一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统技术方案

本发明专利技术涉及一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，包括埋设在岩土体中的外管、设置在外管内部的内管以及设置在外管与岩土体之间的回填材料层，内管与外管同轴设置，并且内管与外管之间设有内管支撑机构，内管的顶端设有出液管，底端开设有与外管的内部相连通的内管入口，外管的侧面顶部设有进液管。与现有技术相比，本发明专利技术通过在内管与外管之间设置内管支撑机构，对内管与外管的相对位置进行固定，避免了内管在外管中的偏移，保证了换热过程的稳定性，增强了换热效率；通过设置高导热性能的回填材料层及外管，可显著提高循环液与周围岩土体之间的传热系数；通过设置低导热系数的内管，以避免发生“热短路”问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统


[0001]本专利技术属于浅层地热利用
，涉及一种增强型嵌套式(套管或套筒)地源热泵地下换热系统。

技术介绍

[0002]地热资源量大面广，是一种清洁的可再生能源。地源热泵是浅层地热利用的重要形式之一，其是以岩土体、地下水或地表水等地热资源为低温热源，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的空调系统。研究者们普遍认为，在目前和将来，地源热泵是最有前途、最节能的空调系统。
[0003]垂直埋管地源热泵地下换热器埋设于岩土体中，是地埋管地源热泵空调系统与周围岩土体进行热交换的重要部件，显著影响地埋管地源热泵空调系统的换热效率。垂直埋管地源热泵地下换热器内的循环液与周围岩土体的换热过程依次包括：外管内的循环液(通常为水)与外管换热、外管与回填材料换热、回填材料与周围岩土体换热。
[0004]目前，垂直埋管地源热泵地下换热器的换热效率较低，主要有以下几方面的原因：
[0005]1)内管在外管中的位置不稳定，容易发生偏移而导致换热过程不稳定；
[0006]2)循环液与周围岩土体之间的传热阻力较大；
[0007]3)内管内外侧的循环介质会通过内管管壁进行热交换，产生“热短路”现象。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，能够增强地下换热系统的换热效率。
[0009]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0010]一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，该换热系统埋设在岩土体中，所述的换热系统包括埋设在岩土体中的外管、设置在外管内部的内管以及设置在外管与岩土体之间的回填材料层，所述的内管与外管同轴设置，并且所述的内管与外管之间设有内管支撑机构，所述的内管的顶端设有出液管，底端开设有与外管的内部相连通的内管入口，所述的外管的侧面顶部设有进液管。
[0011]进一步地，所述的岩土体上开设有钻孔，所述的换热系统埋设在钻孔内。
[0012]进一步地，所述的外管的顶端及底端均呈封闭状。
[0013]进一步地，所述的内管支撑机构包括多个由上而下依次设置在内管与外管之间的内管支撑组件。
[0014]进一步地，所述的内管与外管之间设有两个内管支撑组件，分别为上内管支撑组件、下内管支撑组件。
[0015]进一步地，所述的上内管支撑组件与内管顶端的之间的距离、上内管支撑组件与下内管支撑组件之间的距离、下内管支撑组件与内管底端之间的距离均相等。
[0016]进一步地，所述的内管支撑组件包括多个沿周向均匀布设在内管与外管之间的倾
斜支撑杆，所述的倾斜支撑杆的内端高于外端。
[0017]进一步地，所述的外管的内径为10
‑
15cm，壁厚为4
‑
6mm；所述的内管的内径为7
‑
10cm，壁厚为4
‑
6mm；所述的出液管的内径为3
‑
5cm，壁厚为4
‑
6mm；所述的进液管的内径为3
‑
5cm，壁厚为4
‑
6mm。
[0018]进一步地，所述的外管的导热系数为1.2
‑
2.0W/m
·
K，所述的内管的导热系数为0.1
‑
0.15W/m
·
K。
[0019]优选地，所述的外管由PVC、碳纤维材料制成，所述的内管由PVC、聚氨酯材料制成。
[0020]优选地，所述的进液管及出液管均由PVC材料制成。
[0021]进一步地，所述的回填材料层中，回填材料包括以下组分：膨润土、标准砂、碳纤维及除气水，所述的膨润土、标准砂与除气水的质量比为1:(1.8
‑
2.2):(0.9
‑
1.1)，所述的碳纤维的质量为膨润土、标准砂与除气水总质量的0.9％
‑
1.1％。通过掺入碳纤维，可显著提高回填材料的导热系数。
[0022]优选地，所述的膨润土呈粉末状，比重为2.6，密度范围为1.2
‑
1.8g/cm3，平均粒径为0.27mm；标准砂采用标准中级砂，不均匀系数为1.0，曲率系数为1.8，平均粒径为0.27mm；碳纤维为粉末状，直径为7.4μm，长度为0.15mm，长径比为20，导热系数为17.1W/m
·
K，碳纤维含碳量大于95wt％；除气水，由自来水除去水中空气而制成。
[0023]应用时，循环液经进液管进入外管内并向下流动，在流动的过程中与外管进行换热，同时外管将热量依次传递至回填材料层、岩土体中；循环液在流至外管底时，经内管入口进入内管中并向上流动，之后经出液管排出。内管支撑机构对内管进行支撑固定，保证内管与外管之间的同轴度。
[0024]本专利技术的现场施作过程为：先进行现场钻孔施工，之后将预组装的外管、内管、内管支撑机构、进液管、出液管压入钻孔中，待其达到预定位置后将回填材料注入钻孔空隙中。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0026]1)通过在内管与外管之间设置内管支撑机构，对内管与外管的相对位置进行固定，避免了内管在外管中的偏移，保证了换热过程的稳定性，增强了换热效率；
[0027]2)通过设置高导热性能的回填材料层及外管，可显著提高循环液与周围岩土体之间的传热系数，以进一步增强换热效率；通过设置低导热系数的内管，以降低循环液通过内管管壁进行的热交换，避免发生“热短路”问题；
[0028]3)现场施作简单，绿色环保。
附图说明
[0029]图1为实施例1中换热系统的俯视剖视结构示意图；
[0030]图2为实施例1中换热系统的主视剖视结构示意图；
[0031]图中标记说明：
[0032]1—岩土体、2—外管、3—内管、4—回填材料层、5—出液管、6—内管入口、7—进液管、8—钻孔、9—倾斜支撑杆。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0034]实施例1：
[0035]如图1、图2所示的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，埋设在岩土体1中，换热系统包括埋设在岩土体1中的外管2、设置在外管2内部的内管3以及设置在外管2与岩土体1之间的回填材料层4，内管3与外管2同轴设置，并且内管3与外管2之间设有内管支撑机构，内管3的顶端设有出液管5，底端开设有与外管2的内部相连通的内管入口6，外管2的侧面顶部设有进液管7。
[0036]其中，岩土体1上开设有钻孔8，换热系统埋设在钻孔8内。外管2的顶端及底端均呈封闭状。
[0037]内管支撑机构包括两个由上而下依次设置在内管3与外管2之间的内管支撑组件，分别为上内管支撑组件、下内管支撑组件。上内管支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，该换热系统埋设在岩土体(1)中，其特征在于，所述的换热系统包括埋设在岩土体(1)中的外管(2)、设置在外管(2)内部的内管(3)以及设置在外管(2)与岩土体(1)之间的回填材料层(4)，所述的内管(3)与外管(2)同轴设置，并且所述的内管(3)与外管(2)之间设有内管支撑机构，所述的内管(3)的顶端设有出液管(5)，底端开设有与外管(2)的内部相连通的内管入口(6)，所述的外管(2)的侧面顶部设有进液管(7)。2.根据权利要求1所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的岩土体(1)上开设有钻孔(8)，所述的换热系统埋设在钻孔(8)内。3.根据权利要求1所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的外管(2)的顶端及底端均呈封闭状。4.根据权利要求1所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的内管支撑机构包括多个由上而下依次设置在内管(3)与外管(2)之间的内管支撑组件。5.根据权利要求4所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的内管(3)与外管(2)之间设有两个内管支撑组件，分别为上内管支撑组件、下内管支撑组件。6.根据权利要求5所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的上内管支撑组件与内管(3)顶端的之间的距离、上内管支撑组件与下内管支撑组件之间的距离、下内管支撑组件与内管(3)底端之间的距离均相等。7.根据权利要求4所述的一种增强型嵌套式地源热泵地下换热系统，其特征在于，所述的内管...

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺华，吴亚飞，肖军华，陕耀，程国辉，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：