不用回填的地源热泵地埋管换热器
阅读：992发布：2020-05-24
专利汇可以提供不用回填的地源热泵地埋管换热器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且针对现有的技术偏见，本 发明 提供了一种不用回填的 地源 热 泵 地埋管换热器 ，在地埋管换热孔中的常年地下 水 位以下部分留空，不用回填沙土回填材料或者其他专用灌浆回填材料，即在常年静水位以下的地埋管换 热管 的进水管道与出水管道之间以及换热管和孔壁之间不用填充回填材料，通过 地下径流 水的作用，增强地埋管换热器的换热性能，减少了钻孔数量，简化了施工工序，降低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回填灌浆夯实的 费用 ，社会效益和经济效益非常明显。，下面是不用回填的地源热泵地埋管换热器专利的具体信息内容。
不用回填的地源热泵地埋管换热器
技术领域
背景技术
[0003] 地埋管换热器是土壤源热泵系统特有的设施，是关系到系统建设初投资和整体运行效率的最关键的部分。地埋管换热器的建设费用一般约占系统总建设费用的20～30%，这使土壤源热泵建设费用高于常规空调系统。由于地下土壤的恒温性，地埋管换热器吸收冷热量的效率高于常规系统，这决定了土壤源热泵空调系统具有的运行节能效果。由于地埋管换热器的建设成本很高，对地埋管换热器的技术改进主要体现在提高地埋管换热器性能，降低系统建设费用。
[0004] 影响地埋管换热性能的因素除了岩土体的导热性能外，最主要的就是孔内的地埋管形式和回填材料。现有的回填材料分为普通导热系数的回填材料（如原浆回填）和高导热系数的回填材料。高导热系数的回填材料可以降低钻孔内换热热阻。中国发明专利说明书CN102351475公开了一种地源热泵专用灌浆回填材料，这种灌浆回填材料中含有金属及其化合物组份，使导热系数提高到2.8～5. 6W/m-K。现有的提高地下埋管换热器热性能的手段，如上述专利文献，都是从优化回填材料、增强回填材料的密实度等角度出发，千方百计配制导热系数大的回填材料，千方百计提高地埋管回填材料的密实度，即使在南方地下水丰富的地方，勘测发现存在地下径流的情况下，也没有考虑或者很少考虑地下水对换热器的影响，仍然是使用各种回填材料回填，并且同样要求尽量回填密实。
[0005] 地埋管换热器一般由多个地埋管换热孔组成，地埋管换热孔内布置地埋管换热管，并在地埋管换热孔内的换热管之间和换热管与孔壁之间填充回填材料，迄今为止，没有不需要回填的地埋管换热孔。
[0006] 众所周知，水在4℃时的导热系数为0.58 W/m-K，水在30℃时的导热系数为0.62 W/m-K，虽然在非金属液体中，水的导热系数最大，且其导热系数随温度升高而略有增加。但是，一般回填沙土材料的导热系数在0.9-3.8W/m-K，水的导热系数和一般沙土回填材料相比，仍然要小得多，水的导热系数太小，水不是一种合适的回填材料，所以，业内人士普遍认为，地埋管必须进行回填，即地埋管必须使用沙土等回填材料或者其他专用灌浆回填材料进行回填，回填越密实越好。
[0007] 本公司通过大量的实地检测分析证明，这是一种技术偏见。
发明内容
[0008] 针对现有的技术偏见，本发明提供了一种不用回填的地源热泵地埋管换热器，由多个地埋管换热孔组成，其特征在于，地埋管换热孔中放置有地埋管换热管，在常年静水位以下的地埋管换热孔中留空，不用填充回填材料。即地埋管换热器一般由多个地埋管换热孔组成，地埋管换热孔内布置地埋管换热管，在地埋管换热孔内的换热管之间或者换热管与孔壁之间都不用填充回填材料。
[0009] 在地下水位较高，存在地下径流的情况下，如果在地埋管换热孔中回填了回填材料，不仅没有提高地埋管的换热量，反而阻碍了地埋管的换热，降低了地埋管的换热系数，也就是减少了地埋管单位井深换热量。
[0010] 本发明的目的在于，通过在地埋管换热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专用灌浆回填材料，由此增强地埋管换热器的换热性能，减少了钻孔数量，简化了施工工序，降低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回填灌浆夯实的费用，社会效益和经济效益非常明显。
[0011] 不用回填的地源热泵地埋管换热器，由多个不用回填的地源热泵地埋管换热孔组成，而每个地源热泵地埋管换热孔，根据孔中是否有回填材料可以分成上下两个部分。
[0012] 施工中，在钻孔洗孔工序完成后，将地埋管换热管设置在钻孔内，打压检漏合格，再进入下一步工序。
[0013] 在地下水常年静水位以下，这部分不用填充沙土等回填材料，也不用填充其他专用灌浆回填材料，地埋管换热管的进水管道与出水管道之间是地下水而不是回填材料，钻孔壁与地埋管换热管之间也是地下水而不是回填材料。即地埋管换热管设置在钻孔内，在常年静水位以下的地埋管换热管不用填充回填材料。
[0014] 在南方地下水量丰富的地区，一般都存在地下径流的现象，也就是说地下水是流动的，不用回填的地源热泵地埋管换热孔中有地埋管换热管和流动的地下水，与回填沙土的地埋管换热管相比，由于没有回填密实的沙土的阻碍作用，流动的地下水可以及时把换热孔中的热量带走，从而可以加强换热管的热传递，很好地改善地埋管换热管的换热性能。通过我们大量的实地测试证明，存在有地下径流的情况下，不回填的地埋管换热器和填充密实的使用沙土回填材料的地埋管换热器相比，单位井深换热量大很多，从而可以减少换热管的长度，即可以减少钻孔数量，降低工程造价。而且，有过地埋管换热器实际施工经验的技术人员都知道，由于地埋管的口径一般在110-150mm左右，和地埋管60-100米的深度比起来实在是太小了，这导致了回填非常困难，地埋管越深，回填越困难，为了达到设计要求的密实度，施工人员必须花费大量的人力物力，事实上，这部分回填材料的材料人工费用和工作不仅无效，反而降低了换热效果，劳民伤财。
[0015] 在地下水常年静水位以上，没有足够的地下水参与换热，这部分填充沙石等回填材料，或者填充其他专用灌浆回填材料，地埋管换热管的进水管道与出水管道之间是回填材料，钻孔壁与地埋管换热管之间也是回填材料，要求回填尽量密实，保证换热管道和岩土体之间的换热效果。作为一种特殊情况，埋管位置地下水位很高，几乎和地面持平，则上部分的回填材料和中间的挡岩土装置都可以全部取消，整个换热孔中都不用填充回填材料。
[0016] 在地下水常年静水位附近，设置有挡岩土装置，施工时可以绑扎在换热管上，或者采用其他方式固定在适当位置，主要作用是隔离上下两部分，保证上部沙土回填材料在回填、夯实施工过程中和施工完成后不会掉落到换热孔下部的地下水中。挡岩土装置可以是PE、PP等有机材料，也可以是不锈钢网、混凝土、钢筋混凝土、石块、泥巴等无机材料，还可以是两种或者多种材料的组合。挡土材料可以做成板状、面团状、丝网状、鸟窝状等各种形状，也可以直接使用PE管的废料折叠缠绕而成。
[0017] 本发明的有益技术效果体现在：不用回填的地源热泵地埋管，和常规的地源热泵地埋管相比，不用回填沙土回填材料或者其他专用灌浆回填材料，由此增强了地埋管换热管的换热性能，减少了钻孔数量，简化了施工工序，加快了施工进度、节省了施工作业时间，降低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回填灌浆夯实的费用，社会效益和经济效益非常明显。
[0018] 本发明中所述的常年静水位，可以通过现场实测或者查找该区域的地勘资料或其他地质调查资料确定。该地源热泵地埋管换热器的埋管区域，一般是枯水季节的地下水的最低静水位，在某些工程中，也可以是丰水季节的静水位，或者年平均的地下水静水位。附图说明
[0019] 图l是本发明——不用回填的地源热泵地埋管换热器的示意图。
[0020] 在附图中：1.地埋管换热管的进水管道、2.地埋管换热管的出水管道、3.沙土回填材料、4.挡岩土装置、5.地下水、6.孔壁。
具体实施方式
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下列具体实施方式中的打压检漏及其操作流程，是所有地埋管都应该进行的确保施工质量的技术措施，是否进行打压检漏都属于本发明专利覆盖范围。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022] 具体实施方式一：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成，如图l所示，地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进行打压检漏合格，在换热管道1、2的适当位置4处（在地下水5的常年静水位处），使用PE管的废料折叠缠绕成网状的挡岩土装置4固定在换热管上。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。然后将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置以下。换热孔中，挡岩土装置4以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。
[0023] 具体实施方式二：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成，如图l所示，地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进行打压检漏合格，在换热管道1、2的适当位置4处（在地下水5的常年静水位处），使用1-2根PE管的短废料作为挡岩土装置4固定在换热管上。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。然后将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置以下。换热孔中，挡岩土装置4以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。
[0024] 具体实施方式三：作为一种不够精确的施工方式，不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成，在换热管道上没有挡岩土装置4。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。向换热孔中投入泥巴团或者土块，卡住换热管道和孔壁，然后将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于泥巴团或者土块的遮挡作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置以下。换热孔中，泥巴团或者土块以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。
[0025] 具体实施方式四：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成，地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进行打压检漏合格。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。然后用一根绳子系住挡岩土装置4，伸入到换热孔中，下沉到适当深度（在地下水5的常年静水位处），再将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置4以下。换热孔中，挡岩土装置4以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。
[0026] 具体实施方式五：如果埋管位置地下水位很高，几乎和地面持平，则不用回填的地源热泵地埋管换热器不需要分成上下两个部分，在地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进行打压检漏合格。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格，然后直接封闭地埋管口。在整个换热孔内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。
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