一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构技术方案

本实用新型专利技术提供了一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构，其通过对地埋进水管、地埋出水管以及U型弯管接头的结构改善，从地埋管换热器由进至出的流通通道中的多个环节上缓解了降低换热效率的促发因素，延长了地埋管换热器的使用寿命，增强了地埋管换热器的换热性能，从而提高了地埋管换热器管内水流与地热资源之间的换热效率。将本实用新型专利技术的地埋管换热器结构应用在地源热泵空调系统中，能够帮助提高地源热泵空调系统的能效，降低系统能耗和故障率，从而有效解决现有的地埋管换热器结构容易导致地源热泵空调系统换热效率低、故障率较高、能效较低、节能效益不显著等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构
本技术涉及空调及供热
，具体涉及一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构。
技术介绍
随着经济的发展和人们生活水平的提高，公共建筑和住宅的供暖和空调已经成为普遍的要求。作为中国传统供热的燃煤锅炉不仅能源利用率低，而且还会给大气造成严重的污染，因此在一些城市中燃煤锅炉在被逐步淘汰，而燃油、燃气锅炉则运行费用很高。地源热泵空调系统就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。地源热泵空调系统，是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统，是中央空调系统的一种。系统中地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能)，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡，具有节能环保的优点。地源热泵空调系统的主要结构如图1所示，其主要由地源热泵机组1、空调末端11和地埋管换热器12构成，三者之间靠水或空气作为换热介质进行热量的传递，由地埋管换热循环泵2驱动地源热泵机组I与地埋管换热器12之间的换热介质循环，由空调换热循环泵10驱动地源热泵机组I与空调末端11之间的换热介质循环；其中，地源热泵机组I与地埋管换热器12之间换热介质为水，与建筑物内的空调末端11换热介质可以是水或空气。地源热泵空调系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行液-汽转化的循环；在地埋管换热循环泵的驱动下，由室外的地埋管换热器吸收地下水或土壤里的热量，通过地源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将地埋管换热器的水路循环中的热量吸收至冷媒中；在空调换热循环泵的驱动下，在冷媒循环的同时，空调末端再通过冷媒-空气热交换器内冷媒的冷凝，通过空气循环将冷媒所携带的热量吸收；在地下的热量不断转移至室内的过程中，通过室内的空调末端向室内供暖。地源热泵空调系统在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环；在空调换热循环泵的驱动下，空调末端通过冷媒-空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒-水热交换器内冷媒的冷凝；在地埋管换热循环泵的驱动下，由地源热泵机组与地埋管换热器之间的循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外的地埋管换热器将热量转移至地下水或土壤里；在室内热量通过空调末端、地源热泵机组和地埋管换热器不断转移至地下的过程中，通过空调末端的冷媒-空气热交换器，以冷风的形式为室内供冷。但是，在现有的地源热泵空调系统研究中，往往主要关注地源热泵机组与地埋管换热器之间和空调末端之间的换热效能问题，而对于地埋管换热器的换热效能研究并不多见。目前的地埋管换热器结构通常较为简单，如图1所示，通常将地埋进水管4、地埋出水管6竖直并行排列地埋入地下，地埋进水管4和地埋出水管6之间通过管卡9相互固定，以地埋进水管4和地埋出水管6的上端管口分别作为地埋管换热器的进水口和出水口，地埋进水管4和地埋出水管6的下端通过U型弯管5相连通，即构成地埋管换热器12 ;在地埋出水管6高近地面的异端管体上通常还设有保温套8用以保温；其地埋进水管4、地埋出水管6通常采用普通的PE (聚乙烯)管道，而其U型弯管5也通常采用与地埋进水管4、地埋出水管6相同口径的PE弯管。一方面，普通PE管光滑的内壁不利于促进管内水流与管外的地下水或土壤进行换热。另一方面，在地埋管换热器敷设过程和电、热熔接管过程中，管道中难免会进入泥沙及管材碎屑，同时在长期的运行过程中，地埋管换热器底部同样会积累水中的杂质、污垢等，由于地埋管换热器的地埋进水管、地埋出水管高度一般为80-100米，且一般采用DN32和DN25的PE管，管径较小，管内运行流速通常在0.4m/s^0.6m/s范围内，堵塞物体很难由借助水流从地埋出水管流出地面，最终容易因U型弯管积累过多杂质而影响地埋管换热器水流循环的整体流速，同时也容易引起地源热泵空调系统频繁出现故障。根据《地源热泵工程技术规范(GB-50366-2009年版)》，规定了地源热泵空调系统中的地埋管换热器最低循环流速为0.4m/s，当低于此流速时，地埋管换热器内由于流速过低，管壁处于层流状态，将严重制约换热效果，同时层流态增大了系统阻力，加之地埋进水管、地埋出水管光滑的内壁换热效果较差，系统阻力大，最终导致地源热泵空调系统全年多处于低负荷状态下运行，换热效率低，甚至因地热管换热器完全阻塞导致其寿命缩短。从而在地源热泵全寿命周期内，导致出现能效较低、故障率较高、节能效益不显著等问题。同时地热管换热器中U型弯管积累杂质的问题也容易造成其管道阻塞，进而缩短了 地热管换热器的使用寿命。地埋管换热器建设初投资较大，一般情况下，布建地埋管换热器的钻孔打井费用及管材、回填等费用，总计在I万元左右。因此，如何延长地埋管换热器的使用寿命、增强其换热能效，是地源热泵空调技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本技术的目的在于提供一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构，以通过结构改善，延长地埋管换热器的使用寿命，并使得地埋管换热器的换热性能得以增强，能够提高其管内水流与地热资源之间的换热效率，以解决现有的地埋管换热器结构容易导致地源热泵空调系统换热效率低、故障率较高、能效较低、节能效益不显著等问题。为解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术手段:一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构，包括地埋进水管、地埋出水管和U型弯管接头；所述地埋进水管和地埋出水管的上端管口分别作为地埋管换热器的进水口和出水口，地埋进水管和地埋出水管的下端分别与U型弯管接头的进水端口和出水端口相连通，且地埋进水管和地埋出水管之间通过管卡相互固定；所述地埋进水管和地埋出水管的内壁上均顺其延伸方向设置有导流凹槽；所述U型弯管接头的下部具有一通径大于地埋进水管和地埋出水管内径的容置腔室，所述容置腔室的一侧通过进水通道连通至U型弯管接头的进水端口，另一侧通过出水通道连通至U型弯管接头的出水端口，容置腔室的底面呈下凹的弧面，且容置腔室底面上靠近出水通道一侧具有一从容置腔室底面向上延伸的阻挡壁；所述进水通道和出水通道之间位于容置腔室上方的位置还设有连通通道。作为上述地源热泵空调系统的地埋管换热器结构基础上的一种优选方案，所述地埋进水管和地埋出水管的内壁上的导流凹槽为沿其管道延伸方向设置的纵向凹槽。作为上述地源热泵空调系统的地埋管换热器结构基础上的另一种优选方案，所述地埋进水管和地埋出水管的内壁上的导流凹槽为顺其管道延伸方向螺旋设置的螺旋凹槽。作为上述地源热泵空调系统的地埋管换热器结构基础上的一种优选方案，所述U型弯管接头的容置腔室底面上靠近出水通道一侧的阻挡壁的纵向截面呈上小下大的三角形或梯形状。相比于现有技术，本技术具有以下有益效果:1、本技术地源热泵空调系统的地埋管换热器结构中，在地埋进水管和地埋出水管的内壁上顺其延伸方向设置导流凹槽，对管内水流导流，通过内壁上导流凹槽对流体导流使得流体的层流层变薄、湍流强度增大，从而增大了水流与管壁之间的传热系数，并增加水流与管壁的换热接触面积，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构，包括地埋进水管、地埋出水管和U型弯管接头；所述地埋进水管和地埋出水管的上端管口分别作为地埋管换热器的进水口和出水口，地埋进水管和地埋出水管的下端分别与U型弯管接头的进水端口和出水端口相连通，且地埋进水管和地埋出水管之间通过管卡相互固定；其特征在于：所述地埋进水管和地埋出水管的内壁上均顺其延伸方向设置有导流凹槽；所述U型弯管接头的下部具有一通径大于地埋进水管和地埋出水管内径的容置腔室，所述容置腔室的一侧通过进水通道连通至U型弯管接头的进水端口，另一侧通过出水通道连通至U型弯管接头的出水端口，容置腔室的底面呈下凹的弧面，且容置腔室底面上靠近出水通道一侧具有一从容置腔室底面向上延伸的阻挡壁；所述进水通道和出水通道之间位于容置腔室上方的位置还设有连通通道。

【技术特征摘要】
1.一种地源热泵空调系统的地埋管换热器结构，包括地埋进水管、地埋出水管和U型弯管接头；所述地埋进水管和地埋出水管的上端管口分别作为地埋管换热器的进水口和出水口，地埋进水管和地埋出水管的下端分别与U型弯管接头的进水端口和出水端口相连通，且地埋进水管和地埋出水管之间通过管卡相互固定；其特征在于: 所述地埋进水管和地埋出水管的内壁上均顺其延伸方向设置有导流凹槽； 所述U型弯管接头的下部具有一通径大于地埋进水管和地埋出水管内径的容置腔室，所述容置腔室的一侧通过进水通道连通至U型弯管接头的进水端口，另一侧通过出水通道连通至U型弯管接头的出水端口，容置腔室的底面呈下凹的弧面，且容置腔室底...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金华，韩浩然，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆;85