一种在严寒地区利用浅层地热能供暖系统的制作方法

本发明创造属于清洁能源利用技术，主要涉及浅层地热能利用系统。

背景技术：

目前，开发利用清洁能源供热的方法主要有三种，一是空气源热泵，在空气中提取热能用于供热；一是水源热泵，从热水中提取热能用于供热；一是土壤源热泵，用水做介质，从地下土壤中提取热能用于供热。但是这些方法在严寒地区都有一定的局限性。1、空气源热泵在零下二十度以下温度环境带工作，绩效比(cop)差，不适用于严寒地区；2、用水源热泵，需有热水源，但勘探到地下热水源比较难，且开采地下热水供暖，容易破坏地下水资源，回灌也很难，容易造成地表环境的污染；地上可以提取热能再利用的热水源很少，所以能够提取的热能极其有限；3、用以水为介质的土壤源热泵，需地下土壤有较高的温度，但严寒地区地下300米以内的浅层地域温度较低，用水做介质提取其热能供暖绩效比差，而深层地热能的提取前期的投入和运行费用也都比较高。基于上述原因，在我国的严寒地区冬季清洁能源开发利用始终没有发展起来。

技术实现要素：

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，结合严寒地区地热能开发利用的实际需要，研发设计一种在严寒地区利用浅层地热能供暖系统，达到在严寒地区充分开发利用清洁能源、提高绩效比的目的。

本发明创造的目的是这样实现的：在地面上设置泵房，在所述泵房内安装热泵机组的压缩机、气冷器、膨胀阀和由冷水腔与热水腔组成的水箱，在所述水箱上配装与冷水腔连通的冷水回流管和与热水腔连通的热交换水管，水泵安装在冷水回流管上，所述冷水回流管和热交换水管与热泵机组连通，热水输出管和冷水输入管分别与水箱的热水腔和冷水腔连通；在严寒地区地下深度为150-200米的浅地层内开设地热井，所述地热井处于5℃以上温度环境带处，在所述地热井内从下至上依次安装热泵机组的蒸发器和保温套管，所述保温套管的上端面与地面平齐或位于地面上，所述保温套管长度为100米，在所述保温套管内配装CO₂输入管和CO₂输出管，所述CO₂输入管整体呈螺旋体状，所述CO₂输出管位于CO₂输入管螺旋体内部，所述CO₂输入管的两端分别与蒸发器和膨胀阀连通，所述CO₂输出管的两端分别与蒸发器和压缩机连通，至此构成一种在严寒地区利用浅层地热能供暖系统。

在严寒地区的冬季，本发明创造将二氧化碳热泵机组的蓄热系统和蒸发系统置放在地下零上5度以上的温度环境带处，不但为其在严寒地区的冬季创造了一个吸收和制造热能的最佳工作环境，更重要的是创造了一个在严寒地区冬季开发利用地热能经济、实用的好方法。1、本发明创造改变了传统二氧化碳热泵机组既有的结构形式。其新的组合形式打破了二氧化碳热泵机组在零下二十度及以下温度环境下制热绩效差的局限性，使之在严寒地区气温条件差的环境下仍能正常、高绩效的工作运行，从温度环境上拓宽了二氧化碳热泵机组工作运行的地域范围，开创了一种地热能提取经济、实用的新方法；2、本发明创造将二氧化碳热泵机组介质运行CO₂输入、输出管置放地下，以使其介质通过在地下管道中的循环运行提取地热能，将蒸发器置放地下，使其一年四季不受地上气温变化的影响，始终工作在一个最佳的温度环境中。

本发明创造结构新颖、合理，绩效比高，为严寒地区地热能的开发应用提供了技术支持。

附图说明

图1是一种在严寒地区利用浅层地热能供暖系统总体结构示意图。

图中件号说明：

1、蒸发器、2、地热井、3、保温套管、4、CO₂输入管、5、CO₂输出管、6、膨胀阀、7、气冷器、8、热泵机组、9、压缩机、10、热交换水管、11、水箱、12、热水输出管、13、泵房、14、冷水输入管、15、水泵、16、冷水回流管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明创造实施方案进行详细描述。一种在严寒地区利用浅层地热能供暖系统，在地面上设置泵房13，在所述泵房13内安装热泵机组8的压缩机9、气冷器7、膨胀阀6和由冷水腔与热水腔组成的水箱11，在所述水箱11上配装与冷水腔连通的冷水回流管16和与热水腔连通的热交换水管10，水泵15安装在冷水回流管16上，所述冷水回流管16和热交换水管10与热泵机组8连通，热水输出管12和冷水输入管14分别与水箱11的热水腔和冷水腔连通；在严寒地区地下深度为150-200米的浅地层内开设地热井2，所述地热井2处于5℃以上温度环境带处，在所述地热井2内从下至上依次安装热泵机组8的蒸发器1和保温套管3，所述保温套管3的上端面与地面平齐或位于地面上，所述保温套管3长度为100米，在所述保温套管3内配装CO₂输入管4和CO₂输出管5，所述CO₂输入管4整体呈螺旋体状，所述CO₂输出管5位于CO₂输入管4螺旋体内部，所述CO₂输入管4的两端分别与蒸发器1和膨胀阀6连通，所述CO₂输出管5的两端分别与蒸发器1和压缩机9连通。在保温套管3、CO₂输入管4和CO₂输出管5管外壁面上设有防腐涂料层。

作业使用时，制作一眼地热井2，其深度至摄氏零上5度以上的温度环境带，在严寒地区的冬季一般在地下150米至200米深处。可根据提取热能的需要，决定其深浅。井制作完成后，将以二氧化碳为介质的热泵机组8中的蒸发器1和CO₂输入、输出管4、5置放井中，使其介质通过这些系统在地下特定温度环境的运行过程中，不断的提取土壤中的热能，并通过蒸发器1再加热后，形成气体蒸发回地上，返回地面的气态二氧化碳通过热泵机组8的地上部分将热能提取出来用于供热。气态的二氧化碳被提取出热能后，又形成液态返回地下循环系统中，以此不间断的反复运行来提取地热能进行地上供热。