本實用新型為一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以改善土壤的地下徑流速度及換熱性能，尤其是適用于北方砂土層地區(qū)，具體可應(yīng)用于地源熱泵領(lǐng)域，也可以用于灌溉等其他領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，由于能源短缺及環(huán)境污染，國家大力推廣節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在此影響下，我國地源熱泵技術(shù)獲得較快發(fā)展，應(yīng)用面積已經(jīng)超過2億m²，但是近幾年來地源熱泵行業(yè)面臨一個較大的問題——換熱量衰減、地下冷熱不平衡問題突出，這個問題嚴重影響地源熱泵行業(yè)發(fā)展，很多已經(jīng)建成的地源熱泵系統(tǒng)處于系統(tǒng)臨崩潰的境地。因此，對于已經(jīng)建成的系統(tǒng)，如何改善土壤冷熱平衡是一項重要課題。

研究表明：在地下徑流速度為10^-6m/s(約30m/年)左右時，熱交換能力比無徑流時增大了約30％，綜上所述，而中國北方大部分地區(qū)，尤其地下水位較低的沙土層地區(qū)，基本上無徑流，其土壤冷熱平衡較差，所以需要通過提高地下水的徑流來提高土壤換熱量，改善土壤冷熱平衡狀況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用來改善土壤地下水徑流速度，從而提高土壤換熱效率、改善土壤冷熱平衡，其施工簡單、效果好。

本實用新型提供的一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括多個布水結(jié)構(gòu)，所述多個布水結(jié)構(gòu)通過供水管與市政水源連接，并在連接處設(shè)有可調(diào)試減壓閥和截止閥；每個布水結(jié)構(gòu)包括鉆井和置于鉆井內(nèi)的水管，所述鉆井的井口置于地表開挖回填層的底部，鉆井伸入砂土層內(nèi)；所述水管下端伸入鉆井的底部，上端伸出鉆井井口并與供水管連通，在水管上開設(shè)有多個水孔；在水管與鉆井之間回填砂礫石至地表開挖回填層以下兩米內(nèi)的位置形成砂礫石填料層，在砂礫石填充層上方繼續(xù)填充粘土球至鉆井的井口形成粘土球回填層。

本實用新型進一步的技術(shù)方案：所述鉆井采用勘察鉆機成孔，孔徑80～150mm，孔深為10m～20m。

本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案：所述供水管置于地表以下，并通過多根埋設(shè)于地表開挖回填層內(nèi)的分支供水管與每個布水結(jié)構(gòu)的水管連接；所述地表開挖回填層的深度為1～2m。

本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案：所述的粘土球回填層的頂面位于地表開挖回填層底部，粘土球回填層的厚度為1～2m。

本實用新型較優(yōu)的技術(shù)方案：所述的水管為塑料管，管徑為DN32或DN25，所述水孔分布在水管下部，為圓孔，采用梅花形均勻布置；所述分支供水管和供水管為PE或PPR管，每根分支供水管通過彎管接頭與水管采用熱熔的方式連接。

本實用新型的施工方法，具體步驟如下：

(1)根據(jù)設(shè)計要求確定每個布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置，并測量放線，根據(jù)布水結(jié)構(gòu)布設(shè)位置確定供水管的埋設(shè)線路；

(2)將布水結(jié)構(gòu)布設(shè)處以及供水管埋設(shè)線路的地表土層挖開，其挖設(shè)深度為地表以下1～2m，且大于凍土層厚度；

(3)采用勘察鉆機在布水結(jié)構(gòu)布設(shè)點鉆孔至砂土層內(nèi)形成鉆井，其孔徑為80～150mm，孔深為10m～20m；

(4)根據(jù)鉆井深度和孔徑準備水管，并在水管上分散開設(shè)有多個水孔；在鉆井內(nèi)埋設(shè)準備好的水管，所述水管的底端置于鉆井的井底，頂端露出鉆井的井口；

(5)根據(jù)設(shè)計要求埋設(shè)供水管，并將供水管與鉆井內(nèi)的水管連接；

(6)在水管外壁與鉆井內(nèi)壁之間回填砂礫石，其回填高度低于地表開挖回填層；然后在砂礫石上方繼續(xù)填充粘土球，粘土球的回填高度至鉆井井口，最后回填地表土層，將布水結(jié)構(gòu)和供水管埋設(shè)在地表開挖回填層內(nèi)；

(7)布水結(jié)構(gòu)與供水管埋設(shè)好之后，將供水管與市政水源連接，并在連接處安裝可調(diào)試減壓閥和截止閥。

上述步驟的施工順序可以根據(jù)具體施工過程變換，以確保施工的便捷和降低施工承包費用；具體施工時可以先埋供水管，再單獨施工每個布水結(jié)構(gòu)，并將每個布水結(jié)構(gòu)內(nèi)的水管與供水管連接，最后回填地表開挖土層；也可以先施工每個布水結(jié)構(gòu)的鉆井，然后埋設(shè)供水管和每個布水結(jié)構(gòu)內(nèi)的水管，并將布水結(jié)構(gòu)的水管與供水管連接，最后完成所有的回填步驟。

所述多個布水結(jié)構(gòu)可以同時施工，也可以按照先后順序逐個施工。所述每個布水結(jié)構(gòu)的水管為管徑為DN32或DN25塑料管，在水管的下部分散開設(shè)有多個梅花形布置的水孔；所述供水管為PE或PPR管，并通過多個材料相同的分支供水管與水管連接，其連接處通過彎管接頭采用熱熔的方式連接，供水管和分支供水管的管徑通過水力計算確定，因系統(tǒng)而異。步驟(6)中所述粘土球的回填高度至地表開挖回填層底部，其厚度為1.5～2.5m。所述多個布水結(jié)構(gòu)分散設(shè)置，且每144～324㎡的區(qū)域內(nèi)布置一個布水結(jié)構(gòu)。

本實用新型工作原理及使用方法：市政水源在可調(diào)式減壓閥、截止閥的控制下，通過供水管流向各系統(tǒng)的布水結(jié)構(gòu)送水，水經(jīng)過布水結(jié)構(gòu)中水管上的水孔流入砂礫石填料層，礫石填料層有很好的通水性，水繼續(xù)向周邊及地下滲透流動，在流動過程中能夠提升周邊及深處土壤的地下水徑流速度，從而達到改善土壤換熱性能的效果。粘土球回填層的作用在于阻止水溢流到地表；可調(diào)式減壓閥及截止閥的作用在于控制水源補水的壓力和流量，使整個系統(tǒng)內(nèi)維持適宜的水頭壓力及流量，保證水滲透流動的同時又不至于造成水的浪費；供水管的作用在于將各個布水結(jié)構(gòu)的水管連接起來，輸送介質(zhì)水。

本實用新型根據(jù)土壤和巖層的典型水力和傳熱特性，采用砂礫層對水管進行固定，由于砂礫層的水力傳導(dǎo)系數(shù)及表觀導(dǎo)熱系數(shù)較高，可以很容易將水輸送到砂土層內(nèi)，由于砂土層水力傳導(dǎo)系數(shù)也比較高，所以可以很容易散開，大大增加了土壤的地下水滲流速度，地下水的滲流或流動有利于地熱換熱器的傳熱，并減弱或消除土壤的熱量不平衡或者減輕熱量累積效應(yīng)；通過實驗證明，該系統(tǒng)可以大大增加地下水滲流速度，其熱交換能力比無滲流時增大了約30％，特別適用于中國北方大部分地區(qū)，尤其適合地下水位較低的砂土層地區(qū)。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實用新型中布水結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3是本實用新型的實施例圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做出進一步說明。

如圖1所示的一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，包括多個布水結(jié)構(gòu)1，所述多個布水結(jié)構(gòu)通過供水管2與市政水源連接，并在連接處設(shè)有可調(diào)試減壓閥3和截止閥4；如圖2所示，每個布水結(jié)構(gòu)1包括鉆井1-1和置于鉆井內(nèi)的水管1-2，所述鉆井1-1采用勘察鉆機成孔，孔徑80～150mm，所述鉆井1-1的井口置于地表開挖回填層5的底部，鉆井1-1伸入砂土層6內(nèi)，深度為10m～20m，所述地表開挖回填層5的深度為1～2m，且大于凍土層厚度。所述的水管1-2為塑料管，管徑為DN32或DN25，水管1-2下端伸入鉆井1-1的底部，上端伸出鉆井井口并與供水管2連通，在水管1-2下部均勻開設(shè)有多個梅花形布置的水孔1-3；在水管1-2與鉆井1-1之間回填砂礫石至地表開挖回填層5以下1～2m的位置形成砂礫石填料層7，在砂礫石填充層7上方繼續(xù)填充粘土球至鉆井1-1的井口形成粘土球回填層8，所述粘土球回填層8的厚度為1～2m。

如圖1和圖2所示，所述供水管2置于地表以下，并通過多根埋設(shè)于地表開挖回填層5內(nèi)的分支供水管2-1與每個布水結(jié)構(gòu)的水管1-2連接；所述分支供水管2-1和供水管2均為PE或PPR管，每根分支供水管2-1通過彎管接頭2-2與水管1-2采用熱熔的方式連接。

實施例：將本實用新型所述的系統(tǒng)在某項目的地源熱泵系統(tǒng)上進行了應(yīng)用，該項目的土層為砂土層，其地源熱泵系統(tǒng)散熱效果差，為了改善該項目的地源熱泵系統(tǒng)散熱效果，在該項目區(qū)域施工了本實用新型中的改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，所述項目區(qū)域的面積為583m²(共6排6列，行間距4.5m，列間距為5m)，其具體施工步驟如下：

(1)根據(jù)設(shè)計要求確定每個布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置，并測量放線，根據(jù)布水結(jié)構(gòu)布設(shè)位置確定供水管的埋設(shè)線路；如圖3所示，每個布水結(jié)構(gòu)1分布在地源熱泵換熱器9之間，一共布設(shè)了4個布水結(jié)構(gòu)，布水結(jié)構(gòu)之間距離為9m*10m；

(2)將布水結(jié)構(gòu)布設(shè)處以及供水管埋設(shè)線路的地表土層挖開，其挖設(shè)深度為2m，大于當?shù)貎鐾翆由疃龋?/p>

(3)根據(jù)布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置埋設(shè)供水管2和每個布水結(jié)構(gòu)的分支供水管2-1；供水管2的進水端預(yù)留一段與市政水源水管連接的長度，每個分支供水管2-1均與供水管2熱熔連接；

(4)在其中一個布水結(jié)構(gòu)設(shè)置點采用勘察鉆機成孔，孔徑100mm，孔深15m；

(5)根據(jù)鉆井深度和孔徑準備水管，水管為塑料管，并在水管下部均勻開設(shè)有多個梅花形布置的水孔，然后將水管插入鉆井內(nèi)，其底端插入鉆井底面，頂端露出鉆井的井口50cm左右；

(6)在水管外壁與鉆井內(nèi)壁之間回填砂礫石至地表開挖回填層以下2m的位置，然后再砂礫石上方繼續(xù)回填充粘土球，粘土球的回填高度至鉆井井口；

(7)根據(jù)設(shè)計要求將露井口的水管通過90°彎頭2-2與供水支管2-1熱熔連接，完成了這一個布水結(jié)構(gòu)的施工；

(8)按照重復(fù)步驟3至步驟(6)依次完成第二至第四個布水結(jié)構(gòu)；

(9)完成所有布水結(jié)構(gòu)的施工之后，對布水結(jié)構(gòu)以及供水管進行回填埋設(shè)，回填高度與原始地表平齊，恢復(fù)地表，然后將供水管與市政水源連接，并在連接處安裝可調(diào)試減壓閥和截止閥，通過調(diào)節(jié)閥門可控制向地下輸送的水量及壓力，實現(xiàn)對土壤下地下水徑流的影響。

該施工項目增加了本實用新型中的系統(tǒng)之后，其土壤冷熱平衡大大改善，效果明顯。