一种用于地热供暖的集成式控制系统及其工作方法与流程

1.本发明属于地热供暖技术领域，涉及一种用于地热供暖的集成式控制系统及其工作方法。


背景技术：

2.地热能是可再生清洁能源。地热能可分为浅层地热能、中深层地热能和深层地热能三种类型。深层地热能的利用主要是干热岩发电；中深层地热能主要包括水热型和岩土热；浅层地热能主要利用的是土壤地热，不过土壤平均温度相对较低，具有冷热负荷易不平衡的特点。由于勘探技术和钻探施工成本都朝有益方向发展，对中深层地热的利用与开发也受到重视，中深层地热供暖技术相比常规的浅层地源热泵系统更节能，而且打井越深，热源温度越高。
3.以前在中深层地热开发与供暖供水项目中，一般不采用回灌，而由于认识到地热水开发过度对地质的影响以及地热尾水对环境的影响之后，开始采用回灌技术来减小地热开发对地质和环境的影响。集成控制系统在面对与处理回灌问题上也存在的一些不足包括，其一，尾水回灌到一定程度之后会在井底出现严重堵塞，但集成控制系统对动水位的变化检测不够及时的话就会导致动水位会急剧上升甚至溢出井口，而且回灌过程反渗水柱的异味也会影响环境；其二，地热水存在利用不充分的问题，地热回水的温度较高，降低了地热水开发与利用的环保经济效率。


技术实现要素：

4.本发明针对上述在中深层地热开发与利用方面所存在的技术问题，提出一种设计合理、有利于控制回灌反渗效应且有利于避免污染环境的一种用于地热供暖的集成式控制系统及其工作方法。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种用于地热供暖的集成式控制系统及其工作方法，包括电源系统和控制终端，所述控制终端的控制端设置有第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元，所述第一控制单元用来控制中深层地热井侧和回灌井侧的设备，所述第一控制单元的控制端设置有泵组、阀组、热泵机组和换热器，所述第二控制单元的控制端设置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，所述第三控制单元用来控制用户侧的设备，所述第二控制单元的控制侧还设置有图像监控设备和气味检测器，所述第一控制单元的控制端还设置有回水处理系统和防反渗装置，所述图像监控设备、气味检测器、防反渗装置和气味检测器均设置在回灌井侧，所述回灌井侧还包括回灌井和多个与第二控制单元电性连接的阀门和水泵，所述防反渗装置包括设置在回灌井上的三通管，所述三通管的一个输出端设置有引流管，所述引流管上设置有阀门，所述引流管的中心轨迹呈u形且其远离三通管的一端设置有上冲管，所述上冲管的顶部设置有溢流箱，所述溢流箱的内部设置有与上冲管连通的溢流通道，所述溢流箱的顶部设置有多个与溢流通道连通的传感器，所述溢流通道的一端设置有与其活动配合的溢流缓冲器，所述溢流通道
的另一端设置有沉头连接座，所述沉头连接座中设置有四通阀，所述四通阀与回灌井的顶部连接，所述四通阀的一个阀口设置有接地管，所述接地管的管口朝向地面。
6.作为优选，所述回灌井为二开井且其包括上下分布的第一井部和第二井部，所述第一井部的深度小于第二井部，所述第一井部和第二井部的内壁均为倒圆台面且倒圆台面的锥度为1：100。
7.作为优选，所述上冲管与溢流箱的连接端设置在靠近溢流缓冲器的位置，所述溢流缓冲器包括活塞，所述活塞与溢流通道活动配合，所述活塞的一侧设置有朝溢流通道外侧延伸的活塞杆，所述活塞杆的端部设置有挡板，所述挡板与溢流箱的端部之间设置有缓冲弹簧。
8.作为优选，所述溢流箱的一端中空的缓冲室，所述缓冲室的端部设置有土工格栅。
9.作为优选，多个所述传感器包括水位传感器、压力传感器、异味传感器和报警器。
10.作为优选，所述溢流箱的顶部设置有安装槽，所述安装槽中设置有多个用来安装传感器的安装台，所述安装槽上设置有用来封装的盖板。
11.作为优选，所述溢流通道的内部设置有与其密封插接的t型套管，所述t型套管与沉头连接座配合且其端部与四通阀的一个阀口法兰连接。
12.作为优选，所述引流管与回灌井呈y型连接。
13.一种用于地热供暖的集成式控制系统的工作方法，所述第二控制单元用来收集从回灌井侧传来的图像、气味、压力和温度数据，由控制终端操控第二控制单元并通过第一控制单元控制回水处理系统的尾水压力，回灌井侧的地热尾水从接地管沿l形轨迹进入回灌井，回灌水柱的压力大于回灌井的井底压力则地热尾水顺利进入回灌井的井底实现回灌；回灌水柱的压力小于回灌井的井底压力则出现反渗趋势，反渗的水柱从三通管处实现分流并沿着引流管和上冲管进入溢流箱，溢流缓冲器自动缓冲并让出合理的压力与空间以供反渗的地热尾水暂时储存，溢流箱上的传感器检测溢流通道中的流体温度、压力和气味并反馈给第二控制单元，控制终端接收到第二控制单元采集的信息并作出调大地热尾水压力的命令，地热尾水压力增大之后则继续进行回灌直到完成回灌作业。
14.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
15.1、本发明提供的一种用于地热供暖的集成式控制系统及其工作方法，利用图像监控设备来监控回灌井侧的外部情况，由气味检测器来检测回灌井处是否有反渗气味溢出而影响生态环境，利用防反渗装置和具有转折设计的接地管与回灌井可在回灌水柱压力小于井底压力的情况下令液体进入溢流箱，溢流箱上的传感器向本控制系统反馈回灌实时情况从而调整回灌的压力，进而实现地热尾水的回灌。本控制系统设计合理、有利于控制回灌反渗效应且有利于避免污染环境，适合大规模推广。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为实施例提供的一种用于地热供暖的集成式控制系统的示意图；
18.图2为实施例提供的回灌井和防反渗装置(全剖)的结构示意图；
19.图3为实施例提供的防反渗装置(全剖)的轴测图；
20.图4为实施例提供的防反渗装置(全剖)的部分示意图；
21.图5为实施例提供的盖板的剖视图；
22.以上各图中：
23.1、回灌井；11、第一井部；12、第二井部；
24.2、防反渗装置；21、三通管；22、引流管；23、上冲管；24、溢流箱；241、溢流通道；242、沉头连接座；243、缓冲室；244、安装槽；25、传感器；26、溢流缓冲器；261、活塞；262、活塞杆；263、挡板；264、缓冲弹簧；27、四通阀；28、接地管；29、土工格栅；210、t型套管；211、阀门；
25.3、盖板。
具体实施方式
26.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
28.实施例，如图1—5所示，本发明提供的一种用于地热供暖的集成式控制系统，包括电源系统和控制终端，所述控制终端的控制端设置有第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元，第一控制单元用来控制中深层地热井侧和回灌井侧的设备，第一控制单元的控制端设置有泵组、阀组、热泵机组和换热器，第二控制单元的控制端设置有压力传感器、温度传感器和湿度传感器，第三控制单元用来控制用户侧的设备包括其通电情况。其中，电源系统为中深层地热井侧和回灌井侧的设备提供电源，可以控制相应电设备的通电情况，第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元以及控制终端的通信与连接关系为现有技术，本实施例在此不再赘述。
29.为了提高地热供暖的尾水回灌效率，以保证地质的安全性，本发明在第二控制单元的控制侧还设置有图像监控设备和气味检测器，第一控制单元的控制端还设置有回水处理系统和防反渗装置2，图像监控设备、气味检测器、防反渗装置2和气味检测器均设置在回灌井侧，回灌井侧还包括回灌井1和多个与第二控制单元电性连接的阀门和水泵，防反渗装置2包括设置在回灌井1上的三通管21，三通管21的一个输出端设置有引流管22，引流管22上设置有阀门211，引流管22的中心轨迹呈u形且其远离三通管21的一端设置有上冲管23，上冲管23的顶部设置有溢流箱24，溢流箱24的内部设置有与上冲管23连通的溢流通道241，溢流箱24的顶部设置有多个与溢流通道241连通的传感器25，溢流通道241的一端设置有与其活动配合的溢流缓冲器26，溢流通道241的另一端设置有沉头连接座242，沉头连接座242中设置有四通阀27，四通阀27与回灌井1的顶部连接，四通阀27的一个阀口设置有接地管28，接地管28的管口朝向地面。其中，引流管22从回灌井1的回路上分出构成一支反渗通路，
而其u形设计令阀门与溢流箱24构成交错关系，便于电动方式来控制阀门或者手动方式来操控阀门。溢流箱24的大部分体积是埋在回灌侧的土壤中，其水平高度低于接地管28的最大高度，可以有效储存一部分反渗的水柱。
30.在本发明中，图像监控设备用来监控回灌井侧的外部情况，由气味检测器来检测回灌井1处是否有反渗气味溢出而影响生态环境，图像监控设备和气味检测器反馈的图像和数据可作为控制终端调控尾水压力的根据。进一步地，回灌井1本身通过四通阀27与具有转折设计的接地管28来接地面，可以降低回灌水柱直接反渗的概率，同时在回灌井1的回路上开出一支令反渗的水柱可进入防反渗装置2。第二控制单元用来收集从回灌井侧传来的图像、气味、压力和温度数据，由控制终端操控第二控制单元并通过第一控制单元控制回水处理系统的尾水压力，回灌井侧的地热尾水从接地管28沿l形轨迹进入回灌井1，回灌水柱的压力大于回灌井1的井底压力则地热尾水顺利进入回灌井1的井底实现回灌；回灌水柱的压力小于回灌井1的井底压力则出现反渗趋势，反渗的水柱从三通管21处实现分流并沿着引流管22和上冲管23进入溢流箱24，溢流缓冲器26作出应激缓冲动作，其在溢流通道241中让出合理的压力与空间以供反渗的水柱暂时储存，溢流箱24上的传感器检测溢流通道241中的流体温度、压力和气味并反馈给第二控制单元，控制终端接收到第二控制单元采集的信息并作出调大地热尾水压力的命令，地热尾水压力增大之后则继续进行回灌直到完成回灌作业。本控制系统设计合理、有利于控制回灌反渗效应且有利于避免污染环境，进而有利于降低地热供暖系统对地质的影响。
31.为了提高尾水回灌的效率，本发明提供的回灌井1为二开井且其包括上下分布的第一井部11和第二井部12，第一井部11的深度小于第二井部12，第一井部11和第二井部12的内壁均为倒圆台面且倒圆台面的锥度为1：100。回灌井1采用二开井的设计，其一开即第一井部11用来封闭浅层松散低温层，垂直长度为500～1000m，二开即第二井部12则与地层的水相通，以构成回灌通路，垂直长度为800～2500m，二者总长构成的回灌井1长度在1300～3500m,而其倒圆台面的设计近似文丘管，能够增强回灌水柱打入地下水位的压力，有利于地热尾水实现回灌。
32.进一步地，上冲管23与溢流箱24的连接端设置在靠近溢流缓冲器26的位置，溢流缓冲器26包括261，活塞261与溢流通道241活动配合，活塞261的一侧设置有朝溢流通道241外侧延伸的活塞杆262，活塞杆262的端部设置有挡板263，挡板263与溢流箱24的端部之间设置有缓冲弹簧264，挡板对缓冲弹簧264进行卡位。其中，溢流缓冲器26在自然状态下其活塞在溢流通道241的偏深位置，而随着反渗水柱进入防反渗装置2之后令引流管22、上冲管23和溢流通道241中的压力增加，活塞受压推动挡板朝溢流箱24的一端移动，同时由缓冲弹簧提供缓冲力以保证活塞与活塞杆动作的稳定性，直到溢流箱24上的传感器将压力、温度以及水位数据反馈给控制终端，由控制终端作出相应的调整手段，溢流通道241中暂存的反渗水柱可在控制终端对第一控制单元作出调整命令之后随回灌水柱而回到回灌井1，进而完成后续的回灌作业。
33.考虑到溢流箱24是埋设在回灌井侧的土中，为了保证溢流缓冲器26的活动性能，本发明在溢流箱24的一端设置有中空的缓冲室，缓冲室的端部设置有土工格栅29，土工格栅29防止土层大面积进入缓冲室243而影响活塞杆262和挡板263的动作。同时，为了保证溢流缓冲器26有较长的动作行程，本发明在溢流箱24的端部设置有沉口，沉口口径大于缓冲
弹簧264以及挡板的最大直径。这样的话，缓冲弹簧处于自然状态下能够令活塞尽量偏向溢流通道241的中间位置，而在受压之后又能即时产生合理的运动行程而为反渗水柱让出空间。
34.为了提高本集成控制系统对防反渗效应的监控效率，本发明中在溢流箱24上的多个所述传感器包括水位传感器、压力传感器、异味传感器和报警器。水位传感器可安装在上冲管23的垂直输出路径上，可以检测溢流通道241以及上冲管23中的水位，而压力传感器、异味传感器能够检测溢流通道241中的压力以及化学异味，而报警器能够及时报警，报警器作为预警机制可提高本集成控制系统远端的管控效率。
35.为了提高传感器的安全性，本发明在溢流箱24的顶部设置有安装槽，安装槽中设置有多个用来安装传感器的安装台，安装槽上设置有用来封装的盖板3。
36.为了提高溢流通道241的密封性，本发明在溢流通道241的内部设置有与其密封插接的t型套管210，t型套管210与沉头连接座242配合且其端部与四通阀27的一个阀口法兰连接。t形套管210的水平部分插在溢流通道241的内部，而且在t形套管210与溢流通道241的插配节点安装密封环或密封垫，而其端部卡在溢流通道241的外侧并与四通阀27连接。这样不仅能够保证溢流通道241的密封性，还具有便于装配、便于更换与维护的特点。
37.为了提高防反渗效果，本发明提供的引流管22与回灌井1呈y型连接，相应地，三通管21的三个阀口也是呈y形，而引流管22的u形端部呈倾斜状态与三通管连接能够提高反渗水柱从三通节点进入防反渗装置2的效率，同时也能避免在地热尾水在正向回灌过程中大面积进入引流管22。
38.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。