Claims (7)
1. Способ посезонного использования низкопотенциального тепла приповерхностного грунта, при котором в отопительный сезон производят отбор из грунта низкопотенциального тепла, осуществляя подачу жидкого теплоносителя через слои грунта с помощью основной замкнутой циркуляционной системы с установленными в ее составе путем применения скважин вертикальными контурами закрытого типа, и последующую передачу тепла, с преобразованием его путем использования теплонасосного цикла до более высокого температурного уровня, к теплоснабжающей сети объекта энергообеспечения, а в межотопительный период переходят к аккумулированию в грунте внешних тепловых сбросов, переводя подачу теплоносителя через слои грунта на дополнительную замкнутую циркуляционную систему с установленным в ее составе промежуточным теплообменником утилизации тепловых сбросов, отличающийся тем, что при переходе от отбора тепла к аккумулированию тепловых сбросов меняют глубину подачи теплоносителя через слои грунта от уровня пересечения вертикальными контурами одного или нескольких водоносных слоев грунта до уровня выше кровли верхнего водоносного слоя, для чего часть контуров, используемых для отбора тепла из грунта, применяют при отборе тепла и аккумулировании тепловых сбросов по укороченному варианту, путем установки этих контуров в составе дополнительной циркуляционной системы с длиной, соответствующей второму из указанных уровней, при этом остальные контура устанавливают в составе основной циркуляционной системы с длиной, соответствующей первому уровню.1. A method for seasonal use of low-grade heat of near-surface soil, in which low-grade heat is taken from the soil during the heating season by supplying liquid coolant through the soil layers using the main closed circulation system with closed vertical circuits installed in it by using wells, and the subsequent heat transfer, with its conversion by using the heat pump cycle to a higher temperature level, to the heat supply with These are the objects of energy supply, and during the inter-heating period they switch to the accumulation of external thermal discharges in the soil, transferring the coolant supply through the soil layers to an additional closed circulation system with an intermediate heat exchanger disposing of the heat discharges installed in it, characterized in that during the transition from heat removal to accumulation of thermal discharges change the depth of the coolant supply through the soil layers from the level of intersection by vertical contours of one or more aquifers Unta to a level above the roof of the upper aquifer, for which some of the circuits used to take heat from the soil are used when taking heat and accumulating heat discharges according to a shortened version, by installing these circuits as part of an additional circulation system with a length corresponding to the second of these levels while the remaining circuits are installed in the main circulation system with a length corresponding to the first level.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отборе тепла грунта в отопительный сезон подачу теплоносителя осуществляют одновременно через основную и дополнительную циркуляционную системы с использованием скважинных теплообменников на основе комбинаций длинных и укороченных вертикальных контуров со скважинами соответствующей различной глубины, а при аккумулировании тепловых сбросов в грунте в межотопительный сезон подачу теплоносителя осуществляют только через дополнительную циркуляционную систему с использованием скважинных теплообменников одинаковой длины на основе комбинации укороченных контуров со скважинами соответствующей глубины, при этом образованные другой комбинацией длинные теплообменники одинаковой длины в составе основной циркуляционной системы размещают в ряд, перпендикулярно движению грунтовых вод в водоносных слоях грунта, на расстоянии между собой не менее 6-10 м, и попарно с размещенными в ряд в составе дополнительной циркуляционной системы укороченными теплообменниками, смещая относительно последних в направлении движения грунтовых вод на расстояние, выбираемое по скорости движения вод выше водоносных слоев, в диапазоне 3-5 м.2. The method according to claim 1, characterized in that when the heat of the soil is removed during the heating season, the coolant is supplied simultaneously through the main and additional circulation systems using downhole heat exchangers based on combinations of long and shortened vertical circuits with wells of corresponding different depths, and when accumulating thermal discharges in the soil during the inter-heating season, the coolant is supplied only through an additional circulation system using borehole heat exchangers of the same length based on a combination of shortened circuits with wells of the corresponding depth, while long heat exchangers of the same length formed by another combination in the main circulation system are placed in a row perpendicular to the movement of groundwater in aquifers, at least 6-10 m apart , and in pairs with shortened heat exchangers placed in a row in the composition of the additional circulation system, shifting relative to the latter in the direction of groundwater movement by a distance selected by the speed of water movement above the aquifers, in the range of 3-5 m.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании для отбора тепла и аккумулирования тепловых сбросов вертикальных контуров в виде U-образных пластиковых трубок применяемые в составе основной и дополнительной циркуляционных систем контура разной длины размещают попарно внутри каждой скважины, глубину которой выбирают соответственно длинному контуру, при этом отбор тепла с помощью основной и дополнительной циркуляционных систем и аккумулирование тепловых сбросов производят с применением скважин одинаковой глубины, образующих, с размещенными в них парой контуров разной длины и теплопроводящим наполнителем скважины, скважинные теплообменники одинаковой длины.3. The method according to claim 1, characterized in that when using vertical circuits in the form of U-shaped plastic tubes for the selection of heat and accumulating thermal discharges in the form of U-shaped tubes, the circuits of different lengths used as part of the primary and secondary circulation systems are placed in pairs inside each well, the depth of which is selected according to the long contour, while the selection of heat using the main and additional circulation systems and the accumulation of thermal discharges are performed using wells of the same depth, forming, disposed therein a pair of loops of various lengths and thermally conductive filler borehole, borehole heat exchangers of the same length.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что при глубине залегания кровли верхнего водоносного слоя, не превышающей 20-40 м, укороченные скважинные теплообменники применяют с увеличенной удельной поверхностью теплопередачи относительно длинных скважинных теплообменников, путем использования для отбора и аккумулирования теплообменников разного конструктивного исполнения, устанавливая, например, в основной циркуляционной системе теплообменники с вертикальными контурами в виде U-образных пластиковых трубок, а в дополнительной циркуляционной системе теплообменники в виде вертикального контура коаксиального типа, выполненного с применением скважины увеличенного относительно длинных теплообменников диаметра.4. The method according to claim 2, characterized in that when the depth of the roof of the upper aquifer does not exceed 20-40 m, shortened downhole heat exchangers are used with an increased specific heat transfer surface relative to long downhole heat exchangers, by using different design heat exchangers for selection and storage versions, installing, for example, in the main circulation system heat exchangers with vertical circuits in the form of U-shaped plastic tubes, and in an additional circulation system The system is heat exchangers in the form of a vertical coaxial type circuit made using a well of increased diameter relative to long heat exchangers.
5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что при аккумулировании в грунте тепловых сбросов укороченные контура применяют с возможностью подключения в состав дополнительной циркуляционной системы, через основной или дополнительно устанавливаемый в ней промежуточный теплообменник утилизации тепловых сбросов, дополнительного источника сбросов, в т.ч. - с повышенным относительно основного источника потенциалом, например, тепловых излишков, отводимых при генерации электроэнергии в межотопительный период когенерационной установкой, задавая расход или скорость подачи теплоносителя через укороченные контура в соответствии с выбранной долей потребления потенциала дополнительного источника через промежуточный теплообменник, либо путем оптимизации при проектировании количества укороченных контуров типовых исполнений, либо путем применения измененного, по варианту попарного размещения длинного и укороченного контуров в скважине, исполнения скважинного теплообменника, при этом подачу через дополнительную циркуляционную систему регулируют в соответствии с возможными изменениями этой доли в течение межотопительного периода.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that when accumulating heat discharges in the soil, the shortened circuits are used with the possibility of connecting to the composition of an additional circulation system, through the main or additional intermediate heat exchanger disposed of in it, an additional source of discharges, in including - with a potential increased relative to the main source, for example, heat surplus that is taken away during electric power generation during the inter-heating period by the cogeneration unit, setting the flow rate or flow rate of the coolant through a shortened circuit in accordance with the selected fraction of the potential consumption of the additional source through an intermediate heat exchanger, or by optimization during design the number of shortened circuits of typical designs, or by applying an altered, alternatively pairwise Ia and truncated long loops in the borehole, the downhole performance of the heat exchanger, the flow through the secondary circulation system is controlled in accordance with possible variations within this fraction interheating period.
6. Скважинный теплообменник для посезонного использования низкопотенциального тепла приповерхностного грунта, содержащий скважину с установленными в теплопроводящем наполнителе скважины, по крайней мере, двумя вертикальными контурами для подачи жидкого теплоносителя, выполненными в виде петель из U-образных пластиковых трубок, входные и выходные ветви которых включены в снабженную циркуляционным насосом замкнутую систему подачи теплоносителя через испаритель теплового насоса, связанного своим конденсатором с теплоснабжающей сетью объекта энергообеспечения, при этом выходные ветви трубок перед входом в испаритель подключены через перемычки и промежуточный теплообменник утилизации тепловых сбросов к внешнему источнику сбросов, отличающийся тем, что образованные трубками петли контуров выполнены с различной протяженностью, при этом протяженность петли длинного контура и соответствующая ей глубина скважины выбраны с учетом пересечения контуром и скважиной, по крайней мере, одного расположенного в грунте водоносного слоя, а протяженность петли укороченного контура выбрана с возможностью размещения контура над уровнем кровли верхнего водоносного слоя, при этом входная и выходная ветви трубки длинного контура включены в основную замкнутую систему подачи теплоносителя, ветви трубки укороченного контура подключены к снабженной другим циркуляционным насосом дополнительной замкнутой системе подачи теплоносителя, связанной через перемычку на выходе из укороченного контура с входом испарителя теплового насоса и водяной стороной промежуточного теплообменника, выбранного водовоздушного исполнения, с возможностью совместного или раздельного использования через перемычки основной и дополнительной замкнутых систем в отопительный сезон для отбора тепла грунта и передачи потоков теплоносителей через обе системы к испарителю теплового насоса, а укороченный контур выполнен с возможностью подключения через перемычку подачи охлажденного в результате отбора тепла грунта жидкого теплоносителя в межотопительный период к вытяжной линии источника тепловых сбросов в виде тепла удаляемого вентиляционного воздуха от объекта энергообеспечения, связанной посредством другой стороны промежуточного теплообменника, с линией подачи удаляемого воздуха после этого теплообменника на охлаждение помещений объекта.6. A downhole heat exchanger for seasonal use of low-grade heat of near-surface soil, comprising a well with at least two vertical circuits for supplying liquid heat carrier installed in the heat-conducting filler of the well, made in the form of loops of U-shaped plastic tubes, the input and output branches of which are included into a closed coolant supply system equipped with a circulation pump through a heat pump evaporator connected by its condenser to the heat supply network an energy supply facility, while the outlet branches of the tubes before entering the evaporator are connected through jumpers and an intermediate heat exchanger for the utilization of heat discharges to an external source of discharges, characterized in that the loop loops formed by the tubes are made with different lengths, while the length of the long loop loop and the corresponding well depth selected taking into account the intersection of the contour and the well, at least one aquifer located in the soil, and the length of the loop shortened con Hurray is chosen with the possibility of placing the circuit above the roof level of the upper aquifer, while the input and output branches of the long circuit tube are included in the main closed coolant supply system, the branches of the shortened tube are connected to an additional closed coolant supply system equipped with another circulation pump, connected through a jumper to the outlet of the shortened circuit with the inlet of the heat pump evaporator and the water side of the intermediate heat exchanger, selected water-air version with the possibility of joint or separate use of the main and additional closed systems through jumpers in the heating season for the extraction of soil heat and transfer of coolant flows through both systems to the heat pump evaporator, and the shortened circuit is made with the possibility of connecting through the jumper the supply of soil cooled as a result of heat extraction liquid heat carrier in the inter-heating period to the exhaust line of the source of thermal discharges in the form of heat of removed ventilation air from the energy exchange object baking connected via another side of the intermediate heat exchanger with the exhaust air supply line after the heat exchanger for cooling the object space.
7. Скважинный теплообменник по п.6, отличающийся тем, что укороченный вертикальный контур выполнен с возможностью подключения через перемычку к дополнительному источнику тепловых сбросов, в том числе - с повышенным тепловым потенциалом относительно основного источника, например, в виде отводимых в межотопительный период тепловых излишков от обслуживающей данный или другие объекты энергообеспечения когенерационной установки, а дополнительная замкнутая система подачи теплоносителя снабжена дополнительным промежуточным теплообменником утилизации тепловых сбросов, выбранного водоводяного исполнения, установленным в составе системы с подсоединением через перемычки одной из его сторон к входной и выходной ветвям петли укороченного контура, другой стороны к дополнительному источнику тепловых сбросов, при этом количество укороченных вертикальных контуров в скважине, соотношение диаметров установленных в ней трубок длинного и укороченного контуров и соответствующий этим параметрам диаметр скважины выбраны с учетом заданных, в соответствии с возможной долей потребления потенциала дополнительного источника через дополнительный промежуточный теплообменник, параметров расхода или линейной скорости подачи теплоносителя через укороченный контур.
7. The downhole heat exchanger according to claim 6, characterized in that the shortened vertical circuit is configured to be connected via a jumper to an additional source of thermal discharges, including with an increased thermal potential relative to the main source, for example, in the form of thermal surplus discharged during the inter-heating period from the cogeneration unit serving the given or other power supply facilities, and the additional closed heat supply system is equipped with an additional intermediate heat exchanger m utilization of thermal discharges, selected water-water version, installed as part of the system with connection through a jumper of one of its sides to the input and output branches of the loop of a shortened circuit, the other side to an additional source of thermal discharges, while the number of shortened vertical contours in the well, the ratio of diameters established in it the tubes of long and shortened contours and the well diameter corresponding to these parameters are selected taking into account the set, in accordance with the possible share of consumption potential of an additional source through an additional intermediate heat exchanger, flow parameters or linear flow rate of the coolant through a shortened circuit.