中，该系统还包括高区供热组件、中区供热组件、低区供热组件，所述若干个中深层地热热泵机组的供热管路分别与高区供热组件、中区供热组件、低区供热组件连接，所述高区供热组件、中区供热组件、低区供热组件的供热管路对小区按照楼层的高、中、低划分的对应区域分别进行供热。
11.上述方案中，所述高区供热组件包括高区换热器、高区暖水泵，所述中区供热组件包括中区换热器、中区暖水泵，所述低区供热组件包括低区换热器、低区暖水泵，所述若干
个中深层地热热泵机组的供热管路均与第二用户暖水泵连接，所述第二用户暖水泵的供热管路第一路依次与高区换热器、高区暖水泵连接，第二路依次与高区换热器、高区暖水泵连接，第三路依次与低区换热器、低区暖水泵连接，所述高区暖水泵、中区暖水泵、低区暖水泵的回水管路分别与若干个中深层地热热泵机组连接。
12.上述方案中，该系统还包括定压补水清污组件，所述定压补水组件与换热器和热源侧之间的供热管路、以及若干个中深层地热热泵机组与换热器之间的回水管路连接。
13.上述方案中，所述定压补水清污组件包括第一空调侧定压补水装置、第二空调侧定压补水装置、第三空调侧定压补水装置、软水箱、软水器，所述第一空调侧定压补水装置与集水器、高区供热组件、中区供热组件、低区供热组件的回水管路连接，所述第二空调侧定压补水装置与若干个中深层地热热泵机组与换热器之间的回水管路连接，所述第三空调侧定压补水装置与换热器和热源侧之间的供热管路连接,所述软水箱分别与第一空调侧定压补水装置、第二空调侧定压补水装置、第三空调侧定压补水装置连接，所述软水箱与水源侧之间设置软水器。
14.上述方案中，所述第三空调侧定压补水装置一路连接在换热器和热源变频控制水泵之间，并且管路上依次设置第二阀门v2、第七阀门v7，另一路连接在热源变频控制水泵和热源侧之间，并且管路上依次设置第一阀门v1、第五阀门v5。
15.上述方案中，所述换热器和热源侧之间的回水管路上依次设置第六阀门v6、第八阀门v8，并且所述第六阀门v6、第八阀门v8之间通过管路换热器和热源侧之间的供热管路连接，该管路上设置有第三阀门v3，所述热源变频控制水泵和热源侧之间设置有换热器冲洗管路，所述第五阀门v5和热源侧之间设置有排污管路，所述排污管路上设置有排污阀v4。
16.本发明实施例还提供一种应用在如上述方案中任意一项主动式中深层地热能换热站系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
17.打通系统所有阀门，启动第一用户暖水泵或者第二用户暖水泵建立用户侧循环即可；
18.根据负荷情况确定若干个中深层地热热泵机组的工作状态；
19.通过所述分水器向楼层高度相似的分区供热小区进行供热，或者通过高区供热组件、中区供热组件、低区供热组件向楼层高度落差较大的分区进行供热。
20.上述方案中，该控制方法还包括：在供暖季开始前，通过第二空调侧定压补水装置向用户侧管道、分水器、集水器、以及换热器进行注水，开启管道最高处放气阀，启动第二空调侧定压补水装置进行补水，直至最高处放气阀有水流出即可；在用户侧注水结束后，通过第三空调侧定压补水装置对热源侧的管道、换热器进行注水。
21.上述方案中，该控制方法还包括：对热源侧的地热孔进行充分冲洗；具体为：打开第一阀门v1、第三阀门v3、排污阀v4、第五阀门v5、第八阀门v8，关闭第二阀门v2，启动热源变频控制水泵，观察排污管路颜色是否清澈；
22.当排污管路排水颜色发生变化时，将排污阀v4全开，关闭热源变频控制水泵，同时打开第二阀门v2，关闭第一阀门v1，通过第三空调侧定压补水装置向管道内强制补水，换热孔的沉淀的污水通过排污阀v4排出；
23.再次观察排污管路排水如果由污水变成清水，则打开第一阀门v1、关闭第二阀门v2、排污阀v4，热源侧的换热孔冲洗完毕。
24.与现有技术相比，本发明可以发挥土壤蓄热的优势，采用换热器将热源与热泵蒸发器隔离，方便两侧系统的压力与流量设计，其中热源侧循环泵在热源恢复期间或者供暖季开始前数周，间歇性的循环加热热源侧介质，促使地下深层热源均匀加热介质到80℃左右，再通过循环一次热源侧介质，将地下热量传导给换热孔上层周围各层，使其充分蓄热，以达到蓄热储能的目的，保障极寒天气条件下连续大负荷输出时的热源供给。
附图说明
25.此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明实施例提供一种主动式中深层地热能换热站系统的结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
29.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
30.本发明实施例提供一种主动式中深层地热能换热站系统，如图1所示，该系统包括热源侧1、换热器2、变频控制取热泵3、中深层地热热泵机组4、分水器5、集水器6，所述热源侧1的供热管路和回水管路与换热器2连接，所述热源侧1和换热器2连接的供热管路上设置有热源变频控制水泵101，所述换热器2的供热管路通过变频控制取热泵3分别与若干个中深层地热热泵机组4连接，所述若干个中深层地热热泵机组4的供热管路分别通过第一用户暖水泵401与分水器5连接，所述分水器5的供热管路对小区划分的若干个区域分别进行供热，所述小区的回水管路与集水器6连接，所述集水器6的回水管路分别与若干个中深层地热热泵机组4连接，所述若干个中深层地热热泵机组4的回水管路与换热器2连接。
31.所述热源侧1采用板换进行隔离的系统设计，为供暖季的初期、中期、末期用热负荷不同，热源能力不同，中深层地热热泵机组4进行变负荷运行提供了设备基础。
32.供暖季初期，热源充足，但用户负荷较低；供暖季中期，夜间和白天的用户负荷存在差异；供暖季末期，热源已经疲惫，热品位处于一个缓慢恢复的阶段；运行管理人员可以根据运行策略，通过板换灵活调整热源输入温度，从而调整热泵机组负荷，或者消耗一定的
电能补充热源，或者提高热源输入温度节约电能。
33.针对楼层高度相似的分区供热小区，采用分水器5分区供热，若干个中深层地热热泵机组4之间可以相互备用，减少投资。
34.低负荷阶段可以让中深层地热热泵机组4之间分时连续运行，减少热泵机组频繁启动，延长热泵寿命，减少设备故障。
35.便于小区内供热温度控制，便于用户内故障检修。
36.进一步地，该系统还包括高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9，所述若干个中深层地热热泵机组4的供热管路分别与高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9连接，所述高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9的供热管路对小区按照楼层的高、中、低划分的对应区域分别进行供热。
37.楼层高度落差较大的分区供热项目采用换热器进行热源分配，小区楼层差距较大的对供水压力要求不同，采用高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9分区供热，既能保证各分区压力，若干个中深层地热热泵机组4之间双能相互备用，减少投资。
38.同样的低负荷阶段可以让中深层地热热泵机组4之间分时连续运行，减少热泵机组频繁启动，延长热泵寿命，减少设备故障。
39.便于小区内供热温度需求控制，通过换热器2将中深层地热热泵机组4与用户侧隔离，当用户侧管路出现故障，可以灵活处理，不影响机组正常运行。
40.本发明可以发挥土壤蓄热的优势，采用换热器2将热源与热泵蒸发器隔离，方便两侧系统的压力与流量设计，其中热源侧循环泵在热源恢复期间或者供暖季开始前数周，间歇性的循环加热热源侧介质，促使地下深层热源均匀加热介质到80℃左右，再通过循环一次热源侧介质，将地下热量传导给换热孔上层周围各层，使其充分蓄热，以达到蓄热储能的目的，保障极寒天气条件下连续大负荷输出时的热源供给。
41.两器均用换热器2进行隔离，使得机组运行环境纯净，两器的输入、输出运行流量和温度在允许范围内设置并能稳定运行，并且不受换热孔侧、用户侧管道水质的影响，极大地减少热泵机组的运行故障，有利于设备的安全运行和维护。
42.进一步地，所述高区供热组件7包括高区换热器701、高区暖水泵702，所述中区供热组件8包括中区换热器801、中区暖水泵802，所述低区供热组件9包括低区换热器901、低区暖水泵902，所述若干个中深层地热热泵机组4的供热管路均与第二用户暖水泵402连接，所述第二用户暖水泵402的供热管路第一路依次与高区换热器701、高区暖水泵702连接，第二路依次与高区换热器701、高区暖水泵702连接，第三路依次与低区换热器901、低区暖水泵902连接，所述高区暖水泵702、中区暖水泵802、低区暖水泵902的回水管路分别与若干个中深层地热热泵机组4连接。
43.进一步地，该系统还包括定压补水清污组件10，所述定压补水组件10与换热器2和热源侧1之间的供热管路、以及若干个中深层地热热泵机组4与换热器2之间的回水管路连接。
44.地热孔是深达千米的垂直结构，蓄热季地热孔内取热介质长期沉淀，会在地热孔底部形成较多沉淀物，就需要进行清污工作。
45.具体地，所述定压补水清污组件10包括第一空调侧定压补水装置1001、第二空调侧定压补水装置1002、第三空调侧定压补水装置1003、软水箱1004、软水器1005，所述第一
空调侧定压补水装置1001与集水器6、高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9的回水管路连接，所述第二空调侧定压补水装置1002与若干个中深层地热热泵机组4与换热器2之间的回水管路连接，所述第三空调侧定压补水装置1003与换热器2和热源侧1之间的供热管路连接,所述软水箱1004分别与第一空调侧定压补水装置1001、第二空调侧定压补水装置1002、第三空调侧定压补水装置1003连接，所述软水箱1004与水源侧之间设置软水器1005。
46.所述第三空调侧定压补水装置1003一路连接在换热器2和热源变频控制水泵101之间，并且管路上依次设置第二阀门v2、第七阀门v7，另一路连接在热源变频控制水泵101和热源侧1之间，并且管路上依次设置第一阀门v1、第五阀门v5。
47.所述换热器2和热源侧1之间的回水管路上依次设置第六阀门v6、第八阀门v8，并且所述第六阀门v6、第八阀门v8之间通过管路换热器2和热源侧1之间的供热管路连接，该管路上设置有第三阀门v3，所述热源变频控制水泵101和热源侧1之间设置有换热器冲洗管路201，所述第五阀门v5和热源侧1之间设置有排污管路102，所述排污管路102上设置有排污阀v4。
48.本发明实施例还提供一种应用上述主动式中深层地热能换热站系统的控制方法，该控制方法包括：
49.打通系统所有阀门，启动第一用户暖水泵401或者第二用户暖水泵402建立用户侧循环即可；
50.根据负荷情况确定若干个中深层地热热泵机组4的工作状态；
51.通过所述分水器5向楼层高度相似的分区供热小区进行供热，或者通过高区供热组件7、中区供热组件8、低区供热组件9向楼层高度落差较大的分区进行供热。
52.进一步地，该控制方法还包括：在供暖季开始前，通过第二空调侧定压补水装置1002向用户侧管道、分水器5、集水器6、以及换热器2进行注水，开启管道最高处放气阀，启动第二空调侧定压补水装置1002进行补水，直至最高处放气阀有水流出即可；在用户侧注水结束后，通过第三空调侧定压补水装置1003对热源侧1的管道、换热器2进行注水。
53.进一步地，该控制方法还包括：对热源侧1的地热孔进行充分冲洗；具体为：打开第一阀门v1、第三阀门v3、排污阀v4、第五阀门v5、第八阀门v8，关闭第二阀门v2，启动热源变频控制水泵101，观察排污管路102颜色是否清澈；
54.当排污管路102排水颜色发生变化时，将排污阀v4全开，关闭热源变频控制水泵101，同时打开第二阀门v2，关闭第一阀门v1，通过第三空调侧定压补水装置1003向管道内强制补水，换热孔的沉淀的污水通过排污阀v4排出；
55.再次观察排污管路102排水如果由污水变成清水，则打开第一阀门v1、关闭第二阀门v2、排污阀v4，热源侧1的换热孔冲洗完毕。
56.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。