本發(fā)明涉及能源供熱和空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于海水源的地?zé)崂梅椒ā?/p>

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的日漸提高，人們不愿再無助的忍受冬季的寒冷和夏季的酷暑，供人們生活和工作的現(xiàn)代建筑中，多數(shù)都配置了冷熱裝置來實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)的冬暖夏涼。目前建筑物室內(nèi)采暖主要依靠礦物燃料的直接燃燒和電能空調(diào)的制冷、制熱，這中方式一方面造成極大的資源消耗，另一方面礦物燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物會(huì)污染環(huán)境。大量燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的環(huán)境問題已日益成為各國(guó)政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。

水源熱泵具有節(jié)能環(huán)境、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，但水源熱泵對(duì)地下水的要求比較高，需要良好的地下水源條件；在地下水豐富的臨海地區(qū)，取用源源不斷的海水作為地?zé)嵩礊橹苓吔ㄖ峁┖銣丨h(huán)境，已經(jīng)取得了顯著成效。閉式的海水源熱泵系統(tǒng)不需要復(fù)雜的過濾裝置，采用前端換熱器與海水換熱后，再用于熱泵系統(tǒng)工作，換熱效率低。開式的海水源熱泵系統(tǒng)，直接驅(qū)動(dòng)海水進(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)雜的海水過濾系統(tǒng)，投資較大，維護(hù)復(fù)雜。因此，如何尋找到一種換熱效率高、造價(jià)低廉的方法，來利用海水源建立水源熱泵，成為一個(gè)重要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供的一種基于海水源的地?zé)崂梅椒?，利用海水流?dòng)與沙灘的熱交換，通過設(shè)置在沙灘中的地?zé)峋?，提取熱能，有效確保水源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足臨海區(qū)域的室內(nèi)供熱和供冷的需求，同時(shí)換熱效率高、造價(jià)低廉。

本發(fā)明提供的基于海水源的地?zé)崂梅椒?，包括以下步驟：

1)在臨海的沙灘上選擇位置建筑地?zé)岵杉b置的位置，臨海的沙灘地層中水源豐富，施工方便。

2)在沙灘上鉆地?zé)峋?，其深度要位于海水的最低水位以下，且底部到達(dá)礫巖層；保證地?zé)峋撞康牡貙訙囟认鄬?duì)穩(wěn)定。

3)將預(yù)制好的過濾器固定安裝到地?zé)峋變?nèi)，使過濾器下端口立于礫巖層上，有效固定過濾器；過濾器上端口位于海水最低水位以下，保證地?zé)峋姆€(wěn)定濾水和供水能力。

4)將預(yù)制好的固井管固定安裝到地?zé)峋變?nèi)，其下端口與過濾器連接，上端口位于海水的最高水位之上，并用井蓋密封，形成封閉的地?zé)峋?；地?zé)峋姆忾]結(jié)構(gòu)，能讓井內(nèi)的水體溫度更加穩(wěn)定，并保證水體的潔凈。

5)將潛水泵安裝到地?zé)峋牡撞?，并通過管道穿過井蓋，與安裝在地面上的熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器外循環(huán)盤管連通，換熱后的海水經(jīng)消毒池凈化后，流回大海；完善的利用、凈化和再回流循環(huán)，有效避免利用之后的水體回流大海造成的次地質(zhì)災(zāi)害。

6)通過熱泵系統(tǒng)，將蒸發(fā)器收集的熱能傳遞給空調(diào)系統(tǒng)，供室內(nèi)使用，實(shí)現(xiàn)海水與室內(nèi)之間的熱交換。

7)空調(diào)系統(tǒng)通過循環(huán)泵將冷凝器外循環(huán)盤管與風(fēng)機(jī)盤管向相連，進(jìn)行室內(nèi)熱交換后的循環(huán)水流回冷凝器再次吸熱，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的熱交換。

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(gè)上下端開口的腔室，腔室中填充濾芯；通過分級(jí)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)到上述熱泵系統(tǒng)中進(jìn)行熱交換，換熱效率高，同時(shí)省去了復(fù)雜的水體過濾裝置，成本較低。

進(jìn)一步地，上述過濾器安裝在沙灘土壤細(xì)沙層和礫巖層之間的漂石層中，水體在漂石層中的滲透能力強(qiáng)，且換熱效果顯著。

進(jìn)一步地，上述潛水泵、蒸發(fā)器外循環(huán)盤管和消毒池依次通過管道串聯(lián)形成熱能采集裝置，蒸發(fā)器外循環(huán)盤管和消毒池之間管道上設(shè)置A控制閥，潛水泵和蒸發(fā)器外循環(huán)盤管之間的管道上設(shè)置B控制閥；有效控制熱能采集裝置的啟用和關(guān)閉，方便清理和檢修。

進(jìn)一步地，上述熱泵系統(tǒng)包括由冷凝器、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和膨脹閥依次串聯(lián)組成的回路；其中的蒸發(fā)器由蒸發(fā)器外循環(huán)盤管和蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)盤管耦合組成，冷凝器由冷凝器外循環(huán)盤管和冷凝器內(nèi)循環(huán)盤管耦合組成；通過完善的循環(huán)回路，持續(xù)高效的進(jìn)行海水和室內(nèi)的冷熱交換。

進(jìn)一步地，上述循環(huán)泵、冷凝器外循環(huán)盤管和風(fēng)機(jī)盤管依次通過管道串聯(lián)形成熱空調(diào)系統(tǒng)，循環(huán)泵和冷凝器外循環(huán)盤管之間管道上設(shè)置C控制閥，冷凝器外循環(huán)盤管和風(fēng)機(jī)盤管之間的管道上設(shè)置D控制閥；有效控制空調(diào)系統(tǒng)的啟用和關(guān)閉，以及控制空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)路徑。

進(jìn)一步地，在所述A控制閥的出水端和所述C控制閥的出水端之間并聯(lián)E控制閥，所述B控制閥的進(jìn)水端和所述D控制閥的進(jìn)水端之間并聯(lián)F控制閥，所述A控制閥的進(jìn)水端和所述C控制閥的進(jìn)水端之間并聯(lián)G控制閥，所述B控制閥的出水端和所述D控制閥的出水端之間并聯(lián)H控制閥，形成制冷和供熱轉(zhuǎn)換回路；供熱時(shí)，A控制閥、B控制閥、C控制閥和D控制閥打開，E控制閥、F控制閥、G控制閥和H控制閥關(guān)閉；制冷時(shí)，A控制閥、B控制閥、C控制閥和D控制閥關(guān)閉，E控制閥、F控制閥、G控制閥和H控制閥打開，方便室內(nèi)制冷和供熱需求的切換。

進(jìn)一步地，在地?zé)峋闹苤ǖ虊?，避免地?zé)峋車哪嗌骋虺彼饔枚魇В_保地?zé)峋姆€(wěn)固。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過所述熱能采集裝置吸收海水的熱量為所述熱泵系統(tǒng)供能，流動(dòng)的海水與沙灘地層進(jìn)行熱交換，經(jīng)地?zé)峋倪^濾器過濾后進(jìn)入地?zé)峋畠?nèi)后，直接進(jìn)入熱泵系統(tǒng)交換熱量，再通過空調(diào)系統(tǒng)輸入到室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)的冷熱交換，達(dá)到室內(nèi)冬暖夏涼的效果，換熱效率高、造價(jià)低廉。

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)明地?zé)峋Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3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-熱泵系統(tǒng)；3-空調(diào)系統(tǒng)；

11-地?zé)峋?11-過濾器；112-固井管；113-井蓋；1111-基礎(chǔ)管；1112-外管；1113-內(nèi)管；1114-包網(wǎng)層；1115-鐵絲層；12-潛水泵；13-蒸發(fā)器外循環(huán)盤管；14-消毒池；15～18-A、B、E、F控制閥；21-蒸發(fā)器；211-蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)盤管；22-壓縮機(jī)；23-冷凝器；231-冷凝器內(nèi)循環(huán)盤管；24-膨脹閥；31-風(fēng)機(jī)盤管；32-循環(huán)泵；33-冷凝器外循環(huán)盤管；34～37-C、D、G、H控制閥

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3所示，本發(fā)明提供的基于海水源的地?zé)崂梅椒?，利用海水流?dòng)與沙灘地層的熱交換，通過設(shè)置在沙灘中的地?zé)峋?1，提取熱能，有效確保熱泵系統(tǒng)2的穩(wěn)定運(yùn)行，具體包括以下步驟：

在臨海的沙灘上選擇位置建筑地?zé)岵杉b置1的位置，臨海的沙灘地層中水源豐富，施工方便。

在沙灘上鉆地?zé)峋?1的井孔，其深度要位于海水的最低水位以下，且井孔穿過細(xì)砂層和漂石層，底部到達(dá)地層溫度相對(duì)穩(wěn)定的礫巖層。

將預(yù)制好的過濾器111固定安裝到地?zé)峋?1井孔內(nèi)，具體置于細(xì)沙層和礫巖層之間的滲透性較好的漂石層中，并將過濾器111的下端口立于礫巖層上，有效固定過濾器111；過濾器111包括：從內(nèi)到外依次套置的內(nèi)管1113、外管1112、基礎(chǔ)管1111、包網(wǎng)層1114和鐵絲層1115，基礎(chǔ)管1111和外管1112上均設(shè)有透水孔，內(nèi)管1113與外管1112之間分為多個(gè)上下端開口的腔室，腔室中填充濾芯；在基礎(chǔ)管1111外包覆尼龍絲作為初濾的包網(wǎng)層1114，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1115，以防止包網(wǎng)層1114脫落。水體通過過濾器111時(shí)，首先經(jīng)尼龍絲的包網(wǎng)層1114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1112；外管1112管壁上同樣設(shè)置有透水孔，內(nèi)管1113的管壁上未設(shè)置透水孔，而是在內(nèi)管1113和外管1112之間的環(huán)形空間內(nèi)分設(shè)多個(gè)上、下端敞口的腔室，水體經(jīng)外管1112的透水孔進(jìn)入腔室后，沿腔室上、下流動(dòng)，從腔室上、下端排出，延長(zhǎng)了水體在濾芯中的流動(dòng)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)到上述熱泵系統(tǒng)中進(jìn)行熱交換，換熱效率高，同時(shí)省去了復(fù)雜的水體過濾裝置，成本較低。將預(yù)制好的固井管112固定安裝到地?zé)峋?1的井孔內(nèi)，其下端口與過濾器111的基礎(chǔ)管1111連接，上端口位于海水的最高水位之上，并用井蓋113密封，形成封閉的地?zé)峋?11，并在地?zé)峋?1四周筑建堤壩，避免地?zé)峋車哪嗌骋虺彼饔枚魇?，確保地?zé)峋?1能持續(xù)提供潔凈且溫度穩(wěn)定的水體。

將潛水泵12安裝到地?zé)峋?1的底部，并通過管道穿過井蓋113，與安裝在地面上的熱泵系統(tǒng)1的蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13連通，換熱后的海水經(jīng)消毒池14凈化后，流回大海；依次通過管道串聯(lián)的潛水泵12、蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13和消毒池14，同地?zé)峋?1一起組成熱能采集裝置1，潛水泵12和蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13之間管道上設(shè)置A控制閥15，蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13和消毒池14之間的管道上設(shè)置B控制閥16。

通過熱泵系統(tǒng)2，將蒸發(fā)器21收集的熱能傳遞給空調(diào)系統(tǒng)3，供室內(nèi)使用，實(shí)現(xiàn)海水與室內(nèi)之間的熱交換。熱泵系統(tǒng)2包括由蒸發(fā)器21、壓縮機(jī)22、冷凝器23和膨脹閥24依次串聯(lián)組成的回路；其中的蒸發(fā)器21由蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13和蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)盤211管耦合組成，冷凝器23由冷凝器外循環(huán)盤管33和冷凝器內(nèi)循環(huán)盤管21耦合組成。

空調(diào)系統(tǒng)3由循環(huán)泵32、冷凝器外循環(huán)盤管33和風(fēng)機(jī)盤管31依次通過管道串聯(lián)組成，在風(fēng)機(jī)盤管31中進(jìn)行室內(nèi)熱交換后的循環(huán)水流回冷凝器23再次吸熱，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的熱交換；循環(huán)泵32和冷凝器外循環(huán)盤管33之間管道上設(shè)置C控制閥34，冷凝器外循環(huán)盤管33和風(fēng)機(jī)盤管31之間的管道上設(shè)置D控制閥35，有效控制空調(diào)系統(tǒng)的啟用和關(guān)閉，以及控制空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)路徑。

同時(shí)，在A控制閥15的出水端和C控制閥34的出水端之間并聯(lián)E控制閥17,B控制閥16的進(jìn)水端和D控制閥35的進(jìn)水端之間并聯(lián)F控制閥18,A控制閥15的進(jìn)水端和所述C控制閥34的進(jìn)水端之間并聯(lián)G控制閥36,B控制閥16的出水端和D控制閥35的出水端之間并聯(lián)H控制閥37，形成可切換的制冷和供熱轉(zhuǎn)換回路：供熱時(shí)，A控制閥15、B控制閥16、C控制閥34和D控制閥35打開，E控制閥17、F控制閥18、G控制閥36和H控制閥37關(guān)閉；制冷時(shí)，A控制閥15、B控制閥16、C控制閥34和D控制閥35關(guān)閉，E控制閥17、F控制閥18、G控制閥36和H控制閥37打開。

如圖2所示，本發(fā)明的地?zé)峋?1開設(shè)在沿海的沙灘中，直達(dá)沙灘深處的礫巖層，地層內(nèi)的溫度常年變化不大，井內(nèi)的水位與海水水位基本一致。從地?zé)峋?1中抽取的海水，并非直接取自大海，而是與沙灘進(jìn)行過熱交換，并經(jīng)過濾器111過濾后的清潔水體；如圖3所示，海水經(jīng)過過濾器111鐵絲層1115、包網(wǎng)層1114、基礎(chǔ)管1111、外管1112和內(nèi)管1113中的濾芯組成的五層過濾結(jié)構(gòu)過濾后，可直接進(jìn)入熱泵系統(tǒng)2進(jìn)行熱交換，減少一道換熱環(huán)節(jié)，海水中的熱能利用率更高。在寒冷的冬季，表面海水的溫度較低，在流入地?zé)峋?1的過程中吸取沙灘地層中的熱量，所以潛水泵12抽取的是溫度較高的水體，經(jīng)熱泵系統(tǒng)2將水體中的熱量提取，并提升溫度后通過空調(diào)系統(tǒng)3釋放到室內(nèi)，達(dá)到冬季供暖的目的。在酷熱的夏季，表面海水溫度較高，經(jīng)沙灘地層滲透到地?zé)峋?1的過程中降溫到較低的溫度，可以中和更多熱泵系統(tǒng)2通過空調(diào)系統(tǒng)3吸取的室內(nèi)熱量，提高熱泵系統(tǒng)2的工作效率，到達(dá)夏季制冷的目的。

供熱時(shí)，A控制閥15、B控制閥16、C控制閥34和D控制閥35打開，E控制閥17、F控制閥18、G控制閥36和H控制閥37關(guān)閉。地?zé)峋?1中經(jīng)過濾器111過濾之后的高溫水體，被潛水泵12抽取，流經(jīng)蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13，后經(jīng)消毒池14中凈化后流回大海，形成地?zé)岵杉b置1的放熱循環(huán)。熱能在蒸發(fā)器21中耦合的蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13和蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)盤管211之間完成第一次熱交換；熱泵系統(tǒng)2通過壓縮機(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中耦合的冷凝器內(nèi)循環(huán)盤管231和冷凝器外循環(huán)盤33完成第二次熱交換，傳熱降溫后的導(dǎo)熱介質(zhì)通過膨脹閥24減壓后，重新流入蒸發(fā)器21再次吸熱，形成熱泵供熱循環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)3將通過冷凝器外循環(huán)盤管33熱交換吸取熱量后的空調(diào)循環(huán)水，通過循環(huán)泵32輸送到風(fēng)機(jī)盤管31向室內(nèi)放熱，降溫后返回冷凝器23再次吸熱，形成空調(diào)系統(tǒng)3的供熱循環(huán)。室內(nèi)空氣吸收風(fēng)機(jī)盤管31帶來的熱量，達(dá)到供暖效果。

制冷時(shí)，A控制閥15、B控制閥16、C控制閥34和D控制閥35關(guān)閉，E控制閥17、F控制閥18、G控制閥36和H控制閥37打開。夏季地?zé)峋?1中經(jīng)沙灘地層降溫后的水體溫度較低，經(jīng)過濾器111流入地?zé)峋?1中，被潛水泵12直接抽取，流經(jīng)冷凝器外循環(huán)盤管33吸熱，后經(jīng)消毒池14凈化后流回大海，形成地?zé)岵杉b置1的吸熱循環(huán)。熱能在冷凝器23中耦合的冷凝器外循環(huán)盤管33和冷凝器內(nèi)循環(huán)盤管231之間完成第一次熱交換；熱泵系統(tǒng)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，并在蒸發(fā)器21中通過耦合的蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)盤管211和蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13完成第二次熱交換，吸熱升溫后的導(dǎo)熱介質(zhì)經(jīng)壓縮機(jī)23增壓后重新流入冷凝器23再次放熱，形成熱泵制冷循環(huán)。空調(diào)系統(tǒng)3將經(jīng)過蒸發(fā)器外循環(huán)盤管13熱交換放熱降溫后的空調(diào)循環(huán)水，通過循環(huán)泵32輸送到風(fēng)機(jī)盤管31向室內(nèi)吸熱，升溫溫后返回蒸發(fā)器21再次放熱，形成空調(diào)系統(tǒng)3的制冷循環(huán)。室內(nèi)空氣中的熱量被風(fēng)機(jī)盤管31吸收帶走，達(dá)到室內(nèi)制冷的效果。

采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明提供的基于海水源的地?zé)崂梅椒?，利用海水流?dòng)與沙灘的熱交換，通過沙灘中的具有較強(qiáng)過濾能力的地?zé)峋?，提取熱能，直接供熱泵系統(tǒng)使用，有效確保水源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足臨海區(qū)域的室內(nèi)供熱和供冷的需求，同時(shí)換熱效率高、造價(jià)低廉。

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(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)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。