[发明专利]利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统及方法

说明书

本发明涉及一种利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统及方法。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。包括地热井，地热井内设有与外部换热器相连的换热套管组件，地热井周向外侧设有若干补热井，补热井的长度大小不超过地热井的长度大小，每一个补热井内具有补热套管组件，补热套管组件一端均通过第一集分水器和水箱一端相连，补热套管组件另一端均通过第二集分水器和水箱另一端相连，水箱的两端分别和太阳能集热组件相连。优点在于：利用太阳能给地层补热和储热，提高了地热井的换热效率。及时补给土壤热损失，是土壤层冷热平衡。提高地热井的换热量，只取热量不取水，不破坏含水层的水资源量，不会出现水位下降的问题。

技术领域

本发明属于供能设备技术领域，具体涉及一种利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统及方法。

背景技术

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。另外，地热能作为一种绿色低碳、用之不竭的可再生能源越来越受到重视。中深层地热能是热应用领域最具价值和潜力的来源，主要是指地下2～3km，温度在70～90℃甚至更高范围的地层中蕴含的热能资源。中深层地热能热源充足，可利用价值高，不会对环境造成污染，还能实现全天候全时段应用，具有绿色低碳、清洁安全、储量大、分布广、稳定性好等特点。

就目前现状来看，对于中深地热层的有效利用温度差较小，单井换热量只有350kW～450kW左右。通过实验测量及数值模拟发现，造成地热井换热量不足的主要原因是循环水在向下流动的过程中，不断受热升温，水温与岩土层的温度趋近一致，由于温差不足无法进一步地热量交换，致使地源井管的热交换面积不能有效利用，导致单井热功率小，经济效益不高。此外，由于中深层地源井深度达到两千米以上，通过增大流量强化对流的方式会使得水阻力大增，泵能耗大增，内外管耐压强度大增，其能效也有限。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，补热效果好的利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种易于实施，防止土壤出现热不平衡的利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统，包括地热井，所述的地热井内设有与外部换热器相连的换热套管组件，其特征在于，所述的地热井周向外侧设有若干补热井，所述的补热井的长度大小不超过地热井的长度大小，每一个补热井内具有补热套管组件，所述的补热套管组件一端均通过第一集分水器和水箱一端相连，所述的补热套管组件另一端均通过第二集分水器和水箱另一端相连，且所述的水箱的两端分别和太阳能集热组件相连。

利用中深层地热能封闭式套管换热给民用建筑供暖，在北方供暖期为120天，每天供暖时间为18小时，需要的热负荷会随天气的变化增大，这样土壤源逐渐暴露出负荷不平衡带来的弊端。北方气候寒冷地区，土壤源采暖取热的负荷一般较大，只取热而不补给热的情况也比较常见。这必然导致土壤源的温度逐渐下降，进而导致热泵机组的性能逐渐下降直至不能运行或是效率很低运行费用高。现利用太阳能将热量收集，以水为介质和井之间形成一个循环系统，使得循环介质与土壤接触传热，进而提升土壤的温度。既可以补给因供暖季节所吸取土壤的热量，同时可以储存热量，进而提高冬季采暖季水在地源井内循环流动中周围土壤中携带的热量。

在上述利用太阳能补给减少中深层换热土壤热损失的系统中，所述的换热套管组件包括设置在地热井上端周向内侧的表层套管，所述的表层套管下端连接有沿地热井竖直方向向下延伸设置的技术套管，所述的技术套管周向外侧设有第一水泥固井，所述的技术套管下端封闭，在技术套管内穿设有内管，且所述的内管下端和技术套管内部相连通，所述的内管上端与外部换热器的进水端相连，所述的内管周向外侧和技术套管周向外侧和外部换热器的回水端相连。