一种用于土壤源热泵的地埋管制造技术

本发明专利技术公开了一种用于土壤源热泵的地埋管，地埋管包括圆管、进水管、出水管、隔热板，所述圆管的两个端面密封，所述隔热板沿着圆管的轴向设置在圆管内将圆管分隔成两个支管，两个支管的底部连通，两个支管的上端面分别与进水管和出水管连通，所述隔热板的中间为空气填充的空气腔。本发明专利技术利用不流动的空气的导热系数极小的原理，在圆管中采用空气层将进出水管隔开，解决了现有U形地埋管之间进出水管之间存在温差产生的热短路问题，提高了地埋管地源热泵系统的换热效率，在一定程度上可以减少钻孔数目,运用到地热源热泵系统中，可以缩小钻孔孔径，降低初投资，解决了单双U形管进回水管之间的热短路问题。

A buried pipe for ground source heat pump

The invention discloses a buried pipe for ground source heat pump. The buried pipe includes a circular pipe, an inlet pipe, an outlet pipe and a heat insulation plate. The two ends of the pipe are sealed. The heat insulation plate is arranged along the axis of the circular pipe to separate the pipe into two branches, and the bottom of the two branches is connected. The upper ends of the two branches are respectively connected with the inlet pipe and the outlet pipe. The middle of the board is an air cavity filled with air. The invention utilizes the principle of minimum thermal conductivity of non-flowing air, separates the outlet pipe by air layer in the circular pipe, solves the problem of thermal short circuit caused by temperature difference between the inlet and outlet pipes between the existing U-shaped buried pipes, improves the heat transfer efficiency of the buried pipe ground source heat pump system, reduces the number of boreholes to a certain extent, and can be applied in the geothermal source heat pump system. By reducing borehole diameter and initial investment, the problem of thermal short circuit between inlet and return pipes of single and double U-shaped pipes is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种用于土壤源热泵的地埋管
本专利技术涉及地源热泵领域，特别涉及一种用于土壤源热泵的地埋管及地源热泵系统。
技术介绍
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源形成的既可供热又可制冷的高效节能环保的空调系统，但是由于地源热泵系统的初投资较高，制约和影响着地源热泵技术的推广和发展。其中钻井费用占整个系统初投资的50％以上。目前，在地源热泵系统中，根据埋管形式的不同，一般有单U形管，双U型管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管等形式，其中U形管型应用较为广泛，孔深一般在30-150m，根据国内数据经济分析数据当埋深超过80m以后，单位埋深初投资迅速提高，在很大程度上限制了深层U形地埋管换热器的应用。U形管型钻孔直径为100-150mm，U形管直径一般为25-40mm。由于土壤源热泵地埋管换热器的进出水管内流体之间存在温差，受钻孔直径大小的限制，U形管进出水管的间距较小，进出水管之间发生热量传递，就会导致“热短路”现象，从而使地埋管换热器的换热量减小，系统的换热效率降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于土壤源热泵的地埋管及地源热泵系统，可以缩小钻孔孔径，降低初投资，解决了单双U形管进回水管之间的热短路问题。本专利技术一种用于土壤源热泵的地埋管，包括圆管、进水管、出水管、隔热板，所述圆管的两个端面密封并竖直设置在地面下，所述隔热板沿着圆管的中心轴向设置在圆管内将圆管分隔成两个支管，两个支管的底部连通，两个支管的上端面分别与进水管和出水管连通，所述隔热板的内部为空腔结构。进一步，所述隔热板的内部为气体填充的空腔。进一步，所述圆管的上端面通过地埋管盖密封，所述进水管和出水管穿出地埋管盖设置在圆管外。进一步，所述圆管的底部设有将两个支管的底部连通的连接结构。进一步，所述连接结构为设置在圆管底部的底盖。进一步，所述底盖为半球形的盖状结构，底盖的外沿与圆管的底部外沿连接，使圆管的底部形成与两个支管连通的空腔。进一步，所述地埋管为一体制作成型的。进一步，所述进水管和出水管的管径为DN10～20。进一步，隔热板内空腔的厚度为2～10mm。进一步，所述地埋管采用聚乙烯材料制成。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供一种用于土壤源热泵系统的新型地埋管，利用不流动的空气的导热系数极小的原理，在圆管中采用空气层将进出水管隔开，解决了现有U形地埋管之间进出水管之间存在温差产生的热短路问题，提高了地埋管地源热泵系统的换热效率，在一定程度上可以减少钻孔数目；2、本专利技术采用一根地埋管完成流体与土壤换热，减小了U形管之间存在的间距，缩小了钻孔直径，降低钻孔初投资。本专利技术对土壤源热泵系统具有广泛的通用性，初投资较低，有利于地源热泵的广泛使用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术地埋管的结构示意图；图2为本专利技术地源热泵系统工作原理示意图；图3为本专利技术自动控制系统流程图。具体实施方式图1为本专利技术一种用于土壤源热泵的地埋管的结构示意图，包括圆管5.6、进水管5.1、出水管5.2、隔热板5.4，圆管5.6的两个端面密封，隔热板5.4沿着圆管5.6的轴向设置在圆管5.6内将圆管5.6分隔成两个支管，两个支管的底部连通，两个支管的上端面分别与进水管5.1和出水管5.2连通，所述隔热板5.4的中间为空气填充的空气腔。在圆管中采用空气层将进出水管隔开，解决了现有U形地埋管之间进出水管之间存在温差产生的热短路问题，提高了地埋管地源热泵系统的换热效率，在一定程度上可以减少钻孔数目。本实施例中，圆管5.6的上端面通过地埋管盖5.3密封，进水管5.1和出水管5.2穿出地埋管盖5.3设置在圆管5.6外。两个支管为半圆柱形，圆管5.6为直圆管，圆形直管管径根据U形管当量直径确定，计算方法如下：采用一维简化模型，即把钻孔内的单U、双U形管假想为一根“当量管”，该当量管的外半径为：其中：n—钻孔根数，对于单U形管，n＝2；对于双U形管，n＝4。目前单U形管常采用DN32，双U形管常采用DN25。根据上述公式，圆管5.6的直径确定在45mm-60mm。本实施例中，圆管5.6的底部设有半球形的底盖5.5，两个支管的底部通过半球形的底盖5.5连通。进水管5.1和出水管5.2的进出水口在同一水平面，循环流体进出口方向根据进出口两侧土壤温差确定。地埋管盖5.3与圆管5.6通过热熔密封。本实施例中，地埋管采用聚乙烯材料制成。采用聚乙烯材料，密度较高，导热系数也较高，当然也可以采用其他导热系数比较高的材料。本实施例中，进水管5.1和出水管5.2的管径为DN10～20,优选为DN15，圆管5.6的管径为60mm。进出水管相对于隔热板5.4对称，与圆管5.6的上端面通过热熔的方式密封。本实施例中，所述隔热板5.4内空气腔的厚度为2～10mm，优选为5～8mm，达到隔热效果。空气层厚度通过ANSYS软件对地埋管换热器部分在理想状态下进口流体温度、进口流体速度等条件下对空气层厚度进行定性分析，确定圆管5.6内最佳空气层厚度。空气腔通过隔热板5.4密封制作。本实施例中，地埋管为一体制作成型的。即圆管5.6、进水管5.1、出水管5.2、隔热板5.4，是一体成型的，当然，下部的半球形的底盖5.5也是一体成型的。如图2所示本专利技术地源热泵系统工作原理示意图，其中1为热泵机组，2为换热器，温度传感器分别对称设置在钻孔两侧，用于检测进水管侧和出水管侧的土壤温差，根据运行时间通过自动控制系统改变循环流体流动方向。地埋管设置在地面以下，用一个盖子将地埋管主体盖住，进出水口在同一水平面，连接至换热器2。图3为本专利技术自动控制系统流程图，自动控制系统包括第一止回阀3、第一水泵4、第二止回阀6、第二水泵7，所述地埋管的进水管5.1通过第一止回阀3、第一水泵4连接至换热器2的出口，所述地埋管的出水管5.2通过第二止回阀6和第二水泵7连接至换热器2的进口。在新型地埋管安装前在钻孔20m以下每隔10m对称布置温度传感器；监测地源热泵运行过程中钻孔两侧土壤温度，由于进水管5.1与出水管5.2流体与周围土壤换热效率存在差异，导致进水管5.1侧土壤温度高于出水管5.2侧土壤温度，当进水管5.1侧土壤温度高于出水管5.2侧土壤温度0.1时，通过自动控制系统中水泵和止回阀改变循环流体流动方向，即改变流体进出口。自动控制系统通过对温度传感器的土壤温度数据进行分析，当圆管5.6左侧土壤温度高于右侧土壤温度0.1摄氏度时，打开第一水泵4，第一止回阀3自动关闭，关闭第二水泵7，第二止回阀6打开，循环流体方向改变。由于管群很多选取一根新型地埋管进行模拟，进水管5.1处温度为a，出水管5.2处温度为b,当a-b大于0.1时，关闭第二水泵7和第一止回阀3，打开第一水泵4和第二止回阀6，转换进出水管的功能，结果可得在一定范围内，进出水管变换相同，可减少温度传感器的安装投放量，节约经济成本，相比现在普遍存在的地埋管导热情况而言，土壤换热效率会明显提升，减少钻孔数量和深度，让大部分换热过程在浅层地层完成。埋管区一般具有多个钻孔，都是以管群的形式存在，在管群中选择具有代表性的钻孔来监测土壤温度。采用本装置可以在一个钻孔内减少温度传感器的布置数量，从而减少初投资。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：包括圆管、进水管、出水管、隔热板，所述圆管的两个端面密封并竖直设置在地面下，所述隔热板沿着圆管的中心轴向设置在圆管内将圆管分隔成两个支管，两个支管的底部连通，两个支管的上端面分别与进水管和出水管连通，所述隔热板的内部为空腔结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：包括圆管、进水管、出水管、隔热板，所述圆管的两个端面密封并竖直设置在地面下，所述隔热板沿着圆管的中心轴向设置在圆管内将圆管分隔成两个支管，两个支管的底部连通，两个支管的上端面分别与进水管和出水管连通，所述隔热板的内部为空腔结构。2.根据权利要求1所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述隔热板的内部为气体填充的空腔。3.根据权利要求1所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述圆管的上端面通过地埋管盖密封，所述进水管和出水管穿出地埋管盖设置在圆管外。4.根据权利要求3所述的用于土壤源热泵的地埋管，其特征在于：所述圆管的底部设有将两个支管的底部连通的连接结构。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张甫仁，于洋，陶嘉祥，彭清元，朱世保，刘刚，王丹，
申请(专利权)人：重庆交通大学，重庆南江建设工程公司，重庆能源职业学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50