本發(fā)明涉及地源熱泵工程技術(shù)領(lǐng)域中豎直地埋管換熱器的一種可以提高換熱性能的新型技術(shù)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)背景：

地源熱泵系統(tǒng)(ground-sourec heat pump system)是以淺層巖土體或地下水為低溫?zé)嵩矗蔁岜脵C(jī)組子系統(tǒng)、地?zé)崮芙粨Q子系統(tǒng)、建筑物內(nèi)供熱空調(diào)子系統(tǒng)三部分構(gòu)成。而根據(jù)地?zé)崮芙粨Q子系統(tǒng)形式的不同，可分為地埋管換熱、地下水換熱、地表水換熱三種形式。對(duì)于地埋管換熱根據(jù)管路設(shè)置方式可分為水平地埋管換熱器和豎直地埋管換熱器，豎直地埋管換熱器是在豎直的鉆孔內(nèi)埋設(shè)的，絕大部分埋管式地源熱泵都是采用豎直埋管方式，因?yàn)樗?jié)省占地面積，而且換熱能力都比水平地埋管換熱器更高。

目前規(guī)范^[1]和資料^[2]以及實(shí)際工程中所應(yīng)用的豎直地埋管換熱器孔中都僅僅是設(shè)置換熱器本身，而沒(méi)有地下水滲透的功能結(jié)構(gòu)，所有的設(shè)計(jì)都建立在熱傳導(dǎo)原理以及確定了巖土體導(dǎo)熱系數(shù)和容積比熱容基礎(chǔ)之上。進(jìn)一步深入研究地埋管換熱器的結(jié)構(gòu)、傳熱機(jī)理是地源熱泵工程技術(shù)界的主要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對(duì)目前的狀況，本發(fā)明豎直地埋管換熱器增設(shè)地下水滲透提高換熱性能的結(jié)構(gòu)可以較大的提高豎直地埋管區(qū)域內(nèi)的換熱能力，也就是使地源熱泵系統(tǒng)的供冷或供熱能力增加，同時(shí)也使地源熱泵系統(tǒng)的綜合能耗降低，經(jīng)濟(jì)性提高。

本發(fā)明專利是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：研制了豎直地埋管換熱器增設(shè)地下水滲透的復(fù)合技術(shù)結(jié)構(gòu)，其特征包括以下構(gòu)件與連接方式：在豎直地埋管換熱器C內(nèi)增設(shè)了地下水滲透的結(jié)構(gòu)，滲透水豎管A，在豎管A上有出水孔B，地下水井E，井E內(nèi)裝有潛水泵SP，在地源熱泵機(jī)房?jī)?nèi)有加壓泵JP，連接潛水泵SP，加壓泵JP，各滲透水豎管的管道SG，在加壓泵JP的出口管道SG上設(shè)有壓力表Y，溫度計(jì)F，流量計(jì)G，調(diào)節(jié)閥K，構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立循環(huán)的滲透水子系統(tǒng)。原有的豎直地埋管換熱器C，豎直地埋管換熱器循環(huán)水管道DG，循環(huán)水泵P，地源熱泵機(jī)組DP都保持不變。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， 潛水泵SP抽取地下水經(jīng)管道SG送入加壓泵JP后經(jīng)管道SG送入各個(gè)豎直滲透水管A，經(jīng)管A上的出水孔B滲透進(jìn)入地下土壤層，在土壤層內(nèi)一部分隨地下水原來(lái)徑流方向流向下游，一部分回流到水井E。

與單獨(dú)的地埋管換熱器的傳熱性能比較，本發(fā)明專利的優(yōu)越性是：1、使單獨(dú)的地埋管換熱器換熱能力提高20％-50％，單獨(dú)的地埋管換熱器與土壤的換熱主要是熱傳導(dǎo)過(guò)程，但是影響地埋管換熱器換熱性能的因素較多，除了沿地埋管豎直方向巖土體熱物性以外，地下水的流動(dòng)，土壤的含濕量梯度造成的滲透流動(dòng)，對(duì)地埋管換熱器換熱性能影響很大。本發(fā)明提高了地埋管埋設(shè)區(qū)域內(nèi)的含濕量梯度，加速滲透流動(dòng)滲透水還向土壤層輸入了新的冷熱源，從而提高了原豎直地埋管換熱器的換熱性能。2、使原地埋管換熱器子系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性提高，根據(jù)工程實(shí)例，新增設(shè)的地下水滲透子系統(tǒng)的成本僅是原豎直地埋管換熱器子系統(tǒng)成本的10％-15％，而換熱能力提高20％-50％，所以經(jīng)濟(jì)性提高。3、新增設(shè)的地下水滲透子系統(tǒng)的施工并不比原單獨(dú)的地埋管換熱器子系統(tǒng)復(fù)雜，便于實(shí)施。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明專利的實(shí)施方式：豎直地埋管換熱器增設(shè)地下水滲透提高換熱性能的技術(shù)結(jié)構(gòu)，其特征在于主要包括以下部件及連接方式：滲透水豎管A是本發(fā)明專利獨(dú)自具有的關(guān)鍵構(gòu)件，是選用高強(qiáng)度耐腐蝕的塑料管材，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PPR)、聚丁烯(PB)等管材均可，管公稱直徑DN20～DN32，在管A滲透深度范圍內(nèi)鉆有多個(gè)出水孔B，孔徑2-4mm，數(shù)量十幾個(gè)至幾十個(gè)，可以在豎直管A的滲透區(qū)段內(nèi)均勻布置，也可以根據(jù)地下土壤層的結(jié)構(gòu)非均勻布置，距離地面最近處的孔應(yīng)在抽水井的動(dòng)水位深度以下。滲透水豎管A綁扎在豎直地埋管換熱器的管上與其同時(shí)埋設(shè)到鉆孔內(nèi)即可，施工很方便。并非每一個(gè)豎直地埋管換熱器內(nèi)都必須設(shè)有一根豎直滲透管A，也可以使?jié)B透管A數(shù)量少于地埋換熱器C的數(shù)量，比較均勻的配置即可。每一個(gè)豎直滲透管A的設(shè)計(jì)滲透水量為0.2m³/h～1m³/h，如果地下水井E的出水量充足使?jié)B透水量再大些效果更好。

地下水井E是提供滲透水源，與常規(guī)的地下水井結(jié)構(gòu)施工方法相同。地下水井E可以是1個(gè)或多個(gè)，設(shè)置的位置應(yīng)距豎直地埋管換熱器區(qū)域大于50m最好。如果工程 區(qū)域有限也可以近一些，或者在區(qū)域內(nèi)也可以的。

潛水泵SP和加壓泵JP與常規(guī)泵相同，只要能保證設(shè)計(jì)流量和壓力即可，連接管道SG與地埋管換熱器子系統(tǒng)的連接管道DG設(shè)計(jì)施工方法相同，不在贅述。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明專利的工藝系統(tǒng)原理圖

圖2是本發(fā)明專利的單孔結(jié)構(gòu)圖

圖中：A——滲透水豎管 B——管A上的出水孔

C——地埋管U型換熱器 E——地下水井

SP——水井內(nèi)潛水泵 JP——加壓泵

SG——連接管道 Y——壓力表

F——溫度計(jì) G——流量計(jì)

K——調(diào)節(jié)閥 d——出水孔直徑

DP——地源熱泵機(jī)組 P——地源熱泵的循環(huán)水泵

DG——地埋管換熱器循環(huán)水管道

參考文獻(xiàn)：

〔1〕地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范(2009年版)

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB50366-2005)

〔2〕中國(guó)地源熱泵發(fā)展研究報(bào)告(2013)

可再生能源蓄能技術(shù)在低能耗建筑的應(yīng)用課題組稿，徐偉主編

中國(guó)建筑工業(yè)出版社