本發(fā)明涉及地?zé)崂眉夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于基巖地質(zhì)的地?zé)崂梅椒ā?/p>

背景技術(shù)：

隨著熱泵技術(shù)的日益成熟，在很多地方都得到了很好的利用，尤其在地?zé)豳Y源富集區(qū)，通過(guò)開(kāi)鑿地?zé)峋崛〉責(zé)崮転闊岜霉┠軄?lái)實(shí)現(xiàn)生活環(huán)境供熱，其高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)凸顯無(wú)疑。只是，在一些特殊的地貌和環(huán)境下，地源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些差強(qiáng)人意的地方，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

在以基巖構(gòu)造為主的地區(qū)，限于基巖的高硬度和低滲水性，地?zé)豳Y源比較貧瘠，按照常規(guī)的工藝修筑地?zé)峋?，往往?huì)出現(xiàn)，只向下鉆進(jìn)很短的深度就已經(jīng)鉆穿地表的松散地層而到達(dá)基巖層的情況，這個(gè)地層位置水量較小，且水溫不高，無(wú)法滿足熱泵的需求；若繼續(xù)往下在基巖層中鉆進(jìn)，一直達(dá)到致密基巖下的基巖裂隙水層，可以得到滿足熱泵需求的較高溫度水體，但若在這樣情況下按常規(guī)方式建立起抽水和回灌地?zé)峋旱脑挘涔ぷ髁亢统杀镜暮馁M(fèi)都非常高，沒(méi)有太大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，尋找一種在基巖地質(zhì)中提取地?zé)崮懿⒓右岳玫姆椒?，具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種基于基巖地質(zhì)的地?zé)崂梅椒?，利用循環(huán)介質(zhì)與深層基巖的熱交換，提取基巖中的地?zé)崮?，有效確保熱泵的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)高效、廉價(jià)的利用基巖地質(zhì)中地?zé)崮艿哪康摹?/p>

本發(fā)明提供的基于基巖地質(zhì)的地?zé)崂梅椒?，包括以下步驟：

1)在地表低凹處選擇鉆設(shè)地?zé)峋奈恢茫瑥乃缮⒌貙娱_(kāi)始鉆地?zé)峋?，一開(kāi)鉆進(jìn)至基巖面以下一定深度后停止；選擇低凹的地勢(shì)可以降低地?zé)峋你@進(jìn)深度，減少施工量，同時(shí)在基巖面以下一定深度結(jié)束一開(kāi)鉆進(jìn)，能夠提高完井后的井身強(qiáng)度。

2)在一開(kāi)鉆進(jìn)完成的井孔中下一開(kāi)套管，并在一開(kāi)套管與井壁之間的環(huán)形空間澆筑水泥漿，構(gòu)建鞏固的一開(kāi)井段。

3)在水泥漿凝固后，再用比一開(kāi)套管內(nèi)徑小10-20mm的鉆頭在基巖層中開(kāi)始二開(kāi)鉆進(jìn)，至基巖裂隙水層，監(jiān)測(cè)地層水溫，待水溫達(dá)到熱泵的利用要求后，再向下鉆進(jìn)一定距離后停止；階梯狀分段鉆進(jìn)，可以降低鉆進(jìn)難度并提高成井率；井深到達(dá)要求深度以下，確保井底的水溫能夠充分滿足熱泵的利用要求。

4)在二開(kāi)鉆進(jìn)的井孔中下二開(kāi)套管，并在二開(kāi)套管與井壁之間的環(huán)形空間澆筑水泥漿，構(gòu)建鞏固的二開(kāi)井段。

5)在套管內(nèi)下采熱管，至水溫達(dá)到熱泵利用要求的深度，確保采熱管吸取的地下水體溫度達(dá)到熱泵的利用要求。

6)封井，使采熱管的上端伸出封井蓋，采熱管通過(guò)封井蓋懸掛在地?zé)峋畠?nèi)，封閉井口建立密閉的地?zé)峋?，同時(shí)保證采熱管的采熱功能和懸掛可靠。

7)在采熱管的上端口焊接高溫出水管，在露出地表的一開(kāi)套管圓周面上開(kāi)孔，并在開(kāi)孔上焊接低溫進(jìn)水管，便于循環(huán)介質(zhì)的出入。

8)在地?zé)峋浇ㄔO(shè)地?zé)崂孟到y(tǒng)，具體包括依次串聯(lián)的換熱裝置、熱泵和輸出裝置，其中：所述換熱裝置包括依次通過(guò)管道串聯(lián)成回路的第一吸熱盤管、第二循環(huán)泵和第二供熱盤管，所述第一吸熱盤管與第一供熱盤管耦合組成換熱器；所述熱泵包括依次串聯(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)器由第二供熱盤管和第三供熱盤管分別與蒸發(fā)盤管耦合而成，所述冷凝器由第二吸熱盤管和第三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(guò)管道首尾相連的第三循環(huán)泵、第二吸熱盤管和利用終端；建立完善高效的地?zé)狍w用體系。

9)通過(guò)管道將高溫出水管、過(guò)濾器、第一供熱盤管、第一循環(huán)泵和低溫進(jìn)水管依次串聯(lián)，組成地?zé)岵杉b置；利用第一循環(huán)泵通過(guò)低溫進(jìn)水管向地?zé)峋畠?nèi)持續(xù)泵入循環(huán)介質(zhì)到井底吸收地層熱量，依靠地?zé)峋姆忾]結(jié)構(gòu)，循環(huán)介質(zhì)注滿地?zé)峋?，?huì)攜帶地層的熱量從采熱管返出，經(jīng)高溫出水管流入過(guò)濾器過(guò)濾后，在第一供熱盤管置換出熱量，為熱泵功能。

10)通過(guò)熱泵系統(tǒng)，將換熱裝置從地?zé)岵杉b置中吸取的熱能傳遞輸出裝置加以利用。

通過(guò)上述步驟，利用地?zé)岵杉b置中深長(zhǎng)的采熱管，提取深入基巖地層的封閉地?zé)峋芯奂牡責(zé)崮埽粺岜猛ㄟ^(guò)換熱裝置獲得地?zé)岵杉b置中的地?zé)崮?，并通過(guò)輸出裝置對(duì)其加以利用；整個(gè)過(guò)程穩(wěn)定高效，且僅需要修筑一口地?zé)峋杀据^低。

進(jìn)一步地，上述采熱管包括三丙聚乙烯材質(zhì)的外管和不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)管，外管和內(nèi)管之間設(shè)置有保溫層，有效防止采熱管中的高溫循環(huán)介質(zhì)同地?zé)峋喜康牡蜏亟橘|(zhì)發(fā)生熱交換，保持采熱管中循環(huán)介質(zhì)的較高溫度。

進(jìn)一步地，上述外管的內(nèi)表面設(shè)置有紅外反射涂層，內(nèi)管的外表面設(shè)置有吸熱涂層，保溫層為聚氨酯發(fā)泡層，提高采熱管的絕熱保溫效果。

進(jìn)一步地，在上述第二循環(huán)泵和第二供熱盤管之間的管道上設(shè)置A閥門，第二供熱盤管和第一吸熱盤管之間的管道上設(shè)置B閥門；在第三循環(huán)泵和第二吸熱盤管之間的管道上設(shè)置C閥門，第二吸熱盤管和利用終端之間的管道上設(shè)置D閥門；在A閥門的進(jìn)水端和所述B閥門的出水端之間并聯(lián)所述第三吸熱盤管，并在A閥門的進(jìn)水端和第三吸熱盤管之間的管道上設(shè)置E閥門，在B閥門的出水端和第三吸熱盤管之間的管道上設(shè)置F閥門；在C閥門的進(jìn)水端和所述D閥門的出水端之間并聯(lián)所述第三供熱盤管，并在C閥門的進(jìn)水端和第三供熱盤管之間的管道上設(shè)置G閥門，在D閥門的出水端和第三供熱盤管之間的管道上設(shè)置H閥門；通過(guò)閥門的組合開(kāi)閉，實(shí)現(xiàn)熱泵制冷和供熱工況的轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步地，在上述過(guò)濾器的出水端和第一循環(huán)泵的出水端之間通過(guò)管道并聯(lián)一個(gè)冷卻塔，同時(shí)，在過(guò)濾器和第一供熱盤管之間的管道上設(shè)置I閥門，第一循環(huán)泵和低溫進(jìn)口管之間設(shè)置J閥門；在冷卻塔和第一供熱盤管之間的管道上設(shè)置K閥門，在第一循環(huán)泵和冷卻塔之間設(shè)置L閥門；在供熱狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)啟K閥門和L閥門，啟用冷卻塔為循環(huán)介質(zhì)散熱。

進(jìn)一步地，上述第一循環(huán)泵為高壓柱塞泵，泵壓高、流量大。

進(jìn)一步地，并聯(lián)布置2至3個(gè)相同的高壓柱塞泵形成泵組，方便柱塞泵的維修和保養(yǎng)，并能在熱泵提高功率時(shí)，提供足夠的壓力和流量。

進(jìn)一步地，上述過(guò)濾器為全封閉結(jié)構(gòu)，在對(duì)井底返出的循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，減少循環(huán)介質(zhì)的熱量散失。

根據(jù)上述技術(shù)方案，僅需修筑一口地?zé)峋?，建設(shè)成本較低；利用地?zé)岵杉b置中深長(zhǎng)且絕熱保溫的采熱管，提取深入基巖地層的封閉地?zé)峋芯奂牡責(zé)崮?；熱泵通過(guò)換熱裝置獲得地?zé)岵杉b置中的地?zé)崮埽⑼ㄟ^(guò)輸出裝置對(duì)其加以利用，供熱和制冷工況轉(zhuǎn)換時(shí)，加入冷卻塔為循環(huán)介質(zhì)散熱，保持整個(gè)過(guò)程的穩(wěn)定高效，實(shí)現(xiàn)高效、廉價(jià)的利用基巖地質(zhì)中地?zé)崮艿哪康摹?/p>

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明地?zé)峋慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明采熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-地?zé)岵杉b置；2-換熱裝置；3-熱泵；4-輸出裝置；

11-地?zé)峋?11-一開(kāi)套管；112-二開(kāi)套管；113-采熱管；1131-外管；1132-內(nèi)管；1133-保溫層；114-封井蓋；115-低溫進(jìn)水管；116-高溫出水管；12-過(guò)濾器；13-換熱器；131-第一供熱盤管；132-第一吸熱盤管；14-第一循環(huán)泵；15-冷卻塔；16～19-I、J、K、L閥門；21-第二循環(huán)泵；22～25-A、B、E、F閥門；31-蒸發(fā)器；311-第二供熱盤管；312-第三供熱盤管；313-蒸發(fā)盤管；32-壓縮機(jī)；33-冷凝器；331-第二吸熱盤管；332-第三吸熱盤管；333-冷凝盤管；34-膨脹閥；41-利用終端；42-第三循環(huán)泵；43～46-C、D、G、H閥門

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)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(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的基于基巖地質(zhì)的地?zé)崂梅椒?，利用循環(huán)介質(zhì)與深層基巖的熱交換，提取基巖中的地?zé)崮埽行Т_保熱泵3的穩(wěn)定運(yùn)行，并對(duì)通過(guò)輸出裝置加以利用，實(shí)現(xiàn)高效、廉價(jià)的利用基巖地質(zhì)中地?zé)崮艿哪康模唧w方案如下：

參見(jiàn)圖2，在基巖地質(zhì)環(huán)境的地表低凹處選擇鉆設(shè)地?zé)峋?1的位置，從松散地層開(kāi)始鉆地?zé)峋?1的井孔，一開(kāi)鉆進(jìn)至基巖面以下5-10m的深度后停止；在一開(kāi)鉆進(jìn)完成的井孔中下一開(kāi)套管111，并在一開(kāi)套管111與井壁之間的環(huán)形空間澆筑水泥漿，構(gòu)建鞏固的一開(kāi)井段，保證完井后的一開(kāi)井身具有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受懸掛在一開(kāi)套管111上的采熱管113的重量。

在水泥漿凝固后，再用比一開(kāi)套管111內(nèi)徑小10-20mm的鉆頭在基巖層中開(kāi)始二開(kāi)鉆進(jìn)，至基巖裂隙水層，監(jiān)測(cè)地層水溫，待水溫達(dá)到熱泵的利用要求的50-70℃后，再向下鉆進(jìn)5-10m的距離后停止；在二開(kāi)鉆進(jìn)的井孔中下二開(kāi)套管112，并在二開(kāi)套管112與井壁之間的環(huán)形空間澆筑水泥漿，構(gòu)建鞏固的二開(kāi)井身，并確保井底的水溫能夠充分滿足熱泵2的利用要求。

在一開(kāi)套管111和二開(kāi)套管112的內(nèi)腔下采熱管113，一直下到水溫達(dá)到具井底5-10m的深度為止；此時(shí)在一開(kāi)套管111的上端口安裝封井蓋114封閉地?zé)峋?1，具體需要使采熱管113的上端伸出封井蓋114，并通過(guò)封井蓋114穩(wěn)固的懸掛在地?zé)峋?1內(nèi)；采熱管113由三丙聚乙烯材質(zhì)的外管1131和不銹鋼材質(zhì)的內(nèi)管1132套裝而成，外管1131和內(nèi)管1132之間填充聚氨酯發(fā)泡層作為保溫層1133，并在外管1131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(shù)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(wú)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(wú)毒無(wú)污染的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合涂層，可以對(duì)聚氨酯發(fā)泡的保溫層1133進(jìn)行紅外反射，降低聚氨酯發(fā)泡保溫層1133熱量的擴(kuò)散，提高保溫效果；同時(shí)，由于內(nèi)管1132直接接觸地?zé)峋?1中的水源，導(dǎo)致其外表面有較高的溫度，因此在內(nèi)管1132的外表面設(shè)太陽(yáng)能吸熱涂層，可以較好地吸收紅外線，從而在內(nèi)井壁管1132的外表面形成一個(gè)聚熱層，降低內(nèi)井壁管1132的熱量溢出，進(jìn)一步提高了保溫效果，該太陽(yáng)能吸熱涂層作為鋼的陽(yáng)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。為了方便循環(huán)介質(zhì)的出入，在采熱管113的上端口焊接高溫出水管116，在露出地表的一開(kāi)套管111的圓周面上開(kāi)孔，并在開(kāi)孔上焊接低溫進(jìn)水管115，低溫進(jìn)水管115和高溫出水管116的接口設(shè)置為法蘭盤以方便管道的連接。

在地面上通過(guò)管道將高溫出水管116、過(guò)濾器12、第一供熱盤管131、第一循環(huán)泵14和低溫進(jìn)水管115依次串聯(lián)起來(lái)，組成地?zé)岵杉b置1；利用高壓柱塞泵的第一循環(huán)泵14通過(guò)低溫進(jìn)水管115向地?zé)峋?1內(nèi)持續(xù)泵入循環(huán)介質(zhì)到井底吸收地層熱量，依靠地?zé)峋?1的封閉結(jié)構(gòu)，循環(huán)介質(zhì)注滿地?zé)峋?1后，會(huì)攜帶地層的熱量從絕熱保溫的采熱管113返出，經(jīng)高溫出水管116流入全封閉結(jié)構(gòu)的過(guò)濾器12過(guò)濾后，在第一供熱盤管131向換熱裝置2置換出熱量，為熱泵功能。為了方便第一循環(huán)泵14的維修和保養(yǎng)，并能在熱泵2提高功率時(shí)，提供足夠的壓力和流量，在第一循環(huán)泵14的進(jìn)水口和出水口之間并聯(lián)1至2個(gè)相同的高壓柱塞泵形成泵組。

在修筑地?zé)峋?1的同時(shí)，在地?zé)峋?1的附近選擇合適的位置設(shè)立地?zé)崂玫钠渌麕讉€(gè)模塊系統(tǒng)，具體包括依次串聯(lián)的換熱裝置2、熱泵3和輸出裝置4。其中：換熱裝置3包括依次通過(guò)管道串聯(lián)成回路的第一吸熱盤管132、第二循環(huán)泵21和第二供熱盤管332，該第一吸熱盤管132與第一供熱盤管131耦合組成換熱器13；熱泵3包括依次串聯(lián)成回路的蒸發(fā)器31、壓縮機(jī)32、冷凝器33和膨脹閥34，該蒸發(fā)器由第二供熱盤管311和第三供熱盤管312分別與蒸發(fā)盤管313耦合而成，該冷凝器33由第二吸熱盤管331和第三吸熱盤管332分別與冷凝盤管333耦合而成；輸出裝置4包括依次通過(guò)管道首尾相連的第三循環(huán)泵42、第二吸熱盤管331和利用終端41；地?zé)岵杉b置1通過(guò)換熱器13與換熱裝置2連接，建立完善高效的地?zé)狍w用體系，順利將地?zé)峋?1中的吸取的基巖地層中的地?zé)崮苻D(zhuǎn)移到地表，并通過(guò)利用終端41有效利用。利用終端41視不同的條件和需求，可以具體設(shè)置為空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管、恒溫苗床的地埋管、地暖房間的地暖盤管、浴室的溫水蓬頭等等需要冷熱供應(yīng)的終端設(shè)備。

為了方便的控制這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)適應(yīng)不同季節(jié)和環(huán)境對(duì)冷熱的需求，在第二循環(huán)泵21和第二供熱盤管311之間的管道上設(shè)置A閥門22，第二供熱盤管311和第一吸熱盤管132之間的管道上設(shè)置B閥門23；在第三循環(huán)泵42和第二吸熱盤管331之間的管道上設(shè)置C閥門43，第二吸熱盤管331和利用終端41之間的管道上設(shè)置D閥門44。之后在A閥門22的進(jìn)水端和所述B閥門23的出水端之間并聯(lián)所述第三吸熱盤管332，并在A閥門22的進(jìn)水端和第三吸熱盤管332之間的管道上設(shè)置E閥門24，在B閥門23的出水端和第三吸熱盤管332之間的管道上設(shè)置F閥門25；在C閥門43的進(jìn)水端和所述D閥門44的出水端之間并聯(lián)所述第三供熱盤管312，并在C閥門43的進(jìn)水端和第三供熱盤管312之間的管道上設(shè)置G閥門45，在D閥門44的出水端和第三供熱盤管312之間的管道上設(shè)置H閥門36。A閥門22、B閥門23、C閥門43和D閥門44打開(kāi)，E閥門24、F閥門25、G閥門45和H閥門46關(guān)閉時(shí)，利用終端41供熱升溫；A閥門22、B閥門23、C閥門43和D閥門44關(guān)閉，E閥門24、F閥門25、G閥門45和H閥門46打開(kāi)時(shí)，利用終端41吸熱降溫。

在利用終端41吸熱降溫時(shí)，地?zé)岵杉b置1的功用從吸熱變?yōu)樯?，但即熱?1的散熱功能是很弱的，或則是根本無(wú)法通過(guò)地?zé)峋?1散熱，所以需要在地?zé)峋?1的位置并聯(lián)一個(gè)冷卻塔15，來(lái)完成在利用終端41吸熱狀態(tài)下地?zé)岵杉b置1的散熱效果。具體過(guò)濾器12出水端和第一循環(huán)泵14的出水端之間通過(guò)管道并聯(lián)冷卻塔15；同時(shí)，還要在過(guò)濾器12和第一供熱盤管131之間的管道上設(shè)置I閥門16，在第一循環(huán)泵14和低溫進(jìn)口管115之間設(shè)置J閥門17，通過(guò)關(guān)閉I閥門16和J閥門17，將地?zé)峋?1孤立停用；在冷卻塔15和第一供熱盤管131之間的管道上設(shè)置K閥門18，在第一循環(huán)泵14和冷卻塔15之間設(shè)置L閥門19，通過(guò)K閥門18和L閥門19的開(kāi)啟和關(guān)閉，控制冷卻塔的啟用和停用。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于基巖地質(zhì)的地?zé)崂梅椒?，僅需在基巖地層中修筑一口地?zé)峋?1，就能保證熱泵3的穩(wěn)定運(yùn)行，建設(shè)成本較低；利用地?zé)岵杉b置1中深長(zhǎng)且絕熱保溫的采熱管113，提取深入基巖地層的封閉地?zé)峋?1中聚集的地?zé)崮転榈孛娴睦孟到y(tǒng)所用；熱泵3通過(guò)換熱裝置2獲得地?zé)岵杉b置1中的地?zé)崮?，并通過(guò)輸出裝置4對(duì)其加以利用，供熱和制冷工況轉(zhuǎn)換時(shí)，加入冷卻塔15為循環(huán)介質(zhì)散熱，保持整個(gè)過(guò)程的穩(wěn)定高效，實(shí)現(xiàn)高效、廉價(jià)的利用基巖地質(zhì)中地?zé)崮艿哪康摹?/p>

需要說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)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(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。