專利名稱：地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法及其地下?lián)Q熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用地源熱泵制熱、制冷的方法，特別是用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法及其地下?lián)Q熱器。
背景技術(shù)：
隨著國際上環(huán)保和充分利用可再生能量資源的可持續(xù)發(fā)展的大趨勢，人類越來越重視開發(fā)新的能源形式和充分利用可再生能量資源，特別是更加注重蓄能技術(shù)的應(yīng)用前景。同時，隨著傳統(tǒng)燃燒采暖形式的逐步淘汰，以土壤為基礎(chǔ)的地源熱泵(或稱土壤源熱泵)供熱供冷技術(shù)得到了極大重視和發(fā)展，特別是歐美國家已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段和逐步的大范圍應(yīng)用階段。地源熱泵使自然溫度下的地能應(yīng)用成為可能，同時也使冷暖交替應(yīng)用時附帶的蓄能利用成為可能。此外，建筑空調(diào)工程不斷興建，建筑能耗迅速增加，建筑節(jié)能也就顯得尤為重要。基于節(jié)約常規(guī)能源、充分利用可再生源，以及減少和消除環(huán)境污染，改善能源結(jié)構(gòu)。地源熱泵供熱供冷方式將成為未來最具可持續(xù)發(fā)展的綠色技術(shù)，對建筑環(huán)境采暖與空調(diào)發(fā)展進步具有革命性的意義，將推動建筑環(huán)境采暖空調(diào)的更新?lián)Q代。
地?zé)嵩礋岜门照{(diào)技術(shù)主要是利用地下常規(guī)地溫能量，主要包括地下水開放式和土壤能封閉式。前者由于造成地下水資源的破壞，已經(jīng)不被推薦使用。后者主要是利用地下?lián)Q熱系統(tǒng)實現(xiàn)冷、熱能的交換和存貯。目前國內(nèi)外常用的地?zé)嵩礋岜玫叵聯(lián)Q熱形式有水平埋管式、豎直套管式和豎直U型管式等，其中，地下豎直套管式換熱形式換熱效果較好，換熱能力為50～115w/m，盡管工程量大，投資較高，但占地面積較少，有更好的發(fā)展前景。豎直埋設(shè)式的典型結(jié)構(gòu)為在地下鉆一定深度的孔，孔內(nèi)置入套管式換熱設(shè)備或U型管式換熱設(shè)備。其中套管式換熱器，是外管(或稱換熱管)內(nèi)套裝一根內(nèi)管，形成套管形式的地下?lián)Q熱系統(tǒng)。內(nèi)管與管間環(huán)室形成換熱介質(zhì)流動回路，從而完成在地下與周遍土壤的換熱過程。由于換熱管內(nèi)介質(zhì)流經(jīng)的截面大于內(nèi)管截面。介質(zhì)換熱流速低，不利于與土壤的熱交換。并且，內(nèi)、外管采用同質(zhì)管材，存在著內(nèi)管與換熱管間介質(zhì)熱短路現(xiàn)象，使地下?lián)Q熱系統(tǒng)的進、出口溫差降低，削弱換熱效果。由于換熱能力的限制，往往需要較大數(shù)量的埋管，地下系統(tǒng)初投資較大，造價成本高。此外，有一些提高換熱能力的技術(shù)方案，如套管式換熱器中加裝導(dǎo)流片、內(nèi)管加裝保溫層、換熱管加裝翅片和加裝蓄熱袋等，由于需特殊加工、制備和安裝，局限性較大，不利于大型工程應(yīng)用和廣泛推廣應(yīng)用。因此，提高地下?lián)Q熱系統(tǒng)換熱能力和方便于工程批量應(yīng)用勢在必行。
另外，在地下?lián)Q熱器中，由于土壤型換熱方式中地下溫度是隨深度的增加上升的，根據(jù)傳熱學(xué)理論，實現(xiàn)換熱逆流是極其必要的，它將提高傳熱溫差和換熱能力。但在目前的地下?lián)Q熱系統(tǒng)中均沒顧及該問題，使制熱、制冷的兩工況均采用同一地下流向流程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為提高地下?lián)Q熱系統(tǒng)的綜合應(yīng)用水平，提供一種用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法；目的之二是為有效提高地下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱效率，而提供一種改進的套管式地下?lián)Q熱器。
本發(fā)明基于地下溫度隨著深度的加大而逐步提高的分布規(guī)律，用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法，其特征在于a.冬季制熱時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器的外管上端進入地下?lián)Q熱器，從地下?lián)Q熱器的內(nèi)管上端流出；b.夏季制冷時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器的內(nèi)管上端進入地下?lián)Q熱器，從地下?lián)Q熱器的外管上端流出。即使換熱介質(zhì)在地下?lián)Q熱界面的流向與地下溫度梯度呈逆向流動。
用于本發(fā)明交替制熱、制冷方法的地下?lián)Q熱器，主要由外管和內(nèi)管組成，內(nèi)、外管上端分別與循環(huán)系統(tǒng)管路相連通，其特征在于所述的內(nèi)管是由數(shù)根柔性管螺旋式繞制而成的螺旋芯管束，柔性管上端連通在與循環(huán)系統(tǒng)管路相連通的管束聯(lián)箱上，其下段管壁上均開有多個通孔。
本發(fā)明用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)實現(xiàn)交替制熱、制冷的方法具有以下實質(zhì)上的技術(shù)進步和優(yōu)點由于無論是制熱、制冷，均控制換熱介質(zhì)在地下?lián)Q熱界面的流向與地下溫度梯度呈逆向流動，使其熱交換介質(zhì)流向更為科學(xué)合理，因此，可明顯提高其換熱效率；用同一套地下?lián)Q熱系統(tǒng)可實現(xiàn)季節(jié)性的制熱或制冷，大大提高了設(shè)備使用率、降低投資成本。
用于本發(fā)明交替制熱、制冷方法的地下?lián)Q熱器，由于采用螺旋芯管束作為內(nèi)管，液體流動成螺旋形運動，一方面加強了流動擾動，另一方面增加流程，又由于錐型集水器上設(shè)置切向進水口，進一步加強旋流的引導(dǎo)和延續(xù)作用，使換熱管內(nèi)的旋流強度得到進一步提高和加強，使換熱能力明顯增強，提高熱交換效率。


圖1是本發(fā)明方法換熱系統(tǒng)流程示意圖；圖2是用于本發(fā)明方法的地下?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中螺旋芯管束(3)上端連接示意圖；圖4是圖2中螺旋管束(3)下端結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參照圖1、2，本發(fā)明方法換熱系統(tǒng)包括豎直式埋入地下的套管式地下?lián)Q熱器5，地下?lián)Q熱器5的內(nèi)、外管13、12上端分別與系統(tǒng)循環(huán)管路3、4相連通，管路3另一端通過閥門6、7分別與水箱2和管路4相連通，管路4另一端通過閥門8、9分別與水箱2和管路3相連通，水箱2通過水泵1與工作機入口連通；管路4末端與工作機出口連通。
本發(fā)明方法的實現(xiàn)方式是
冬季制熱時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器5的外管12上端進入地下?lián)Q熱器5，從地下?lián)Q熱器5的內(nèi)管13上端流出。即開啟系統(tǒng)中閥門6、9，關(guān)閉閥門7、8換熱介質(zhì)流程是從管路4流入地下?lián)Q熱器5的的外管12，由底部進入內(nèi)管13，從其上端流經(jīng)管路3、水箱2、水泵1進入工作機入口。
夏季制冷時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器5的內(nèi)管13上端進入地下?lián)Q熱器5，從地下?lián)Q熱器5的外管12上端流出。即開啟系統(tǒng)中閥門7、8，關(guān)閉閥門6、9換熱介質(zhì)流程是從管路3流入地下?lián)Q熱器5的的內(nèi)管13，由底部進入外管12，從其上端流經(jīng)管路4、水箱2、水泵1進入工作機入口。
參照圖2至4，用于本發(fā)明交替制熱、制冷方法的地下?lián)Q熱器，主要由外管12和置于外管12內(nèi)的螺旋芯管束13組成，螺旋芯管束13是由數(shù)根柔性管23螺旋式繞制而成，各柔性管23上端通過管接頭24、25和過度連接管19連通在管束聯(lián)箱17上，管束聯(lián)箱17的端口法蘭盤16與循環(huán)系統(tǒng)管路相連通，各柔性管23下段部4m內(nèi)管壁上均開有多個通孔27，其下端呈斜切面端口28。
為防止污物沉積堵塞，令柔性管(23)底端與外管12底端相距1.5m為宜。
螺旋芯管束3的螺距與芯管外徑比以15～25為宜。每2～3m段處采用塑料鎖扣14捆綁扎緊。柔性管23可采用熱阻較大的鋁塑管或塑膠管等。
外管12上端集水器21上設(shè)置切向端口，通過法蘭盤15與系統(tǒng)管路相連通。外管12之底端設(shè)有錐橢球形封帽11。圖中18為自動排氣閥、20為螺旋芯管束13的連接端盤、22為集水器21與外管12的連接法蘭盤。
權(quán)利要求
1.一種地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法，其特征在于a.冬季制熱時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器(5)的外管(12)上端進入地下?lián)Q熱器(5)，從地下?lián)Q熱器(5)的內(nèi)管(13)上端流出；b.夏季制冷時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器(5)的內(nèi)管(13)上端進入地下?lián)Q熱器(5)，從地下?lián)Q熱器(5)的外管(12)上端流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下?lián)Q熱系統(tǒng)交替制熱、制冷的方法，其特征在于在從地下?lián)Q熱器(5)流出的換熱介質(zhì)通過水箱(2)、水泵(1)進入工作機循環(huán)系統(tǒng)進口。
3.用于權(quán)利要求1交替制熱、制冷方法的地下?lián)Q熱器，主要由外管(12)和內(nèi)管組成，內(nèi)、外管上端分別與循環(huán)系統(tǒng)管路相連通，其特征在于所述的內(nèi)管是由數(shù)根柔性管(23)螺旋式繞制而成的螺旋芯管束(13)，柔性管(23)上端連通在與循環(huán)系統(tǒng)管路相連通的管束聯(lián)箱(17)上，其下段管壁上均開有多個通孔(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下?lián)Q熱器，其特征在于所述的螺旋芯管束(13)之各柔性管(23)的下端呈斜切面端(28)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下?lián)Q熱器，其特征在于所述的柔性管(23)上端是通過管接頭(24)、(25)和過度連接管(19)連通在管束聯(lián)箱(17)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地下?lián)Q熱器，其特征在于所述的外管(12)上端集水器(21)上設(shè)置切向進水口，通過法蘭盤(15)與系統(tǒng)管路相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、6所述的地下?lián)Q熱器，其特征在于所述的外管(12)之底端設(shè)有錐橢球形封帽(11)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)實現(xiàn)交替制熱、制冷的方法及其地下?lián)Q熱器。冬季制熱時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器的外管上端進入地下?lián)Q熱器，從地下?lián)Q熱器的內(nèi)管上端流出；夏季制冷時，換熱系統(tǒng)的換熱介質(zhì)流程是從地下?lián)Q熱器的內(nèi)管上端進入地下?lián)Q熱器，從地下?lián)Q熱器的外管上端流出。用于本發(fā)明交替制熱、制冷方法的地下?lián)Q熱器，主要由外管和置于外管內(nèi)的螺旋芯管束組成，螺旋芯管束是由數(shù)根柔性管螺旋式繞制而成。該方法實現(xiàn)了用同一地下?lián)Q熱系統(tǒng)實現(xiàn)交替制熱、制冷，提高地下?lián)Q熱系統(tǒng)的綜合應(yīng)用水平，有效提高地?zé)釗Q熱系統(tǒng)的換熱效率。
文檔編號F24J3/08GK1546926SQ20031011594
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者高青, 于鳴, 白金玉, 喬廣, 青 高 申請人:吉林大學(xué)