[发明专利]一种调控利用城市生活垃圾填埋废热的热泵系统及方法

说明书

本发明公开了一种调控利用城市生活垃圾填埋废热的热泵系统及方法。其中，该系统包括：末端用户侧循环回路、填埋场上层水平埋管循环回路、地源侧垂直埋管循环回路、填埋场中下层水平埋管循环回路和补热循环回路。本发明采用技术手段调控生活垃圾中有机物的分解，对于回收和利用有机物分解产生的废热、甲烷等可利用的资源，缓解或解决传统地源热泵冬季效率衰减问题，加速填埋场的沉降稳定，促进场区土地的复垦再利用等方面，具有十分积极的意义。

技术领域

本发明属于供热设备领域，尤其涉及一种调控利用城市生活垃圾填埋废热的热泵系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的不断扩大，人们生活水平的提高及城市人口的增加，城市生活垃圾的数量也在逐年递增。就目前我国的经济现状和未来的发展趋势来看，填埋仍然是我国处置城市生活垃圾最重要的方法。

城市生活垃圾填埋场的稳定化是一个非常漫长的过程，一般要经历好氧阶段、厌氧阶段、产酸阶段、产甲烷阶段以及稳定阶段，而这一过程一般要持续十几甚至几十年，会占用大量的土地资源。为合理利用填埋气、加速填埋场的稳定化及复垦进程，国内外均进行了相应的研究，如：20世纪70年代中期美国首先开始的生物反应器填埋场的研究，国内同济大学从20世纪80年代末开始进行的渗滤液回灌技术的研究，国内浙江大学沈东升等进行的填埋单元+UASB反应器的回灌研究等。生活垃圾在长期的生物降解过程中会释放出大量的降解热和气体，目前对这些热量、气体的研究和利用，都是以生活垃圾的自然降解为前提，特别是对填埋场内部不同深度处的温度调节，以及对生活垃圾降解热量的调控和利用方法的研究还相对较少。

地源热泵是公认的高效、节能和环保的建筑新能源供冷供热技术，具有相对较高的运行能效，但其最常见的传统应用方式需要大量的垂直钻孔或大面积土方开挖以敷设地下换热管道，初投资较高，还会面临埋管占地过大或埋管面积不足等问题。尤其是在北方单供暖或以供暖为主的项目中，传统的地埋管地源热泵系统常常会造成地下深层岩土体(60～100m)的冷热量严重失衡，进而影响系统正常运行，而专门为此增设燃气锅炉等辅助热源仍然会面临初投资和/或运行费用增大等问题。这些弊端限制了传统地源热泵技术的进一步推广和普及。

综上所述，亟需一种采用热泵的新能源利用形式，既能够充分利用生活垃圾填埋场的废热以及填埋场下方的土地作为埋管区域以相应减少埋管所需的场外土地面积，还能够因地制宜地解决或缓解传统地源热泵系统应用于以供暖为主的项目(如全年从地下深层岩土体中的吸热量远大于放热量的北方住宅项目)时，冬季所面临的系统制热能效逐年降低的问题，又能调控促进填埋场的整体稳定化进程。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种调控利用城市生活垃圾填埋废热的热泵系统，既能够充分利用生活垃圾填埋场的废热以及填埋场下方的土地作为埋管区域以相应减少埋管所需的场外土地面积，还能够因地制宜地解决或缓解传统地源热泵系统冬季能效衰减的问题，又能整体调控促进填埋场的稳定化进程。

本发明的一种调控利用城市生活垃圾填埋废热的热泵系统，包括：

末端用户侧循环回路，其由通过管道依次串联连接的热泵机组、用户侧分水器、用户侧集水器和用户侧循环水泵构成；

填埋场上层水平埋管循环回路，其由通过管道依次串联连接的热泵机组、用户侧分水器、填埋场上层水平埋管换热器、用户侧集水器和用户侧循环水泵构成；

地源侧垂直埋管循环回路，其由通过管道依次串联连接的热泵机组、地源侧分水器、地源侧垂直埋管换热器、地源侧集水器和地源侧循环水泵构成；

填埋场中下层水平埋管循环回路，其由通过管道依次串联连接的热泵机组、填埋场中下层水平埋管换热器和地源侧循环水泵构成；

补热循环回路，其由通过管道依次串联连接的补热循环水泵、填埋场中下层水平埋管换热器、地源侧分水器、地源侧垂直埋管换热器和地源侧集水器构成。