[发明专利]一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法

说明书

本发明涉及一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，所述中深层U型换热井包括下降管、水平管和上升管，在中深层U型换热井内及其外周的岩土设置多个节点，采集循环液入口处节点及其外周岩土节点初始时刻的温度信息，将采集温度信息代入由中深层U型换热井内多个节点的节点方程形成的预测模型，得到中深层U型换热井其他位置节点及其他时刻的温度信息。本发明的方法设备投资少，能够掌握循环液温度随位置及时间的变化规律。

技术领域

本发明涉及建筑环境与能源应用专业工程技术领域，具体涉及一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

地源热泵技术因其节能和环保优势被推广应用，地下介质在夏季和冬季分别向建筑物提供冷量和热量。整个系统由地埋管换热器、热泵机组和室内末端设备组成，而地埋管换热器则体现了地源热泵与其他类型热泵的区别。近些年，主要将距离地面50m至200m范围的浅层地热能作为地源热泵的冷热源，采用钻孔埋设换热管以制作地埋管换热器。由于钻孔较浅，一个工程项目往往需要多个地埋管换热器承担冷热负荷，以满足建筑物的供冷和供热需求；因此，需要一定面积的土地布置钻孔埋管，而且当冷热负荷不平衡时地下传热的效果变差，尤其是对于单供冷或单供热的地区，排入或吸收地下的热量导致浅层地下温度逐年的变化明显，无法保证良好的供能效果。

随着对地热能技术的探索，中深层地源热泵系统被提出且应用于实际工程，通常采用深度为1500-3000m的地埋管换热器以实现岩土层与地埋管之间的热交换；由于钻孔及埋管直径较大且深度远大于浅层地埋管，故一个地埋管换热器可承担几千甚至上万平方米建筑面积的供暖量，节省较多布置地埋管的土地面积；中深层地下介质的温度远高于浅层地质，对于冷热负荷不平衡或单供热的区域，地下温度逐年变化较小而不影响系统的性能。与浅层地源热泵系统以及目前存在的提取中深层地下水作为热泵低温热源的供热系统相比，中深层地埋管在于采用封闭式换热器，从地下1500-3000m深、温度在70-90℃甚至更高范围的岩石中，提取蕴藏其中的地热能作为热泵系统的低温热源。为了保证地下换热装置的结构稳定性，通常采用套管结构，即采用相同圆心的内外管，外管和内管分别为钢管和塑料管，钢管作为套管外围护部件，起到良好的固定作用，其导热系数较大且硬度高，有利于管内循环液与地下介质的换热。塑料管道导热系数较小，可实现保温作用。循环液从内外管之间的空隙流入套管，经过与地下介质的充分换热后，从内管返回流出。

由于单钻孔中深层套管换热器提供热量的能力有限，难以满足建筑面积较多时的供热需求，为进一步加强中深层地埋管的换热能力，提高中深层地热能的利用效果，可将深度在1500-3000m的两个竖直钻孔埋管在底部进行水平连接，即在底部采用水平钻孔埋管的方式，三段钻孔埋管形成“U”型井地埋管换热器。钻孔中可无需采用套管，而直接采用钢管。循环液从其中一竖直钻孔的钢管流入，依次经过竖直钢管、水平钢管、竖直钢管，进而从另一竖直钻孔内的钢管流出，然后进入下一个循环。

发明人发现，对于中深层U型井循环液温度的监测，需要在中深层U型井中布置大量的温度监测元件，由于中深层U型井埋深较深，因此温度监测元件的布置不方便，而且所需要的温度监测元件的数量较多，设备投资较大，而且无法预测循环液的温度变化趋势，尤其是一年甚至若干年后的温度变化，更是难以通过实验获得数据。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种中深层U型换热井循环液温度的预测方法，能够通过循环液进口处的温度得到U型换热井其他位置的温度和未来多个时刻的温度，无需布置大量的温度监测元件，减少了设备投资。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：