一种太阳能与中深层无干扰地岩热联合供热系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能和地热能开发利用技术领域，尤其涉及一种太阳能与中深层无干扰地岩热联合供热系统。

背景技术：

太阳能是绿色清洁可再生能源。太阳能供热即通过集热元件把分散的太阳能吸收并转换传递于供热介质，然后将供热介质输送到供热末端来满足供热需求的供热系统，但太阳能具有间歇性和能力密度低的特点。

地热能是源于地球的熔融岩浆和放射性物质衰变，并以热力形式存在的可再生能源，中深层地热能的开发目前以无干扰地岩热技术为主，该技术遵循“取热不取水”的思想，通过向地下钻孔2000~3000米后，将蕴藏在中深层地岩中的热能取出后利用，该方法具有环保高效、设备简单、运行成本低的特点，但由于无干扰地岩热供热系统建设初投资大，限制了该技术的利用范围和发展。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种稳定可靠、清洁环保、运行成本低的太阳能与中深层无干扰地岩热联合供热系统。

为解决上述问题，本实用新型所述的一种太阳能与中深层无干扰地岩热联合供热系统，其特征在于：该系统包括太阳能集热元件、高效换热器、安装在地岩热井内的高效地岩热换热器、地岩热机组、供热末端和控制系统；所述太阳能集热元件通过管路Ⅰ与所述高效换热器相连；所述太阳能集热元件通过管路Ⅱ经集热循环泵与所述高效换热器相连；所述高效换热器通过管路Ⅲ与所述供热末端相连；所述高效换热器通过管路Ⅳ经太阳能供热循环泵与所述供热末端相连；所述高效地岩热换热器的出水管分别连有管路Ⅴ、管路Ⅵ；所述管路Ⅴ与所述管路Ⅲ相通；所述管路Ⅵ经所述地岩热机组与所述供热末端相连；所述高效地岩热换热器的进水管经循环泵Ⅰ分别连有管路Ⅶ、管路Ⅷ；所述管路Ⅶ依次经所述地岩热机组、循环泵Ⅱ与所述供热末端相连，并与所述管路Ⅳ相通；所述管路Ⅷ与所述管路Ⅳ相通；所述管路Ⅰ、所述管路Ⅲ、所述管路Ⅵ、所述管路Ⅶ、所述出水管上均设有温控探头；所述温控探头、所述集热循环泵、所述太阳能供热循环泵、所述循环泵Ⅰ、所述地岩热机组、所述循环泵Ⅱ均与所述控制系统相连。

所述管路Ⅲ、所述管路Ⅳ、所述管路Ⅴ、所述管路Ⅵ、所述管路Ⅶ、所述管路Ⅷ上均设有与所述控制系统相连的控制阀。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型以无干扰地岩热作为基础热源，以太阳能作为辅助和补充热源，通过将太阳能供热系统和中深层无干扰地岩热技术相结合，充分发挥二者的优势，以满足不同领域的供热需求。实际使用中可依据供热负荷和太阳辐照的变化，通过可靠的控制系统，使得联合供热系统具有热量输出稳定可靠，是一种全新的供热系统。

2、本实用新型在太阳辐照良好且太阳能供热可满足热负荷需求时，只利用太阳能系统供热；太阳辐照不足或太阳能不能满足热负荷需求时，利用太阳能联合无干扰地岩热系统进行供热；当无太阳辐照时，完全利用无干扰地岩热系统进行供热。

3、本实用新型采用太阳能作为辅助，大大降低了中深层地岩热供热的运行时间，进一步降低了运行费用。同时，通过控制系统最大限度的利用太阳能供热，尽可能减少地岩热机组供热，从而减少外部能源的输入，降低运行能耗，提高资源利用率，使经济效益最佳。

4、本实用新型均采用清洁可再生能源，在提高资源的利用率的同时不会造成任何污染和排放，具有清洁环保的特点。

5、本实用新型工艺简单、供热稳定、维护量少，实际运行中可根据需求灵活配置。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1—太阳能集热元件；2—集热循环泵；3—高效换热器；4—太阳能供热循环泵；5—高效地岩热换热器；51—出水管；52—进水管；6—管路Ⅰ；7—循环泵Ⅰ；8—地岩热机组；9—循环泵Ⅱ；10—供热末端；11—管路Ⅱ；12—管路Ⅲ；13—管路Ⅳ；14—管路Ⅴ；15—管路Ⅵ；16—管路Ⅶ；17—管路Ⅷ。

具体实施方式

如图1所示，一种太阳能与中深层无干扰地岩热联合供热系统，该系统包括太阳能集热元件1、高效换热器3、安装在地岩热井内的高效地岩热换热器5、地岩热机组8、供热末端10和控制系统。

太阳能集热元件1通过管路Ⅰ6与高效换热器3相连；太阳能集热元件1通过管路Ⅱ11经集热循环泵2与高效换热器3相连；高效换热器3通过管路Ⅲ12与供热末端10相连；高效换热器3通过管路Ⅳ13经太阳能供热循环泵4与供热末端10相连；高效地岩热换热器5的出水管51分别连有管路Ⅴ14、管路Ⅵ15；管路Ⅴ14与管路Ⅲ12相通；管路Ⅵ15经地岩热机组8与供热末端10相连；高效地岩热换热器5的进水管52经循环泵Ⅰ7分别连有管路Ⅶ16、管路Ⅷ17；管路Ⅶ16依次经地岩热机组8、循环泵Ⅱ9与供热末端10相连，并与管路Ⅳ13相通；管路Ⅷ17与管路Ⅳ13相通；管路Ⅰ6、管路Ⅲ12、管路Ⅵ15、管路Ⅶ16、出水管51上均设有温控探头；温控探头、集热循环泵2、太阳能供热循环泵4、循环泵Ⅰ7、地岩热机组8、循环泵Ⅱ9均与控制系统相连。

其中：管路Ⅲ12、管路Ⅳ13、管路Ⅴ14、管路Ⅵ15、管路Ⅶ16、管路Ⅷ17上均设有与控制系统相连的控制阀。

本实用新型中地岩热井深度为地下2000~3000米。高效地岩热换热器5根据实际地岩热井温度不同，安装深度位于地下1500~3000米，换热器底部通过管卡固定。

高效地岩热换热器5与地岩热供热管路形成封闭系统，在地下只取热量不会造成其他排放或污染。

地岩热井数量、太阳能集热元件1的面积、地岩热机组8的功率实际使用中应依据供热负荷确定，以达到最佳的经济效益。

在实际运行中，控制系统可依据设定的温度进行太阳能、地岩热井、地岩热机组8进行供热的温度、供热介质流量的控制、运行时间的控制，最大化的利用太阳能资源，减少地岩热机组的运行，从而减少外部能源的输入，降低运行能耗，使经济效益最大化。

本实用新型以中深层无干扰地岩热作为基础热源，与太阳能供热系统结合形成互补联合供热系统。系统在实际运行中最大限度的利用太阳能资源，作为中深层地岩热的补充，根据热负荷不同该系统在不同条件下，具有5种不同的运行模式。

【模式一】太阳能单独供热

在供暖初期、末期、热负荷较小的时期，当太阳能可以满足供热需求时，则完全以太阳能作为供热热源，以减少对中深层地岩热的开发。

太阳能集热元件1接收太阳辐照后，吸收太阳能热量，集热工质温度T1升高。当集热工质温度T1与供热工质T2温差达到设定值时，集热循环泵2启动，集热工质开始在管路Ⅰ6、管路Ⅱ11内循环，在集热循环泵2的作用下进入高效换热器3内与供热工质换热。当供热工质温度T2达到设定值后，太阳能供热循环泵4启动，供热工质开始在管路Ⅲ12、管路Ⅳ13内循环，并进入供热末端10内供热，此时完全由太阳能供热。管路Ⅲ12、管路Ⅳ13上的控制阀同时打开，管路Ⅴ14、管路Ⅵ15、管路Ⅶ16、管路Ⅷ17上的控制阀全部关闭。

【模式二】太阳能联合地岩热井供热

当热负荷增大，太阳能供水温度即供热工质T2与供热末端10的回水温度T3的温差小于设定值时，太阳能无法满足供热需求时，则启动中深层地岩热井供热系统，此时循环泵Ⅰ7启动，供热介质在管路Ⅴ14、管路Ⅷ17内循环，供热介质通过安装于中深层地岩热井内的高效地岩热换热器5将蕴藏在中深层地岩内的热能取出，在循环泵Ⅰ7的作用下，进入供热末端10供热，此时为太阳能与地岩热井联合供热。管路Ⅲ12、管路Ⅳ13、管路Ⅴ14、管路Ⅷ17上的控制阀全部开启，管路Ⅵ15、管路Ⅶ16上的控制阀全部关闭，集热循环泵2、太阳能供热循环泵4、循环泵Ⅰ7全部开启。

【模式三】太阳能联合地岩热机组供热

如气候更加寒冷热负荷进一步增大，供热末端10的回水温度T3进一步下降，当地岩热供热温度T5与供热末端回水温度T3温差小于设定值时，启动地岩热机组进一步提高供热介质温度，进入太阳能联合地岩热机组供热，此时管路Ⅲ12、管路Ⅳ13、管路Ⅵ15、管路Ⅶ16上的控制阀全部开启，管路Ⅴ14、管路Ⅷ17上的控制阀全部关闭，集热循环泵2、太阳能供热循环泵4、循环泵Ⅰ7、循环泵Ⅱ9全部开启。在循环泵Ⅰ7的作用下，供热工质进入安装于中深层地岩热井内的高效地岩热换热器5内与中深层地岩换热温度升高后，进入地岩热机组8内进一步加热提高温度，并在机组内与供热工质换热，供热末端供热工质供水温度T4升高后，在循环泵Ⅱ9的作用下，进入供热末端10供热。

【模式四】地岩热井单独供热

当无太阳辐照或雨雪天气下，太阳能供热系统无法启动，即集热工质温度T1与供热工质T2差值小于设定值时，太阳能供热系统停止运行，此时集热循环泵2、太阳能供热循环泵4停止运行，管路Ⅲ12、管路Ⅳ13、管路Ⅵ15、管路Ⅶ16上的控制阀全部关闭，只启动循环泵Ⅰ7，管路Ⅴ14、管路Ⅷ17上的控制阀全部开启，此时供热工质在循环泵Ⅰ7的作用下，进入安装于中深层地岩热井内的高效地岩热换热器5中，与中深层地岩换热后由管路Ⅴ14、管路Ⅷ17进入供热末端10中供热。

【模式五】地岩热机组供热

在无太阳辐照或者雨雪天气时，太阳能供热系统停止工作，地岩热井单独供热无法满足供热需求，即当地岩热供水温度T5与供热末端回水温度T3差值小于设定值时，启动地岩热机组8进入地岩热机组供热模式，此时管路Ⅲ12、管路Ⅳ13、管路Ⅴ14、管路Ⅷ17上的控制阀全部关闭，管路Ⅵ15、管路Ⅶ16上的控制阀全部开启，地岩热井内工质在循环泵Ⅰ7的作用下进入安装于中深层地岩热井内的高效地岩热换热器5中，与中深层地岩换热后，由管路Ⅵ15、管路Ⅶ16进入地岩热机组8进一步加热提高温度，并在机组内与供热末端10的供热工质完成热交换，供热末端10的供热工质在循环泵Ⅱ9的作用下进入供热末端10内供热，满足供热需求。

本实用新型通过控制系统实现以上各种运行模式的切换和运行，可以根据对舒适度的不同要求，设定供热末端的温度，从而根据舒适度调节供热温度、流量、地岩热机组的运行时间，以降低运行能耗和成本。