本發(fā)明涉及地?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們環(huán)保意識的逐步加深，人們迫切的希望利用一種清潔能源取代燃煤鍋爐來滿足人們的生活需要，地?zé)崮茏鳛橐环N清潔能源和可再生能源，其開發(fā)前景十分廣闊。水源熱泵作為地?zé)崂玫暮诵模鋺?yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但水源熱泵對供能水源條件的要求比較高：閉式的水源熱泵采用前端換熱裝置獲得地?zé)岷?，再用于水源熱泵工作，換熱效率低；開式的水源熱泵，直接驅(qū)動水體進(jìn)行循環(huán)換熱，熱利用率較高，但前端換熱裝置需設(shè)置較為復(fù)雜的水體過濾裝置，投資較大，維護(hù)復(fù)雜；同時，針對不同的地質(zhì)環(huán)境，建立穩(wěn)定的前端換熱系統(tǒng)也是比較關(guān)鍵的問題。

對于第四系沖洪積層，土壤以上下覆蓋的粘土層、卵石層和砂巖層為主，其結(jié)構(gòu)松散且含水性好，但其厚度較薄，含水量有限且含沙量重，利用困難較大且成本貴較高。因此，如何高效廉價(jià)的在第四系沖洪積層的地質(zhì)環(huán)境下建立穩(wěn)定的水源熱泵系統(tǒng)，具有非常積極的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供的一種基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)，換熱效率高、制造成本低，能夠穩(wěn)定利用第四系沖洪積層地質(zhì)環(huán)境的地?zé)崮堋?/p>

本發(fā)明提供一種基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)，包括依次串聯(lián)的地?zé)岵杉b置、水源熱泵和輸出裝置。所述地?zé)岵杉b置包括：依次通過管道串聯(lián)的集熱井、第一循環(huán)泵、第一供熱盤管和回灌井，第一循環(huán)泵和第一供熱盤管之間的管道上設(shè)置A控制閥，第一供熱盤管和回灌井之間的管道上設(shè)置B控制閥。所述集熱井包括從上至下排列的固井段、過濾井段和沉淀井段，固井段安裝第一井壁管，且在第一井壁管與井身之間澆筑水泥漿；過濾井段安裝過濾器，且在過濾器與井身之間填充卵石；沉淀井段安裝第二井壁管，且在第二井壁管與井身之間澆筑水泥漿。所述回灌井包括從上至下排列的固井段、過濾井段和沉淀井段，固井段安裝固井管，且在固井管與井身之間澆筑水泥漿；過濾井段安裝透水管，且在透水管與井身之間填充卵石；沉淀井段為井孔直徑較小的裸井。所述水源熱泵包括依次串聯(lián)成回路的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥，所述蒸發(fā)器由第一供熱盤管和第二供熱盤管分別與蒸發(fā)盤管耦合而成，所述冷凝器由第一吸熱盤管和第二吸熱盤管分別與冷凝盤管耦合而成。所述輸出裝置包括依次通過管道首尾相連的第二循環(huán)泵、第一吸熱盤管和利用終端，第二循環(huán)泵和第一吸熱盤管之間的管道上設(shè)置C控制閥，第一吸熱盤管和利用終端之間的管道上設(shè)置D控制閥。

為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)供熱和制冷狀態(tài)的順利切換，在所述A控制閥的進(jìn)水端和所述B控制閥的出水端之間并聯(lián)所述第二吸熱盤管，并在A控制閥的進(jìn)水端和第二吸熱盤管之間的管道上設(shè)置E控制閥，在B控制閥的出水端和第二吸熱盤管之間的管道上設(shè)置F控制閥；所述C控制閥的進(jìn)水端和所述D控制閥的出水端之間并聯(lián)所述第二供熱盤管，并在C控制閥的進(jìn)水端和第二供熱盤管之間的管道上設(shè)置G控制閥，在D控制閥的出水端和第二供熱盤管之間的管道上設(shè)置H控制閥。

所述集熱井和回灌井，開設(shè)在由粉質(zhì)粘土層、卵石層和泥質(zhì)粉砂巖層上下覆蓋而成的第四系沖洪積層中，通過鋼管和過濾器構(gòu)建出結(jié)構(gòu)穩(wěn)固且水源穩(wěn)定的集熱井和回灌井。通過所述地?zé)岵杉b置聚集集熱井中水體所含的地?zé)崃?，第一循環(huán)泵的吸水管插入到過濾器的下部，直接吸取經(jīng)過濾器過濾，并在集熱井中沉淀過后的清潔水體，為所述水源熱泵所用，經(jīng)水源熱泵將地?zé)崮苻D(zhuǎn)移到輸出裝置，最后輸送到需要的位置加以利用，利用過程中可以通過上述多個控制閥的開閉組合實(shí)現(xiàn)制冷和供熱工況的切換，方便實(shí)用，且換熱效率高、制造成本低。與水源熱泵完成能量交換后的水體經(jīng)回灌井流回地層土壤中，集熱井和回灌井之間的水體通過滲透作用達(dá)到動態(tài)的水量平衡，且在滲透過程中不斷與土壤進(jìn)行熱量交換，到達(dá)水體的能量平衡，確保本發(fā)明所提供的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的為水源熱泵供能。

進(jìn)一步地，上述第一井壁管包括外井壁管和內(nèi)井壁管，且外井壁管和內(nèi)井壁管之間設(shè)置有保溫層；有效防止集熱井中的水體和井身上方的地層發(fā)生熱量交換，而變成與地表水體溫度相同的低能量水體。

進(jìn)一步地，上述內(nèi)井壁管、外井壁管、第二井壁管和固井管均為不銹鋼鋼管，所述透水管為管體圓周面上均勻布置有透水孔的不銹鋼鋼管，為井身提供有效的支撐，并為過濾井段保留適當(dāng)?shù)耐杆芰Α?/p>

進(jìn)一步地，上述外井壁管的內(nèi)表面設(shè)置有紅外反射涂層，所述內(nèi)井壁管的外表面設(shè)置有吸熱涂層，所述保溫層為聚氨酯發(fā)泡層；提高第一井壁管的絕熱效果，確保深層地下水體在輸入水源熱泵之前的恒溫水質(zhì)。

進(jìn)一步地，上述過濾器包括：從內(nèi)到外依次套置的內(nèi)管、外管、基礎(chǔ)管、包網(wǎng)層和鐵絲層，基礎(chǔ)管和外管上均設(shè)有透水孔，內(nèi)管與外管之間分為多個上下端開口的腔室，腔室中填充濾芯；通過分級多層過濾，提高過濾效果，保證井中水體的清潔，尤其是確保集熱熱井中的水體可以直接循環(huán)到上述水源熱泵中進(jìn)行熱交換，換熱效率高，同時省去了復(fù)雜的水體過濾裝置，成本較低。

進(jìn)一步地，上述回灌井的井深小于所述集熱井的井深，利用回灌井與集熱井之間水位落差加快水體的滲透，減少第一循環(huán)泵的能耗。

進(jìn)一步地，上述集熱井的井孔穿過土壤的粘土層和卵石層之后深入到沙巖層，所述過濾器位于卵石層，過濾器的上端口套接所述第一井壁管，過濾器的下端口套接所述第二井壁管，套接端面上均設(shè)置有密封圈，確保水體只能通過過濾器進(jìn)入地?zé)峋?，保持集熱井中水體的清潔。

進(jìn)一步地，上述回灌井的井孔穿過土壤的粘土層到達(dá)卵石層，所述透水管位于卵石層，透水管的上端口套接所述固井管，確?；毓嗑兴w的滲透回流能力。

進(jìn)一步地，上述第一井壁管和固井管的上端口均用井蓋密封，封閉的結(jié)構(gòu)，能讓井內(nèi)的水體溫度更加穩(wěn)定，并防止水體被污染而造成次地質(zhì)災(zāi)害。

進(jìn)一步地，上述集熱井和回灌井均設(shè)置多個，單個井孔間的距離不小于40m，保證水體具有充足的滲透換熱時間，為水源熱泵提供充足且溫度穩(wěn)定的熱交換介質(zhì)。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)，通過管體和過濾器在松散的第四系沖洪積層中構(gòu)建出結(jié)構(gòu)穩(wěn)固且水源穩(wěn)定的集熱井和回灌井，集熱井中的水量充足、潔凈且溫度穩(wěn)定，能供水源熱泵直接所用；水源熱泵將水體中的地?zé)崮苻D(zhuǎn)移到輸出裝置，最后輸送到需要的位置加以利用，利用過程中可以通過上述多個控制閥的開閉組合實(shí)現(xiàn)制冷和供熱工況的切換，方便實(shí)用。整個系統(tǒng)換熱效率高、制造成本低，能夠穩(wěn)定利用第四系沖洪積層地質(zhì)環(huán)境的地?zé)崮堋?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明集熱井和回灌井的布置示意圖；

圖3為本發(fā)明集熱井的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-地?zé)岵杉b置；2-水源熱泵；3-輸出裝置；11-集熱井；111-第一井壁管；1111-外井壁管；1112-內(nèi)井壁管；1113-保溫層；112-過濾器；1121-基礎(chǔ)管；1122-外管；1123-內(nèi)管；1124-包網(wǎng)層；1125-鐵絲層；113-第二井壁管；12-第一循環(huán)泵；13-回灌井；131-固井管；132-透水管；14～17-A、B、E、F控制閥；21-蒸發(fā)器；211-第一供熱盤管；212-第二供熱盤管；213-蒸發(fā)盤管；22-壓縮機(jī)；23-冷凝器；231-第一吸熱盤管；212-第二吸熱盤管；213-冷凝盤管；24-膨脹閥；31-利用終端；32-第二循環(huán)泵；33～36-C、D、G、H控制閥

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供的基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)，包括依次串聯(lián)的地?zé)岵杉b置1、水源熱泵2和輸出裝置3。地?zé)岵杉b置1包括依次通過管道串聯(lián)的集熱井11、第一循環(huán)泵12、第一供熱盤管211和回灌井13；集熱井11包括從上至下排列的固井段、過濾井段和沉淀井段，固井段安裝第一井壁管111，第一井壁管111由不銹鋼的外井壁管1111和內(nèi)井壁管1112套裝而成，兩者的間隙中填充聚氨酯發(fā)泡的保溫層113，并在外井壁管111的內(nèi)表面設(shè)置紅外反射涂層，該紅外反射涂層是以熱固性樹脂材料為低溫成膜物質(zhì)，以低熔點(diǎn)和低膨脹系數(shù)特制無鉛玻璃粘結(jié)劑為高溫粘結(jié)材料，經(jīng)特殊工藝加工制備的一種具有紅外反射功能的，耐高溫、粘結(jié)性強(qiáng)且無毒無污染的有機(jī)無機(jī)復(fù)合涂層，可以對聚氨酯發(fā)泡的保溫層113進(jìn)行紅外反射，降低聚氨酯發(fā)泡保溫層113熱量的擴(kuò)散，提高保溫效果；同時，由于內(nèi)井壁管112直接接觸集熱井11中的水源，導(dǎo)致其外表面有較高的溫度，因此在內(nèi)井壁管112的外表面設(shè)太陽能吸熱涂層，可以較好地吸收紅外線，從而在內(nèi)井壁管112的外表面形成一個聚熱層，降低內(nèi)井壁管112的熱量溢出，進(jìn)一步提高了保溫效果，該太陽能吸熱涂層作為鋼的陽極氧化涂層，具有耐潮濕的特點(diǎn)，適用于集熱井內(nèi)的使用環(huán)境。過濾井段安裝過濾器112，該過濾器112從內(nèi)到外依次套置的內(nèi)管1123、外管1122、基礎(chǔ)管1121、包網(wǎng)層1124和鐵絲層1125，基礎(chǔ)管1121和外管1122上均設(shè)有透水孔，內(nèi)管1123與外管1122之間分為多個上下端開口的腔室，腔室中填充濾芯；在基礎(chǔ)管1121外包覆尼龍絲作為初濾的包網(wǎng)層1124，并在尼龍絲包網(wǎng)外按一定間距纏繞抗腐蝕的鍍鋅鐵絲形成鐵絲層1125，以防止包網(wǎng)層1124脫落。水體通過過濾器112時，首先經(jīng)尼龍絲的包網(wǎng)層1124過濾掉大顆粒的砂子，再經(jīng)過基礎(chǔ)管1111的透水孔進(jìn)入到外管1122；外管1122管壁上同樣設(shè)置有透水孔，內(nèi)管1123的管壁上未設(shè)置透水孔，而是在內(nèi)管1123和外管1122之間的環(huán)形空間內(nèi)分設(shè)多個上、下端敞口的腔室，水體經(jīng)外管1122的透水孔進(jìn)入腔室后，沿腔室上、下流動，從腔室上、下端排出，延長了水體在濾芯中的流動路徑，提高了過濾效果，保證井中水體的清潔，尤其是確保集熱熱井中的水體可以直接循環(huán)到上述水源熱泵2中進(jìn)行熱交換，換熱效率高，同時省去了復(fù)雜的水體過濾裝置，成本較低。沉淀井段安裝不銹鋼的第二井壁管以支撐井壁；過濾器112的上端口和下端口分別套接第一井壁管111和第二井壁管113，套接端面上設(shè)置密封圈；最后在第二井壁管113與井身之間澆筑水泥漿，在過濾器112與井身之間填充卵石，第一井壁管111與井身之間澆筑水泥漿?；毓嗑?3同樣包括從上至下排列的固井段、過濾井段和沉淀井段，固井段安裝不銹鋼固井管131，在固井管131與井身之間澆筑水泥漿；過濾井段安裝管體圓周面上均勻布置有透水孔的不銹鋼透水管132，在透水管132與井身之間填充卵石；沉淀井段為井孔直徑較小的裸井。集熱井11和回灌井13的井口均用井蓋密封。

為確保水源熱泵2具有充足且溫度穩(wěn)定的熱交換介質(zhì)，同時修筑多個集熱井11和回灌井13，單個井孔間的距離不小于40m。第一循環(huán)泵12抽取集熱井11中的清潔恒溫水體，送到第一供熱盤管211換熱后回灌到回灌井13，利用回灌井13與集熱井11之間水位落差加快水體的滲透循環(huán)和與土壤的熱量交換，保持地?zé)岵杉b置1中水體的動態(tài)平衡，為水源熱泵2穩(wěn)定供能。

水源熱泵2包括依次串聯(lián)成回路的蒸發(fā)器21、壓縮機(jī)22、冷凝器23和膨脹閥24，蒸發(fā)器21由第一供熱盤管211和第二供熱盤管212分別與蒸發(fā)盤管213耦合而成，冷凝器23由第一吸熱盤管231和第二吸熱盤管232分別與冷凝盤管233耦合而成。熱泵做功時，進(jìn)行蒸發(fā)器21吸熱和冷凝器23發(fā)熱的能量循環(huán)。

輸出裝置3包括依次通過管道首尾相連的第二循環(huán)泵32、第一吸熱盤管231和利用終端31，第二循環(huán)泵32驅(qū)動輸出裝置3內(nèi)部的循環(huán)水到需要的地方，最終通過在使用點(diǎn)設(shè)置的利用終端31進(jìn)行熱交換利用，之后循環(huán)水流回冷凝器23再次吸熱，實(shí)現(xiàn)輸出裝置3的循環(huán)利用。在不同的環(huán)境和條件下，利用終端31可以按需求設(shè)置成空調(diào)盤管、地暖管、苗床地埋管、溫水噴頭等等生活中需要冷熱供能的終端設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)供熱和制冷狀態(tài)的順利切換，在第一循環(huán)泵11和第一供熱盤管211之間的管道上設(shè)置A控制閥14，第一供熱盤管211和回灌井13之間的管道上設(shè)置B控制閥15；在第二循環(huán)泵32和第一吸熱盤管231之間的管道上設(shè)置C控制閥33，第一吸熱盤管231和利用終端31之間的管道上設(shè)置D控制閥34。A控制閥14的進(jìn)水端和B控制閥15的出水端之間并聯(lián)第二吸熱盤管232，并在A控制閥14的進(jìn)水端和第二吸熱盤管232之間的管道上設(shè)置E控制閥16，在B控制閥15的出水端和第二吸熱盤管232之間的管道上設(shè)置F控制閥17；在C控制閥33的進(jìn)水端和D控制閥34的出水端之間并聯(lián)第二供熱盤管212，并在C控制閥33的進(jìn)水端和第二供熱盤管212之間的管道上設(shè)置G控制閥35，在D控制閥34的出水端和第二供熱盤管212之間的管道上設(shè)置H控制閥36。

如圖2所示，本發(fā)明的集熱井11和回灌井13按一定距離開設(shè)在由粉質(zhì)粘土層、卵石層和泥質(zhì)粉砂巖層上下覆蓋而成的第四系沖洪積層中，集熱井11穿過粘土層和卵石層到達(dá)砂巖層，地層內(nèi)的溫度常年變化不大。水體在集熱井11和回灌井13之間土壤中滲透的過程中，進(jìn)行了熱交換，經(jīng)過濾器111的五層過濾結(jié)構(gòu)過濾后，儲存到集熱井11中，并通過第一井壁管111的良好絕熱效果保持抽取過程中的水溫穩(wěn)定，后直接進(jìn)入水源熱泵2進(jìn)行熱交換，減少一道換熱環(huán)節(jié)，水體中的熱能利用率更高。

冬季空氣溫度較低，集熱井11中的水溫高于環(huán)境溫度。此時，打開A控制閥14、B控制閥15、C控制閥33和D控制閥34，關(guān)閉E控制閥16、F控制閥17、G控制閥35和H控制閥36。水源熱泵2通過蒸發(fā)器21的蒸發(fā)盤管213吸取熱能采集裝置3中的地下水體熱量，經(jīng)壓縮機(jī)22做功，將在蒸發(fā)器21吸收完熱量的導(dǎo)熱介質(zhì)升溫加壓后傳遞到冷凝器23，通過冷凝器23中的冷凝環(huán)盤233將熱量傳遞到輸出裝置3，最終通過利用終端31為既定環(huán)境供熱。

夏季空氣溫度較高，集熱井11中的水溫低于環(huán)境溫度。此時，關(guān)閉A控制閥14、B控制閥15、C控制閥33和D控制閥34，打開E控制閥16、F控制閥17、G控制閥35和H控制閥36。水源熱泵2通過冷凝器23的冷凝盤管233將熱量釋放給低溫的地下水，以降低水源熱泵2中導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度。水源熱泵2做功，將在冷凝器23中完成放熱的低溫導(dǎo)熱介質(zhì)經(jīng)膨脹閥24降壓后傳遞給蒸發(fā)器21，并通過蒸發(fā)器21的蒸發(fā)盤管213吸收輸出裝置3中循環(huán)水的熱量，最終通過利用終端31為既定環(huán)境降溫。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于第四系沖洪積層的地?zé)崂孟到y(tǒng)，通過井壁管、固井管、透水管和過濾器在松散的第四系沖洪積層中構(gòu)建出結(jié)構(gòu)穩(wěn)固且水源穩(wěn)定的集熱井和回灌井，集熱井中的水量充足且溫度穩(wěn)定，能供水源熱泵直接所用；水源熱泵將水體中的地?zé)崮苻D(zhuǎn)移到輸出裝置，最后輸送到需要的位置加以利用，利用過程中可以通過上述多個控制閥的開閉組合實(shí)現(xiàn)制冷和供熱工況的切換，方便實(shí)用。整個系統(tǒng)換熱效率高、制造成本低，能夠穩(wěn)定利用第四系沖洪積層地質(zhì)環(huán)境的地?zé)崮堋?/p>

需要說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。