專利名稱：加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，屬于能源領域和空調技 術領域。
背景技術：
及發(fā)明原理
土壤源熱泵，是一種實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的可再生能源，因其節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)
濟等優(yōu)點而被國際暖通空調組織認為是最有發(fā)展前圖的空調方式之一。自發(fā)明
以來經(jīng)過不斷實踐，使其在技術上不斷成熟，但作為新技術，而且關聯(lián)著地質、
水文等多學科領域，其技術成熟度在應用和研究過程中還有待不斷完善。其應
用受限止的一個不利特征利用鉆孔周圍巖土及水份中的熱量，容易造成能量
集聚，長時間運行會使能源井孔周圍溫度場越來越不利于換熱取能，影響效率。
而地下水滲流是影響地源熱泵換熱效率的一個動態(tài)因素，而且也能改善地
下能量集聚和冬夏負荷不平衡。地下水滲流，在地源熱泵所利用的地球表層巖
土中都或多或少地存在。地下水滲流動對地源熱泵換熱器的換熱能力影響是很
大的，根據(jù)我國最近出版的地源熱泵專著《地源熱泵的設計與應用》(呂悅、馬
最良等編)的研究結果當?shù)叵滤魉贋?0米/年時，即10—Sm/s時，豎埋管換 熱器的換熱能力比無滲流時增大約30%，可見地下水流速的增大對換熱能力的 提高意義重大。地下水滲流對土壤換熱器的影響從長期來看；能夠帶走因冬夏 負荷不平衡而在地下集聚的能量，使土壤源熱泵在使用在地域上不受限制，而 且充分利用。
但地源熱泵發(fā)展至今，對地下水滲流的影響由不認識到認識，但只是被動 地接受，并沒有積極地利用。本新技術即是積極利用地下水滲流的地源熱泵技 術。另一方而，土壤源熱泵發(fā)明至今，埋管形式并沒有實質性的變化。岡形的 鉆孔是否對換熱有利？由于從造價的考慮，豎埋管鉆孔不可能很大，迎常的鉆
孔是比110mm大一些的孔徑，這么小的孔徑使兩根溫度不同的兩根地埋換熱貨 之間發(fā)生熱傳遞，造成熱短路，這己是研究人員所共知并證實，根據(jù)研究資料 顯示短路的換熱損失在20%以上。并且目前改進回填材料的導熱能力是地源熱 泵的發(fā)展方向，也將會使熱短路更加嚴重。并且埋深越大熱損越大。另外從實 際施工看，由于回填材料都難以回填密實，通常在長時間地壓作用下，鉆孔會 縮徑，更進一步減小了兩管間距，因此圓形鉆孔造成的熱短路是嚴重的。這也 正是堅埋管換熱器長時間運行的換熱能力偏低(資料數(shù)據(jù)取熱為25W/m)的 一個重要原因。而且也是資料顯示的樁埋管比土壤回填埋管換熱能力大很多的 原因之一 (樁埋管回填的是混凝土，鉆孔不縮徑，兩管間距不縮小，有利于減 小熱短路)。為了減小熱短路損失，現(xiàn)有發(fā)明地熱彈簧，把兩管在鉆孔內(nèi)盡可 能分開，但很明顯不能從根本上解決問題，而且當回填材料不密實時，鉆孔縮 徑會使地熱彈簧可能失去應有的作用。要從根本解決這個問題，只有改變鉆孔 幾何形狀。改變地熱鉆孔機器。

發(fā)明內(nèi)容
加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)
內(nèi)容一、在土壤源熱泵的地埋管附近(5—1000米)，增設地下水抽水井(O, 地下水從水井(1)中抽出后，利用距離水井遠的一側的地埋管鉆孔(9)進行 回灌，保證全面加速地埋管所利用的巖土中的地下水，回灌地下水的鉆孔(9) 采用滲水性好的材料回填，如石子等；并且保證水井(1)和回灌井孔(9)距 離地埋管鉆孔群(6)適當遠的距離(大于5米)，使地下水能流經(jīng)地埋管群土 壤之外較遠的土壤，利用更多巖土中的熱量。
內(nèi)容二、必要時采用空調熱泵裝置(4)提取抽灌的地下水中的能量，及增設蓄水池(3)的辦法調節(jié)空調負荷高峰，這種方式有利于大量減少土壤源熱泵 屮熱源井孔的設計數(shù)量，是一種土壤源熱泵為主，地下水源熱泵為輔的混合系 統(tǒng)。
內(nèi)容三、本發(fā)明提出土壤源熱泵的豎直地埋管鉆孔(6)和(9)的鉆孔形
式為扁長形鉆孔，斷面長寬比大于1.1: 1，使豎埋管沿長邊布置，保證進出水 兩支管(5)距離盡可能分開遠離；同時使鉆孔長邊方向垂直于地下水流動方向， 本發(fā)明同時提出一種并排多鉆頭的鉆機，可以鉆出扁長形鉆孔。 實現(xiàn)形式
1、 在水平埋管或豎直埋管的土壤源熱泵的換熱巖土附近(最好不要為地下 水自然流動的上水側)，增設加速地下水流動的地下水抽水井1，抽水并l為獨
立水井，設在地埋管鉆孔群6附近適當寧距離5—1000米，使循環(huán)的地下水盡 可能流經(jīng)較多的巖土，換取更多的巖土中的熱量；但同時又保證地埋管巖土中 的地下水有理想的經(jīng)濟流速。抽水井的井徑、井深及所利用的地水水層，根據(jù) 工程實際的抽水量、地層中的地下水設計滲流速度等設計。
回灌井9是與地埋管熱源鉆孔的合用形式，抽出的地下水經(jīng)過埋在地下水 的水管，蓄水池、除沙器3等裝置，最后由埋設在回灌鉆孔中的回灌水管7灌 入抽出的地層中；抽水井1和回灌井孔9的位置，最好設在地埋管冷熱源巖土 的兩側，或是抽水井l設在中間，回灌井孔9設在外圍等具體形式。采用水泵2 抽取地下水在換熱巖土的另一側利用回灌鉆孔9回灌入地下，加快換熱巖土中 的地下水滲流速度，提高換熱效率和巖土利用率。
2、 另一方面，可以提取抽灌的地下水中的能量，及必要時增設蓄水池3的 辦法調節(jié)空調負荷高峰，這種方式有利于大量減少土壤源熱源井孔6的設計數(shù) 量，是一種土壤源熱泵為主，地下水源熱泵為輔的混合系統(tǒng)。當?shù)叵滤坎蛔?時，可以不依賴地下水取能，而只利用其循環(huán)流動來強化換熱和調節(jié)負荷高峰的作用，另處還能起到加速平衡地源熱泵屮冬更不平衡的負荷。當?shù)叵滤?較低時，也可以利用回灌的辦法提高地下水水位，有利于捉A淺層巖土的含水 量，提高淺層巖土的換熱能力。
3、把堅直埋管土壤源熱泵的鉆孔6和9，由圓形孔改進為扁長形孔扁長 形鉆孔的長寬比在l.l: 1以上，且鉆孔的長徑垂直于地下水流動的方向。本發(fā) 明同時提出 一種并排多鉆頭的鉆機，可以鉆出扁長形鉆孔。


附圖1為加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)圖示。
附圖標記1—地下水抽水井；2—水泵；3—蓄水池；4—熱泵機組；5—U 型地埋管；6—地埋管換熱器鉆孔;7—地下水回灌管；8—U型管換熱器主干管； 9—地下水回灌及地埋管換熱器合用鉆孔。
權利要求
1、加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，包括地下水水井(1)、水泵(2)、地埋管土壤源熱泵系統(tǒng)，和地下水蓄水池及除沙器(3)；其特征在于利用地埋管換熱器的鉆孔(9)作為地下水的回灌井孔，使抽取的地下水由地埋管換熱鉆孔(9)內(nèi)的回灌水管(7)灌入抽出的含水層，目的在于加速地埋管換熱巖土中的地下水流動，提高地埋管換熱器(6、9)的換熱效率，并可以提取地下水中的能量利用，成為地下水與地埋管復合的土壤源熱泵系統(tǒng)；本發(fā)明提出土壤源熱泵的豎直地埋管鉆孔(6)和(9)的鉆孔形式改進為扁長形鉆孔，同時提出一種并排多鉆頭的鉆機，可以鉆出扁長形鉆孔。
2、 根據(jù)權利要求l所述的加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征 還在于地下水從水井(1)中抽出.后，利用距離水井遠的一側的地埋管鉆孔(9) 進行回灌，保證全面加速地埋管所利用的巖土中的地下水滲流，回灌地下水的 鉆孔(9)采用滲水性好的材料回填，如石子等；并且保證水井(1)和回灌井 孔(9)距離地埋管鉆孔群(6)適當遠的距離(大于5米)，使地下水能流經(jīng)地 埋管群土壤之外較遠的土壤，利用更多巖土中的熱量。
3、根據(jù)權利要求1所述的加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，其特 征還在于用空調裝置(4)提取抽灌的地下水中的能量，及必要時增設蓄水池(3) 的辦法調節(jié)空調負荷高峰，這種方式有利于大量減少土壤源熱泵中熱源井 孔的設計數(shù)量，是一種土壤源熱泵為主，地下水源熱泵為輔的混合系統(tǒng)。
4、根據(jù)權利要求i所述的加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，其特征 還在于本發(fā)明提出土壤源熱泵的豎直地埋管鉆孔(6)和(9)的鉆孔形式為扁長形鉆孔，斷面長寬比大于1.1: 1，使豎埋管沿長邊布置，保證進出水兩支 管(5)距離盡可能分開遠離；同時使鉆孔長邊方向垂直于地下水流動方向，本 發(fā)明同時提出一種并排多鉆頭的鉆機，可以鉆出扁長形鉆孔。
全文摘要
加速地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)，它涉及一種利用地下水水井抽灌地下水來加速地埋管換熱巖土中的地下水流動的復合土壤源熱泵系統(tǒng)。該方式是這樣實現(xiàn)的通過地下水水井抽取地下水，再利土壤源熱泵的地埋管鉆孔回灌入地下，一方面可以加速土壤源熱泵的熱源巖土中的地下水流速，提高地埋管換熱能力，利用更多巖土中的熱量；另一方面可以提取抽灌的地下水中的熱量，使系統(tǒng)形式為地下水與地埋管復合的地源熱泵系統(tǒng)。本發(fā)明還提出地埋管鉆孔由圓形改進為扁長形鉆孔。
文檔編號F24J3/08GK101285628SQ20071009081
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權日2007年4月9日
發(fā)明者王慶鵬 申請人:王慶鵬