一种单井双管式含水层储能系统的制作方法

专利检索2022-05-10  2



1.本发明涉及浅层地热能储能和利用领域,尤其涉及一种单井双管式含水层储能系统。


背景技术:

2.地热能作为一种可再生能源,具有分布广、成本低、易于开采、洁净及可直接利用等优点,大力推广地热能的利用,是资源节约和环境保护的有效措施,是实现人类社会可持续发展的重要途径。浅层地热能是地热能利用的主要技术领域。
3.含水层储能是将热能存储在地表下并可回收的节能技术,被广泛应用在建筑物空调环境的加热和冷却,通过地下储能井从含水层抽取和回灌地下水,实现储能和回收热能。


技术实现要素:

4.本发明针对现有技术存在的上述不足,提供一种提高效率和节能率的一种单井双管式含水层储能系统。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现:一种单井双管式含水层储能系统,包括换热器、井室、止水段、空调机房、分割连通器、压力平衡井、滤水管、滤料、潜水泵,所述滤水管包括第一滤水管、第二滤水管、第三滤水管、第四滤水管,所述滤料包括第一滤料、第二滤料,所述潜水泵包括第一潜水泵、第二潜水泵,所述井室下侧设置止水段,所述止水段下侧设置第一滤料,所述第一滤料下侧设置止水段,所述下层止水段下侧设置第二滤料,所述井室内部设置换热器,所述井室右侧设置空调机房,所述空调机房通过机组侧管路连接换热器,所述井室下侧设置2个取水井,取水井上端与井室相通,左侧取水井穿过上侧止水段、第一滤料、下侧止水段插入第二滤料内,左侧取水井上端设置在第二滤料上侧,左侧取水井穿过第一滤料段设置第一滤水管,所述第一滤水管内部设置第一潜水泵,所述第一潜水泵上端连接换热器,右侧取水井穿过上侧止水段、第一滤料、下侧止水段插入第二滤料内,右侧取水井在第二滤料内深度大于左侧取水井在第二滤料内深度,右侧取水井第二滤料段设置第二滤水管,所述第二滤水管内部设置第二潜水泵,所述第二潜水泵上端连接换热器。
6.所述井室左侧设置压力平衡井,所述压力平衡井中部设置分割连通器,所述分割连通器可以是气动分隔器、机械式分隔器,所述分割连通器上侧设置第三滤水管,所述分割连通器下部设置第四滤水管。
7.有益效果:本发明储能井优选钻井及成井工艺,采用泵吸或者气举反循环钻进,在含水层钻进时尽量不采用泥浆,精选金刚砂滤料与含水层砂径严格级配。本发明第一潜水泵、第二潜水泵为经过精确水力计算后选型。本发明地热水管路根据实际情况选择合适压力等级。本发明第一滤水管、第二滤水管、第三滤水管、第四滤水管为pvc滤水管(微米级滤缝)。本发明压力平衡井,井内设有气动或机械式分隔器,根据回灌量情况选择间歇性开启或关闭。
8.本发明专利主要特点为使用单井双井管成井工艺,下侧止水段将含水层分为上、下两段(中间有隔水层及封堵材料),上段夏抽冬灌,下段冬抽夏灌,这样上段形成冷区,下段形成热区;或根据不同的地质结构和项目特点选择下段夏抽冬灌,上段冬抽夏灌,这样上段形成热区,下段形成冷区,提高了系统效率和节能率。
9.本发明夏季制冷产生的热水储存在下段热区,水温要比地下水自然温度高5

8℃,即夏季储存了5

8℃的热能;冬季制热产生的冷水储存在上段冷区,冷井的水温要比地下水自然温度低5

8℃左右,即冬季储存了5

8℃的冷能。这样本单井双管式含水层储能系统就构成周而复始的封闭式储能系统,冬冷夏用,夏热冬用,节能率大大提升。
10.结合建筑自身的冷热负荷及全年累计负荷等情况,本系统还可以耦合太阳能集热器等增加夏灌水的温度,增加热区的储热量,以适应北方热负荷较大的区域;也可以耦合冷却塔等降低冬灌水的温度,增加冷区的储冷量,以适应南方冷负荷较大的区域。这样即增加了热储容量,又调高了系统效率。
11.本发明可减少管路布置,节省建造费用;同一地点采灌结合,有利于地下沉降的防治。
12.本发明对钻井、成井工艺等作出一系列改良和建议,采取气举反循环清水钻进工艺,解决因泥浆护壁造成的储能井污染,确保地下含水层水路畅通;pvc滤水管(微米级滤缝),精选金刚砂滤料与含水层砂径严格级配,有效解决地下水源热泵泥沙堵塞的顽疾。
13.本发明提供的系统旁边间隔机组侧管路10

30m(根据地下含水层径流速度设定)设有压力平衡井,井内设有气动或机械式分隔器,根据回灌量情况选择间歇性开启或关闭,即可保证回灌又可尽量减少热突破。
附图说明
14.图1为本发明所述的一种单井双管式含水层储能系统结构示意图。
具体实施方式
15.下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明:一种单井双管式含水层储能系统,包括换热器1、井室2、止水段3、空调机房11、分割连通器13、压力平衡井15、滤水管、滤料、潜水泵,所述滤水管包括第一滤水管4、第二滤水管8、第三滤水管12、第四滤水管14,所述滤料包括第一滤料5、第二滤料7,所述潜水泵包括第一潜水泵6、第二潜水泵9,所述井室2下侧设置止水段3,所述止水段3下侧设置第一滤料5,所述第一滤料5下侧设置止水段3,所述下层止水段3下侧设置第二滤料7,所述井室2内部设置换热器1,所述井室2右侧设置空调机房11,所述空调机房11通过机组侧管路10连接换热器1,所述井室2下侧设置2个取水井,取水井上端与井室2相通,左侧取水井穿过上侧止水段3、第一滤料5、下侧止水段3插入第二滤料7内,左侧取水井上端设置在第二滤料7上侧,左侧取水井穿过第一滤料5段设置第一滤水管4,所述第一滤水管4内部设置第一潜水泵6,所述第一潜水泵6上端连接换热器1,右侧取水井穿过上侧止水段3、第一滤料5、下侧止水段3插入第二滤料7内,右侧取水井在第二滤料7内深度大于左侧取水井在第二滤料7内深度,右侧取水井第二滤料7段设置第二滤水管8,所述第二滤水管8内部设置第二潜水泵9,所述第二潜水泵9上端连接换热器1。
16.所述井室2左侧设置压力平衡井15,所述压力平衡井15中部设置分割连通器13,所述分割连通器13可以是气动分隔器、机械式分隔器,所述分割连通器13上侧设置第三滤水管12,所述分割连通器13下部设置第四滤水管14。
17.本发明储能井优选钻井及成井工艺,采用泵吸或者气举反循环钻进,在含水层钻进时尽量不采用泥浆,精选金刚砂滤料与含水层砂径严格级配。本发明第一潜水泵6、第二潜水泵9为经过精确水力计算后选型。本发明地热水管路根据实际情况选择合适压力等级。本发明第一滤水管4、第二滤水管8、第三滤水管12、第四滤水管14为pvc滤水管(微米级滤缝)。本发明压力平衡井15,井内设有气动或机械式分隔器,根据回灌量情况选择间歇性开启或关闭。
18.本发明专利主要特点为使用单井双井管成井工艺,下侧止水段3将含水层分为上、下两段(中间有隔水层及封堵材料),上段夏抽冬灌,下段冬抽夏灌。这样上段形成冷区,下段形成热区;或根据不同的地质结构和项目特点选择下段夏抽冬灌,上段冬抽夏灌,这样上段形成热区,下段形成冷区,提高了系统效率和节能率。
19.本发明夏季制冷产生的热水储存在下段热区,水温要比地下水自然温度高5

8℃,即夏季储存了5

8℃的热能;冬季制热产生的冷水储存在上段冷区,冷井的水温要比地下水自然温度低5

8℃左右,即冬季储存了5

8℃的冷能。这样本单井双管式含水层储能系统就构成周而复始的封闭式储能系统,冬冷夏用,夏热冬用,节能率大大提升。
20.结合建筑自身的冷热负荷及全年累计负荷等情况,本系统还可以耦合太阳能集热器等增加夏灌水的温度,增加热区的储热量,以适应北方热负荷较大的区域;也可以耦合冷却塔等降低冬灌水的温度,增加冷区的储冷量,以适应南方冷负荷较大的区域。这样即增加了热储容量,又调高了系统效率。
21.本发明可减少管路布置,节省建造费用;同一地点采灌结合,有利于地下沉降的防治。
22.本发明对钻井、成井工艺等作出一系列改良和建议,采取气举反循环清水钻进工艺,解决因泥浆护壁造成的储能井污染,确保地下含水层水路畅通;pvc滤水管(微米级滤缝),精选金刚砂滤料与含水层砂径严格级配,有效解决地下水源热泵泥沙堵塞的顽疾。
23.本发明提供的系统旁边间隔机组侧管路10

30m(根据地下含水层径流速度设定)设有压力平衡井,井内设有气动或机械式分隔器,根据回灌量情况选择间歇性开启或关闭,即可保证回灌又可尽量减少热突破。
24.一种单井双管式含水层储能系统运行方法,包括以下步骤:第一步、夏天从上段冷区由第一潜水泵6提取地下水,直接进入井室2与机组侧管路10进行换热,温度升高并经过过滤净化,进入到下段热区储存,冷热分区选择可视地质和项目情况灵活选择;第二步、冬天从下段热区由第二潜水泵9提取地下水,直接进入井室2与机组侧管路10进行换热,温度升高并经过过滤净化,进入到上段冷区储存,冷热区分选择可视地质和项目情况灵活选择;第三步、压力平衡井15内设有分割连通器13,根据回灌量情况选择间歇性开启或关闭,即可保证回灌又可尽量减少热突破,本单井双管式含水层储能系统就构成周而复始的封闭式储能系统,冬冷夏用,夏热冬用,节能率大大提升。
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