[发明专利]一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法

说明书

本发明公开了一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法，根据项目所在地地质地热条件确定单口中深层地热地埋管累计取热量，从影响传热过程的驱动温差与传热阻力的角度，总结影响中深层地热地埋管换热性能的外因、内因以及内外协同因素及其影响情况，进而得到中深层地热地埋管瞬时取热量随土壤导热系数、温升梯度、内管导热系数、管深、循环水量、进水温度变化的定量关系，根据上述影响因素确定地埋管热泵供热系统的供热方式。本发明基于传热学的基本理论，可以保证中深层地热地埋管换热系统长期稳定运行，同时结合间歇运行蓄热特性以及用户侧蓄热水箱，使得中深层地热地埋管具有较大的取热量调节能力，可以通过自身换热特性在短时间起到大容量的调峰作用。

技术领域

本发明涉及地热能利用相关技术领域，尤其涉及一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法。

背景技术

对于常规供热系统的设计，往往根据尖峰负荷选择系统装机容量。但对于中深层地热地埋管热泵供热系统，真正制约中深层地热地埋管的是长期累积取热量，中深层地热地埋管由于只取热不补热，每年均存在土壤温度的衰减，衰减量与供热季累积取热量和排列间距相关。供热季取热量过大、排列间距过小，将会导致中深层地热地埋管取热性能衰减过快，进而影响长期运行性能。因此，针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计，特别是对于中深层地热地埋管，考虑的不再是尖峰负荷，而是供热季累积取热需求。

而对于地上的热泵供热系统，包括热泵机组、两侧输送系统，需要考虑的是尖峰负荷保障能力，因此仍然需要根据尖峰负荷选择容量，但对于具体的台数搭配，同样需要考虑长期运行的变工况调节，避免容量搭配不当，导致系统长期运行在部分负荷工况，降低系统运行性能。因此，选择合理的中深层地热地埋管热泵系统设计方法，成为制约中深层地热地埋管热泵系统长期稳定运行关键因素。

中深层地热地埋管热泵供热技术与传统地热能利用技术相比具有热源温度高、取热量大，系统运行稳定、性能高效，占地面积小、保护地下水资源等优势，且不受地面气候条件的影响，可实现中深层地热能的清洁、高效、持续利用，是一种更加优质的可再生能源清洁高效供热技术。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法，根据项目所在地地质地热条件确定单口中深层地热地埋管累计取热量，从影响传热过程的驱动温差与传热阻力的角度，总结影响中深层地热地埋管换热性能的外因、内因以及内外协同等因素及其影响情况，拟合中深层地热地埋管换热性能影响因素表达式，得到中深层地热地埋管瞬时取热量随土壤导热系数、温升梯度、内管导热系数、管深、循环水量、进水温度变化的定量关系式，进而确定一种针对中深层地热地埋管热泵供热系统的设计方法，以保证中深层地热地埋管换热系统长期稳定运行。

具体包括以下步骤：

步骤一、通过建筑供热季供热负荷的模拟分析，得到逐时供热需求，随后确定尖峰供热负荷以及累积供热量；

步骤二、明确项目所在地地热地质条件，包括土壤导热系数、温升梯度，根据地质条件选取合适的地埋管尺寸及施工流程；

步骤三、结合地热地质条件，按每年土壤平均温降不大于0.2℃，计算单口中深层地热地埋管累积取热量的推荐值，进而根据需求的累积取热量确定中深层地热地埋管开采数量N；

步骤四、确定完中深层地埋管开采数量后，结合地热地质条件计算单根中深层地埋管尖峰取热量，乘以开采数量N，得到尖峰累积取热量；

步骤五、根据尖峰取热量确定热泵机组装机容量及用户侧水泵、热源侧水泵装机容量；

步骤六、若热泵机组装机容量大于建筑实际尖峰供热需求，则以建筑实际供热需求确定热泵机组容量，及用户侧水泵、热源侧水泵装机容量；若热泵机组装机容量小于建筑实际尖峰供热需求，剩余的供热量采用常规热源进行调峰替代。