[发明专利]一种复合式地源热泵系统及解决水源热泵回灌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及暖通空调行业地源热泵领域及生活热水供应技术领域，具体的说是一种复合式地源热泵系统及解决水源热泵回灌的方法。

背景技术

近几年来，环境问题日益严峻，节能已经成为潮流，环保已经成为不可阻挡的趋势。在建筑节能领域中，地源热泵作为一种节能、环保、绿色的中央空调系统，越来越多的受到人们的重视。然而，众所周知，国内目前主要采用的是垂直埋管式地源热泵系统（GCHP）和水源热泵系统(GWHP)，垂直埋管系统因其初投资较高，制约了进一步推广与应用，水源热泵系统因其回灌难度大，对地质结构有潜在影响而发展受限。

国外在丘陵地区，地下岩层致密的区域采用一种单井循环系统（SCW），换热效率高，钻孔数目少，有着独特的优势。然而，该系统也有着两方面局限，其一使用地域受限严重（只适宜在开孔即强岩层，如花岗岩、石英砂岩等地区及覆盖层不厚（30m以内）且覆盖层下为强岩层的地区），其二存在垂直埋管地源热泵系统不存在的问题——热贯通。

发明内容

本发明的目的是研制一种解决水源热泵回灌，成本低、寿命长、换热效率高的复合式地源热泵系统及解决水源热泵回灌的方法。

本发明提供的一种复合式地源热泵系统，包括：表层覆盖层1、含水层2、强岩层基岩3、粘土球回填层4、砾石填料层5、水泥注浆层6、上层套管7、过滤管8、钢制套管9、裸井侧壁10、潜水泵11、板式换热器12、二次侧循环泵13、地源热泵机组14、用户侧循环泵15、用户末端16、分流阀门17、常规回灌井18及相关管道；在表层覆盖层1、含水层2、强岩层基岩3内2-3m的空间里依次向上设置所述钢制套管9、过滤管8、上层套管7，所述上层套管7与过滤管8及钢制套管9通过丝扣连接，在钢制套管9与强岩层基岩3间隙内设置有2-3m的水泥注浆层6，水泥注浆层6上部含水层2间隙内设置有砾石填料层5，在砾石填料层5上部表层覆盖层1间隙内设置有粘土球回填层4，直至地表；

所述裸井侧壁(10)为钻机在强岩层基岩(3)内钻孔形成的圆柱状型井壁，裸井侧壁(10)位于钢制套管（9）以下，上层套管（7）、过滤管（8）、钢制套管（9）、裸井侧壁（10）依次向下形成一个“T”型容器，所述潜水泵（11）设置在“T”型容器底部，所述常规回灌井（18）设置在表层覆盖层（1）、含水层（2）的空间里，强岩层基岩(3)之上；所述潜水泵（11）通过管道与板式换热器（12）一次侧进水端连接，板式换热器（12）的回水端通过回水管道连接一个三通，三通一端置于“T”型容器上部，三通另一端与分流阀门（17）一端连接，分流阀门(17)另一端通过管道接至常规回灌井（18）；板式换热器（12）的二次侧依次与二次侧循环泵（13）、地源热泵机组（14）的地源侧通过管道连接后形成循环回路，所述地源热泵机组（14）的负载侧依次与所述用户侧循环泵（15）、用户末端（16）通过管道连接后形成循环回路。

所述含水层2厚度不超过50m，所述强岩层基岩3深入距离为100m～500m。

所述粘土球回填层4中粘土球的粒径为4-5cm，粘土球回填层4层厚为表层覆盖层1厚度，所述砾石填料层5采用直径5-10 mm的砾石填充，砾石填料层5填充厚度为含水层2层厚；所述水泥注浆层6的填充厚度为2-3m。

所述上层套管7、过滤管8、钢制套管9管径均为325mm。

所述潜水泵11与“T”型容器底部的距离为5m。

所述分流阀门17的开度为0-极限开度，极限开度为常规回灌井18的回灌量达到极限时分流阀门17对应的开度。

所述常规回灌井18与所述“T”型换热器的水平距离为30-60m。

所述“T”型容器可以并联设置多个，“T” 型容器上部直径为325mm，高度不超过50m，“T” 型容器下部直径为200mm，高度为100-500m。

本发明还提供了一种解决水源热泵回灌的方法，包括以下步骤：

a、采用水井钻机成孔，孔径为550～600mm，钻机首先穿透表层覆盖层1，之后进入到含水层2，揭穿含水层2后，钻机进入强岩层基岩3，进入强岩层基岩3深度为2～3m后停钻，在钻孔内向上依次设置钢制套管9、过滤管8及上层套管7，上层套管7与过滤管8及钢制套管9通过丝扣连接；

b、在钻孔与钢制套管9的间隙注入水泥浆，注入深度2～3m，凝固后形成水泥注浆层6；