[发明专利]中深层地埋管热泵供暖系统设计方法及装置

说明书

中深层地埋管热泵供暖系统设计方法，涉及地热能领域。现有的中深层地埋管地热供暖系统在运行时，地缘侧进出口水温波动大，且中深层地埋管2000‑3000米涉及到的地层较多，岩土体物性参数难以获取，系统的设计有很大的困难；为此，本发明提供的方案为：中深层地埋管热泵供暖系统设计方法，方法是基于下述装置实现的：采集建筑围护结构参数的建筑供暖负荷模块；采集岩土热物性参数的岩土热物性参数模块；根据采集的建筑围护结构参数和岩土热物性参数输出换热结果的中深层地埋管换热器模块；根据换热结构确定热泵供暖系统的模块；方法包括：通过换热模型处理建筑围护结构参数和岩土热物性参数的步骤；适用于中深层地埋管热泵供暖系统施工之前的设计和参考。

技术领域

涉及地热能领域，具体涉及中深层地埋管热泵供暖系统设计方法及装置。

背景技术

北方地区冬季要供暖，而供暖系统会噪声空气污染，因此“电代煤”是推进北方清洁供暖的主要途径。热泵供暖是“电代煤”的主导方式，应用面积已达十亿平方米，创世界范围内最大规模，然而仍存在空气源热泵在低环境温度下系统效率低、运行稳定性差、启动困难，浅层地埋管热泵换热系统换热强度低、占地面积大，地下水源热泵系统难以实现100％同层回灌等问题。

中深层地埋管热泵供暖技术是近年来被提出的一种具有普适性、稳定性、可持续性的高效供暖利用方式，该技术是一种以中深层岩土体(深度2000m～3000m)为热源，由中深层地热换热系统提取热量并通过地热热泵机组向建筑供暖的技术。中深层地埋管供暖系统主要包括中深层地热换热系统、地热热泵系统、建筑室内供热系统，参照图1，地热换热器的埋管形式通常采用同轴套管式。该技术在发展早期也曾被称为“无干扰地热供热技术”以及“干热岩供热技术”等。

利用同轴深孔换热器提取深部岩土热量的概念首次于1995年由Rybach教授及Kohl教授在文献中报道，之后欧美等国家对该概念有过个别工程尝试，但其初衷多是为了寻找水热型地热资源，钻完井之后发现是干孔，才尝试如此使用。绝大多数深孔换热器在短期运行一段时间后最终关闭，包括德国亚琛工业大学的实验井，2009年试运行，2011年关闭。由于技术水平、使用理念、施工成本的不同，该原型概念在国外并没有得到重视，仅有个别实验井进行工程尝试，并未考虑与特制热泵机组联合使用为建筑供热，更无任何商业化应用案例。考虑到我国国情(建筑密度高、人员密度大、供热需求旺盛)，特别适合该技术在建筑供热领域的应用。2012年，陕西省工程技术和科研人员探索出使用同轴套管式深层地埋管换热器耦合特制的地源热泵机组进行建筑供热的中深层地埋管地热供暖技术，并成功完成商业化规模应用，尚属世界首次。

该技术在国内已完成商业化应用，但其系统化的设计方法一直空白。中深层地埋管换热器设计计算是整个系统设计、施工、成本计算的重要内容，其影响因素包括岩土体、固井材料、埋管管材的热物性参数以及岩土体的温度分布，还有地埋管型式、取热负荷以及管中循环介质的热物性和流态等。参照图2，为西安市某中深层地埋管热泵供暖工程的地埋管侧逐时温度曲线，其中，上面的折线为热源侧进水温度情况，下面的为热源侧出水温度情况，由图可见，该系统运行时，地源侧进出口水温波动大(5-35℃)，与传统的浅层埋管系统差异较大。且中深层地埋管2000-3000米，涉及到的地层较多，岩土体物性参数难以获取。这些都给该系统的设计带来了很大困难。

发明内容

本发明的设计初衷在于，传统的电代煤供暖方式存在空气源热泵在低环境温度下系统效率低、运行稳定性差、启动困难、浅层地埋管热泵换热系统换热强度低、占地面积大、地下水源热泵系统难以实现100％同层回灌等问题，现有的中深层地埋管地热供暖系统在运行时，地缘侧进出口水温波动大，且中深层地埋管2000-3000米涉及到的地层较多，岩土体物性参数难以获取，给系统的设计带来了很大的困难；为此，本发明提供的方案为：

中深层地埋管热泵供暖系统设计方法，所述的方法包括：

采集建筑围护结构参数的建筑供暖负荷步骤；

采集岩土热物性参数的岩土热物性参数步骤；