不用回填的地源熱泵地埋管換熱器的製造方法
2023-11-06 15:44:02 1
不用回填的地源熱泵地埋管換熱器的製造方法
【專利摘要】針對現有的技術偏見，本發明提供了一種不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，在地埋管換熱孔中的常年地下水位以下部分留空，不用回填沙土回填材料或者其他專用灌漿回填材料，即在常年靜水位以下的地埋管換熱管的進水管道與出水管道之間以及換熱管和孔壁之間不用填充回填材料，通過地下徑流水的作用，增強地埋管換熱器的換熱性能，減少了鑽孔數量，簡化了施工工序，降低了施工成本，同時節省了大量的回填材料和回填灌漿夯實的費用，社會效益和經濟效益非常明顯。
【專利說明】不用回填的地源熱泵地埋管換熱器
【技術領域】
[0001]本發明涉及土壤源熱泵空調領域，具體為一種土壤源地源熱泵地埋管換熱器。
【背景技術】
[0002]土壤源熱泵空調系統通過地埋管換熱器吸收地下土壤中的冷量和熱量，實現建築製冷供熱，比常規空調供暖系統高效節能，是一項極具發展前途的可再生能源利用新技術。
[0003]地埋管換熱器是土壤源熱泵系統特有的設施，是關係到系統建設初投資和整體運行效率的最關鍵的部分。地埋管換熱器的建設費用一般約佔系統總建設費用的20?30%，這使土壤源熱泵建設費用高於常規空調系統。由於地下土壤的恆溫性，地埋管換熱器吸收冷熱量的效率高於常規系統，這決定了土壤源熱泵空調系統具有的運行節能效果。由於地埋管換熱器的建設成本很高，對地埋管換熱器的技術改進主要體現在提高地埋管換熱器性能，降低系統建設費用。
[0004]影響地埋管換熱性能的因素除了巖土體的導熱性能外，最主要的就是孔內的地埋管形式和回填材料。現有的回填材料分為普通導熱係數的回填材料(如原漿回填)和高導熱係數的回填材料。高導熱係數的回填材料可以降低鑽孔內換熱熱阻。中國發明專利說明書CN102351475公開了一種地源熱泵專用灌漿回填材料，這種灌漿回填材料中含有金屬及其化合物組份，使導熱係數提高到2.8?5.6W/m-K。現有的提高地下埋管換熱器熱性能的手段，如上述專利文獻，都是從優化回填材料、增強回填材料的密實度等角度出發，千方百計配製導熱係數大的回填材料，千方百計提高地埋管回填材料的密實度，即使在南方地下水豐富的地方，勘測發現存在地下徑流的情況下，也沒有考慮或者很少考慮地下水對換熱器的影響，仍然是使用各種回填材料回填，並且同樣要求儘量回填密實。
[0005]地埋管換熱器一般由多個地埋管換熱孔組成，地埋管換熱孔內布置地埋管換熱管，並在地埋管換熱孔內的換熱管之間和換熱管與孔壁之間填充回填材料，迄今為止，沒有不需要回填的地埋管換熱孔。
[0006]眾所周知，水在4°C時的導熱係數為0.58 W/m-K，水在30°C時的導熱係數為0.62W/m-K，雖然在非金屬液體中，水的導熱係數最大，且其導熱係數隨溫度升高而略有增加。但是，一般回填沙土材料的導熱係數在0.9-3.8W/m-K，水的導熱係數和一般沙土回填材料相t匕，仍然要小得多，水的導熱係數太小，水不是一種合適的回填材料，所以，業內人士普遍認為，地埋管必須進行回填，即地埋管必須使用沙土等回填材料或者其他專用灌漿回填材料進行回填，回填越密實越好。
[0007]本公司通過大量的實地檢測分析證明，這是一種技術偏見。
【發明內容】
[0008]針對現有的技術偏見，本發明提供了一種不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，由多個地埋管換熱孔組成，其特徵在於，地埋管換熱孔中放置有地埋管換熱管，在常年靜水位以下的地埋管換熱孔中留空，不用填充回填材料。即地埋管換熱器一般由多個地埋管換熱孔組成，地埋管換熱孔內布置地埋管換熱管，在地埋管換熱孔內的換熱管之間或者換熱管與孔壁之間都不用填充回填材料。
[0009]在地下水位較高，存在地下徑流的情況下，如果在地埋管換熱孔中回填了回填材料，不僅沒有提高地埋管的換熱量，反而阻礙了地埋管的換熱，降低了地埋管的換熱係數，也就是減少了地埋管單位井深換熱量。
[0010]本發明的目的在於，通過在地埋管換熱孔中的常年地下水位以下部分留空，不用回填沙土回填材料或者其他專用灌漿回填材料，由此增強地埋管換熱器的換熱性能，減少了鑽孔數量，簡化了施工工序，降低了施工成本，同時節省了大量的回填材料和回填灌漿夯實的費用，社會效益和經濟效益非常明顯。
[0011]不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，由多個不用回填的地源熱泵地埋管換熱孔組成，而每個地源熱泵地埋管換熱孔，根據孔中是否有回填材料可以分成上下兩個部分。
[0012]施工中，在鑽孔洗孔工序完成後，將地埋管換熱管設置在鑽孔內，打壓檢漏合格，再進入下一步工序。
[0013]在地下水常年靜水位以下，這部分不用填充沙土等回填材料，也不用填充其他專用灌漿回填材料，地埋管換熱管的進水管道與出水管道之間是地下水而不是回填材料，鑽孔壁與地埋管換熱管之間也是地下水而不是回填材料。即地埋管換熱管設置在鑽孔內，在常年靜水位以下的地埋管換熱管不用填充回填材料。
[0014]在南方地下水量豐富的地區，一般都存在地下徑流的現象，也就是說地下水是流動的，不用回填的地源熱泵地埋管換熱孔中有地埋管換熱管和流動的地下水，與回填沙土的地埋管換熱管相比，由於沒有回填密實的沙土的阻礙作用，流動的地下水可以及時把換熱孔中的熱量帶走，從而可以加強換熱管的熱傳遞，很好地改善地埋管換熱管的換熱性能。通過我們大量的實地測試證明，存在有地下徑流的情況下，不回填的地埋管換熱器和填充密實的使用沙土回填材料的地埋管換熱器相比，單位井深換熱量大很多，從而可以減少換熱管的長度，即可以減少鑽孔數量，降低工程造價。而且，有過地埋管換熱器實際施工經驗的技術人員都知道，由於地埋管的口徑一般在110-150mm左右，和地埋管60-100米的深度比起來實在是太小了，這導致了回填非常困難，地埋管越深，回填越困難，為了達到設計要求的密實度，施工人員必須花費大量的人力物力，事實上，這部分回填材料的材料人工費用和工作不僅無效，反而降低了換熱效果，勞民傷財。
[0015]在地下水常年靜水位以上，沒有足夠的地下水參與換熱，這部分填充沙石等回填材料，或者填充其他專用灌漿回填材料，地埋管換熱管的進水管道與出水管道之間是回填材料，鑽孔壁與地埋管換熱管之間也是回填材料，要求回填儘量密實，保證換熱管道和巖土體之間的換熱效果。作為一種特殊情況，埋管位置地下水位很高，幾乎和地面持平，則上部分的回填材料和中間的擋巖土裝置都可以全部取消，整個換熱孔中都不用填充回填材料。
[0016]在地下水常年靜水位附近，設置有擋巖土裝置，施工時可以綁紮在換熱管上，或者採用其他方式固定在適當位置，主要作用是隔離上下兩部分，保證上部沙土回填材料在回填、夯實施工過程中和施工完成後不會掉落到換熱孔下部的地下水中。擋巖土裝置可以是PE、PP等有機材料，也可以是不鏽鋼網、混凝土、鋼筋混凝土、石塊、泥巴等無機材料，還可以是兩種或者多種材料的組合。擋土材料可以做成板狀、麵團狀、絲網狀、鳥窩狀等各種形狀，也可以直接使用PE管的廢料摺疊纏繞而成。
[0017]本發明的有益技術效果體現在:不用回填的地源熱泵地埋管，和常規的地源熱泵地埋管相比，不用回填沙土回填材料或者其他專用灌漿回填材料，由此增強了地埋管換熱管的換熱性能，減少了鑽孔數量，簡化了施工工序，加快了施工進度、節省了施工作業時間，降低了施工成本，同時節省了大量的回填材料和回填灌漿夯實的費用，社會效益和經濟效益非常明顯。
[0018]本發明中所述的常年靜水位，可以通過現場實測或者查找該區域的地勘資料或其他地質調查資料確定。該地源熱泵地埋管換熱器的埋管區域，一般是枯水季節的地下水的最低靜水位，在某些工程中，也可以是豐水季節的靜水位，或者年平均的地下水靜水位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明——不用回填的地源熱泵地埋管換熱器的示意圖。
[0020]在附圖中:1.地埋管換熱管的進水管道、2.地埋管換熱管的出水管道、3.沙土回填材料、4.擋巖土裝置、5.地下水、6.孔壁。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。下列【具體實施方式】中的打壓檢漏及其操作流程，是所有地埋管都應該進行的確保施工質量的技術措施，是否進行打壓檢漏都屬於本發明專利覆蓋範圍。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0022]【具體實施方式】一:不用回填的地源熱泵地埋管換熱器由多個地埋管換熱孔組成，如圖1所示，地埋管施工時，預先焊接好地源熱泵地埋管換熱管道1、2，並在換熱管道1、2中灌滿水，進行打壓檢漏合格，在換熱管道1、2的適當位置4處(在地下水5的常年靜水位處)，使用PE管的廢料摺疊纏繞成網狀的擋巖土裝置4固定在換熱管上。在鑽孔洗孔工序完成後，將預先打壓檢漏合格的地埋管換熱管1、2放置在鑽孔內，再次打壓檢漏合格。然後將沙土回填材料3灌入測試孔中，由於擋巖土裝置4的作用，回填材料3不會下沉到擋巖土裝置以下。換熱孔中，擋巖土裝置4以上部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2和回填材料3 ;擋巖土回填裝置4以下部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2，沒有回填材料3。
[0023]【具體實施方式】二:不用回填的地源熱泵地埋管換熱器由多個地埋管換熱孔組成，如圖1所示，地埋管施工時，預先焊接好地源熱泵地埋管換熱管道1、2，並在換熱管道1、2中灌滿水，進行打壓檢漏合格，在換熱管道1、2的適當位置4處(在地下水5的常年靜水位處)，使用1-2根PE管的短廢料作為擋巖土裝置4固定在換熱管上。在鑽孔洗孔工序完成後，將預先打壓檢漏合格的地埋管換熱管1、2放置在鑽孔內，再次打壓檢漏合格。然後將沙土回填材料3灌入測試孔中，由於擋巖土裝置4的作用，回填材料3不會下沉到擋巖土裝置以下。換熱孔中，擋巖土裝置4以上部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2和回填材料3 ;擋巖土回填裝置4以下部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2，沒有回填材料3。
[0024]【具體實施方式】三:作為一種不夠精確的施工方式，不用回填的地源熱泵地埋管換熱器由多個地埋管換熱孔組成，在換熱管道上沒有擋巖土裝置4。在鑽孔洗孔工序完成後，將預先打壓檢漏合格的地埋管換熱管1、2放置在鑽孔內，再次打壓檢漏合格。向換熱孔中投入泥巴團或者土塊，卡住換熱管道和孔壁，然後將沙土回填材料3灌入測試孔中，由於泥巴團或者土塊的遮擋作用，回填材料3不會下沉到擋巖土裝置以下。換熱孔中，泥巴團或者土塊以上部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2和回填材料3 ;擋巖土回填裝置4以下部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2，沒有回填材料3。
[0025]【具體實施方式】四:不用回填的地源熱泵地埋管換熱器由多個地埋管換熱孔組成，地埋管施工時，預先焊接好地源熱泵地埋管換熱管道1、2，並在換熱管道1、2中灌滿水，進行打壓檢漏合格。在鑽孔洗孔工序完成後，將預先打壓檢漏合格的地埋管換熱管1、2放置在鑽孔內，再次打壓檢漏合格。然後用一根繩子系住擋巖土裝置4，伸入到換熱孔中，下沉到適當深度(在地下水5的常年靜水位處)，再將沙土回填材料3灌入測試孔中，由於擋巖土裝置4的作用，回填材料3不會下沉到擋巖土裝置4以下。換熱孔中，擋巖土裝置4以上部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2和回填材料3 ;擋巖土回填裝置4以下部分，在換熱孔孔壁6範圍內有地埋管換熱管的進水管道
1、地埋管換熱管的出水管道2，沒有回填材料3。
[0026]【具體實施方式】五:如果埋管位置地下水位很高，幾乎和地面持平，則不用回填的地源熱泵地埋管換熱器不需要分成上下兩個部分，在地埋管施工時，預先焊接好地源熱泵地埋管換熱管道1、2，並在換熱管道1、2中灌滿水，進行打壓檢漏合格。在鑽孔洗孔工序完成後，將預先打壓檢漏合格的地埋管換熱管1、2放置在鑽孔內，再次打壓檢漏合格，然後直接封閉地埋管口。在整個換熱孔內有地埋管換熱管的進水管道1、地埋管換熱管的出水管道2，沒有回填材料3。
【權利要求】
1.不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，由多個地埋管換熱孔組成，其特徵在於，地埋管換熱孔中有地埋管換熱管。
2.根據權利要求1所述的不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，其特徵在於，地埋管換熱管設置在鑽孔內，在常年靜水位以上部分的地埋管換熱管的進水管道與出水管道之間以及地埋管換熱管道與孔壁之間填充回填材料。
3.根據權利要求1和權利要求2所述的不用回填的地源熱泵地埋管換熱器，其特徵在於，地埋管換熱管設置在鑽孔內，在常年靜水位附近有擋巖土裝置。
【文檔編號】F24J3/08GK104457028SQ201410653341
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】李明 申請人:湖南凌天科技有限公司