本发明属于地源热能开发技术领域，涉及地源热的提取系统，具体涉及一种快速提取地源热高能效供热系统及方法。
背景技术：
地热能是来自地球深处的可再生性热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变，是一种以热力形式存在的无污染可再生洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。目前地热能的利用主要通过h型或u型换热器并采用动力泵进行驱动液态介质经换热器机组直接或间接换热为主，系统内注满液态换热介质，通过液态介质流动将地下热能置换出来，此种置换方式需要的换热井较深，因此一般投资都比较大，环节复杂，且此种换热方式换热速度慢，热损失大，换热温度低，换热效果差，电能消耗大，建成后运行成本高，能效比低。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的在于提供了一种换热速度快，换热温度高，热量损失小、快速提取地源热、并能进行高能效供热的系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种快速提取地源热高能效供热系统，包括设置在地面以下的热能快速提取器，热能快速提取器的上部设有真空保温段，热能快速提取器的下部设有快速导热段，热能快速提取器的顶端与用户末端管网相接通，热能快速提取器与用户末端管网形成的总腔为真空腔，热能快速提取器腔内注有少量低沸点音速超导换热介质，该腔内低沸点音速超导换热介质遇热汽化形成持续无回流的单向导热状态，将热能不断传递至用户末端管网进行持续供热。
所述热能快速提取器的顶端接有一路管段，该管段尾部分为两路，一路与用户末端管网的一端口接通，用户末端管网的另一端口为封闭端，另一路接减压冷凝器。
或者所述热能快速提取器的顶端接有二路管段，一路管段的尾端与用户末端管网的一端口接通，另一路管段尾端分为两路，其中，一路与用户末端管网的另一端口接通，另一路接减压冷凝器。
进一步的，所述热能快速提取器的顶端其中一管段上设有真空超导嘴。
进一步的，与减压冷凝器进口相接的管路上安装有泄压控制阀，减压冷凝器的出口与介质储液槽相接通。
优选的，所述热能快速提取器设置为一组或并联设置为多组，当为多组时，其中一热能快速提取器竖直设置，其余围绕该竖直设置热能快速提取器呈锥形分布设置。
所述每一热能快速提取器对应位于地面以下的一地源热取热井中。
所述真空保温段位于快速导热段的顶端，两者接点处的高度通过低沸点音速超导换热介质的沸点与该接点处的地源热温度确定。
本发明的另一目的在于提供一种采用上述系统进行快速提取地源热高能效供热的方法，具体包括以下步骤：
步骤（1）.位于地面以下地源热取热井中的热能快速提取器，通过快速导热段快速提取地源热，真空保温段用于保温；
步骤（2）.将热能快速提取器与用户末端管网形成的整个密闭总腔内抽为真空状态；
步骤（3）.向热能快速提取器腔内注入少量的低沸点音速超导换热介质；
步骤（4）.注入热能快速提取器腔内的低沸点音速超导换热介质遇热,当达到设定的沸点温度，瞬间吸热迅速汽化，使腔内温度升高、压力增大，气态音速超导介质向用户末端持续进行无回流超音速单向导热，将热源迅速传递至用户末端管网达到持续供热状态。
进一步的，总腔体内的压力过高时，通过控制器控制的泄压控制阀自动打开，音速超导换热介质通过减压冷凝器冷凝泄压，冷凝为液态的低沸点音速超导换热介质流入介质储液槽。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明对地源热能提取与换热的结构做出了很大的改进，通过将热能快速提取器与用户末端管网采用单管直接连通，结合低沸点音速超导换热介质，以其独特的单向导热功能，在真空状态下，快速度向远端传递热量，打破了传统的地源热能提取与换热传热的供热方式，实现了传热速度快，传递温度高，热量损失小、供热能效高；其中，热能快速提取器的下部为导热段快速吸取地源热，上部的热量易损失段通过采用了真空保温措施，最大限度减少热量损失，实现了热能充分利用，本发明只需在热能快速提取器内注入少量的低沸点音速超导换热介质，通过极小的截面积实现远距离传输，无需换热组件和热回流循环动力泵即可将热能快速传递至用户末端管网，达到持续供热状态，减少了换热循环动力泵及所耗电能投资成本，极大的降低了运行成本，达到高效、节能、环保、低能耗的供热效果。
2.本发明改善了地源热能提取与换热采用介质的形态，不需要在整个系统内均注满换热介质，只需注入极少量低沸点音速超导换热介质，低沸点音速超导换热介质在设定温度下被激活，产生超强导热性能，以分子震荡形式传递热量，几乎没有温度的衰减并能以极快的速度传递到用户末端管网进行供热，不但投资成本，而且传热温度高、传递速度快，低沸点音速超导换热介质可在零下35-40度正常工作，一次加入，永久使用，不燃烧、无毒无味、安全可靠。
3.本发明简化了地源热能提取工艺，加入低沸点音速超导换热介质，直接通过热能快速提取器向客户端供热，不提取、不干扰、不破坏地下水源，零污染零排放。
4.本发明可根据用户末端热负荷大小和单口热能提取能力可设置一组或者多组热能快速提取器，当为多组时，呈锥形分布在多个地源热取热井中，采用并联形式连接，无需增加换热组件热源补充二次提温，几乎无电能消耗，实现了极限低运营成本和地源热的高能效利用，本发明的热能快速提取器经安装检验合格，其寿命可达50年。
5.当为多组时本发明采用并联形式连接时，地源热取热井采用锥形分布，在施工设备一次架设后不需要挪动地方即可完成并联地源热取热井的施工，简化了施工程序，减少了施工场地占用面积；地源热取热井的锥形分布也方便了热能快速提取器向地源热取热井中的安装，减小了安装难度；将多组并联热能快速提取器集中于同一区域内，也方便日后集中统一管理。
6.本发明提取温度可满足传统老式铸铁暖气片供热要求，克服了现有技术下二次加温换热或其他直接供热方式下温度低的弊端。
附图说明
图1.为本发明的结构示意图。
图2.为实施例2结构示意图。
图中：1.地源热取热井；2.热能快速提取器；3.导热段；4.真空保温段；5.控制阀；6.真空超导嘴；7.热源用户末端；8.减压冷凝器；9.控制器；10.介质储液槽；11.泄压控制阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的解释和说明；
如图1所示，一种快速提取地源热高能效供热系统，包括设置在地面以下的热能快速提取器2，热能快速提取器2位于地面以下的地源热取热井1中。热能快速提取器2为管状，热能快速提取器2的上部为真空保温段4，真空保温段由多段组成，每段之间用螺纹密封连接。热能快速提取器2下部为快速导热段3用于快速吸取地源热，真空保温段4位于快速导热段3的顶端用于给介质保温，两者间的接点高度通过低沸点音速超导换热介质的沸点与该接点处的地源热温度确定。
热能快速提取器2的顶端与用户末端管网接通。具体为：所述热能快速提取器2的顶端接有一路管段，该管段始端安装有控制阀5，部该管段尾部分为两路，一路与用户末端管网的一端口接通，用户末端管网的另一端口为封闭端，另一路接减压冷凝器，该路中安装有泄压控制阀11，减压冷凝器8与介质储液槽10相接通。
或者所述热能快速提取器2的顶端接有二路管段，二路管段的始端分别安装有控制阀5，一路管段的尾端与用户末端管网的一端口接通，另一路管段尾端分为两路，其中，一路与用户末端管网的另一端口接通，另一路接减压冷凝器，该路中接有泄压控制阀，减压冷凝器与介质储液槽相接通。
上述热能快速提取器2的顶端其中一管段上设有一个真空超导嘴6。真空超导嘴6用于接真空泵和注入低沸点音速超导换热介质。通过真空超导嘴6将热能快速提取器2与用户末端管网形成的总腔内抽为真空腔，然后注入低沸点音速超导换热介质。
通过控制器9控制泄压控制阀，整个系统内的压力可利用控制器对泄压控制阀进行调节控制。
根据供热需求热能快速提取器2设置为一组或并联设置为多组，当为多组时，其中一热能快速提取器2竖直设置，其余围绕该竖直设置热能快速提取器2呈锥形分布设置。每一热能快速提取器2对应位于地面以下的一地源热取热井1中。
所述真空保温段4位于快速导热段3的顶端，两者接点处的高度通过低沸点音速超导换热介质的沸点与该接点处的地源热温度确定。
通过真空超导嘴6将热能快速提取器2与用户末端管网形成的总腔内先抽为真空腔，然后在热能快速提取器2腔内注入少量的低沸点音速超导换热介质，如：氯乙烷、正丁烷、异丁烷等，热能快速提取器2腔内的低沸点音速超导换热介质遇热达到设定的沸点温度，瞬间吸热迅速汽化，使腔内温度升高、压力增大，气态音速超导介质持续形成无回流的单向导热状态，将热源迅速传递至用户末端管网进行供热；根据热负荷需求，所述热能快速提取器2设置为一组或并联设置为多组，当为多组时，其中一热能快速提取器2竖直向下设置，其余的围绕该热能快速提取器2呈锥形分布。
实施例1
如图1所示，在向地面以下开挖一个竖直向下的与热能快速提取器相匹配的地源热取热井，地源热取热井1的直径为200～600毫米。地源热取热井为中深层地源热取热井。热能快速提取器的数量、管径及埋设深度根据热负荷需求确定；根据需求，如为多组时，环绕该地源热取热井呈锥形分布倾斜开挖其余地源热取热井，每一地源热取热井中置入一热能快速提取器，如图1所示，多个热能快速提取器之间采用并联的方式连接。倾斜开挖的地源热取热井中放置的热能快速提取器底端与竖直向下的地源热取热井中放置的热能快速提取器底端之间的间距为50-100m。热能快速提取器上部的真空保温段采用同心管制作，其管壁间为真空状态，每段之间用螺纹密封连接，热能快速提取器下部的导热段采用钢制材料外加耐腐蚀、重量轻、寿命长、耐高压、导热率极高的石墨碳塑合金材料特殊加工。
用户末端管网的两端口（进口和出口），所述热能快速提取器2的顶端接有一路管段，该管段的始端接有真空超导嘴6，该管段尾部分为两路，一路与用户末端管网的一端口接通，用户末端管网的另一端口为封闭端，另一路接减压冷凝器，该路中接有泄压控制阀11，减压冷凝器与介质储液槽相接通。真空超导嘴6与热能快速提取器2的内腔相通，注入介质前，关闭泄压控制阀，通过真空超导嘴6连接真空泵，将热能快速提取器2内腔和用户末端管网内腔之间形成的整个密闭系统中抽为真空状态，然后关闭真空超导嘴6的出气端阀门，打开真空超导嘴6的超导液注入端，将低沸点音速超导换热介质注入热能快速提取器2中，注入少量的低沸点音速超导换热介质后关闭真空超导嘴6的注入端阀门，注入热能快速提取器2腔内的低沸点音速超导换热介质遇热达到设定的沸点温度，瞬间吸热迅速汽化，使腔内温度升高、压力增大，气态音速超导介质持续形成无回流超音速单向导热状态，流向用户末端管网，无需提供动力循环介质，在热能快速提取器与用户末端之间进行热量传递，达到用户末端持续供热状态。总腔体内的压力过高时，减压冷凝器的泄压控制阀自动打开，音速超导换热介质通过减压冷凝器冷凝泄压，冷凝为液态的低沸点音速超导换热介质流入介质储液槽。
实施例2
如图2所示，所述热能快速提取器2的顶端接有二路管段，一路管段的尾端与用户末端管网的一端口（进口）接通，另一路管段尾端分为两路，其中，一路的始端接真空超导嘴6，尾端与用户末端管网的另一端口(出口)接通，另一路接减压冷凝器，该路中接有泄压控制阀，减压冷凝器与介质储液槽相接通。通过上述连接方式形成的系统，注入介质前，通过真空超导嘴6连接真空泵，将热能快速提取器2内腔和用户末端管网内腔之间形成的整个密闭系统中抽为真空状态，然后关闭真空超导嘴6的出气端阀门，打开真空超导嘴6的超导液注入端，将低沸点音速超导换热介质注入热能快速提取器2中，注入少量的低沸点音速超导换热介质。介质通过两根管段连接供热更快，需要泄压时，上述的一路管段继续供热，通过另一路管段即可达到泄压，泄压和供热互不影响。
本发明的实施例1、2中，热能快速提取器导热段的高度为1200～2800米间，为热能快速提取段，其上部的真空保温段为0～1200米；热能快速提取器导热段3与真空保温段4之间的衔接点（分界线），即：导热段3的高度，依据衔接点地源热实际温度与低沸点音速超导热能提取介质的沸点温度确定，也就是说具体实施时按照该衔接点处地源热的实际温度大于等于低沸点音速超导换热介质的沸点温度即可。
上述注入极少量的低沸点音速超导换热介质为不超过热能快速提取器2内腔和用户末端管网内腔总容积的6%-10%。
通常当低沸点音速超导换热介质注入热能快速提取器2腔体内到达热能快速提取器2下部导热段3的上端时开始气化，介质向下随着温度不断升高，汽化速度越来越快，因此热能快速提取器2腔体内无液态低沸点音速超导热能提取介质存在。