專利名稱：埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬空調(diào)節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域，尤其是涉及一種土壤埋管式的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置技術(shù)及用途。
背景技術(shù)：
地球表面水源和土壤是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層地能，包括地下水、地壤、或地表水等的既可供熱又可制冷的高效建筑節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，通過輸入少量的高品位電能，可實現(xiàn)低溫位能量向高溫位能量的轉(zhuǎn)移，其中，水源熱泵是利用了地球表面或淺層水源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，當之無愧地成為可再生能源一種形式。水源熱泵技術(shù)利用地下水以及地表水源的過程當中，因存在地下水回灌的成本問題和地表水受環(huán)境溫度影響較大以及換熱對水體生態(tài)環(huán)境的影響等問題，使其應用受到了一定的限制。
土壤埋管式熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的又一種方式，通過埋設土壤換熱器來實現(xiàn)載熱介質(zhì)與巖壤的換熱，如在冬季供熱過程中，載熱介質(zhì)從地下收集熱量，再通過系統(tǒng)把熱量帶到室內(nèi)；夏季制冷時系統(tǒng)逆向運行，即從室內(nèi)帶走熱量，再通過系統(tǒng)將熱量送到地下巖土中。因此，土壤埋管式熱泵系統(tǒng)保持了地下水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點，同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)，是一種具有更大發(fā)展前途的可持續(xù)發(fā)展建筑節(jié)能新技術(shù)，埋地管式循環(huán)地熱換熱裝置可用作土壤埋管式熱泵系統(tǒng)的一個前端耦合部分，通常，按埋地換熱器埋管方式分為水平埋管、垂直埋管及螺旋盤管，這種地源熱泵系統(tǒng)對土壤換熱器的材質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求比較高，其中，水平埋管占地面積較大，需要開挖，因此埋管深度淺，受地表氣溫、太陽輻射等因素影響較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性低；垂直埋管受地表環(huán)境溫度影響小，但埋管深，采用以U形管狀垂直安裝在豎井或套管之中的高承壓聚乙烯塑料垂直埋管時相應的地孔鉆掘費用及相關(guān)材料費用增加，螺旋盤管占地面積小，投資相對較小，但需要開挖，換熱效果介于前兩者之間，不如垂直埋管，由于土壤埋管式熱泵系統(tǒng)投資較其它地源熱泵方式要高，所以這種系統(tǒng)一般僅適用于面積比較小的居住類單體建筑，在大型工程中應用相對困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于空調(diào)節(jié)能的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，使之能比現(xiàn)有的U型管垂直埋管技術(shù)施工更快、更簡易，對材質(zhì)及施工地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求有所降低，施工費用與成本比現(xiàn)有技術(shù)要降低，使用適應范圍與功能比現(xiàn)有技術(shù)要擴大，同時，循環(huán)地熱換熱裝置不能擠占過多的土地面積。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，采用一種埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地熱換熱循環(huán)回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有內(nèi)管的的埋地回流套管，地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)經(jīng)埋地管的內(nèi)管或內(nèi)外管夾層從地面流入至埋地回流套管底部后、再經(jīng)內(nèi)外管夾層或內(nèi)管回流至地面形成地下回流循環(huán)。所述的埋地管的內(nèi)管在外管中的固持可是經(jīng)夾持架、或是經(jīng)帶液流通孔的夾持圓環(huán)片等的固持。所述的埋地管可采用經(jīng)金屬化學鍍或表面金屬涂塑的防腐處理的金屬管制成。所述的載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體。所述的載熱介質(zhì)的液體可是水、或礦物質(zhì)溶液、或乳化液。所述的埋地管可是單根或是多根，后者的布置可是線型或是矩陣型等，其最佳相鄰間隔為4到6米。所述的埋地管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設置吸水保濕填料，埋地管間可設置保濕滲水管。所述的地熱換熱循環(huán)回路中可帶有加熱水箱及儲能水箱。所述的地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源。
利用上述埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的一個用途，其特征在于，所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的埋地管豎置時可設置在地基建筑面積之內(nèi)的土壤中兼作地面建筑的地樁。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于采用埋地管是外管中固持有內(nèi)管的的埋地回流套管，使之可適合于通過直徑較小的單管垂直鉆進或夯壓埋管等方式進行埋地換熱器的快速施工，因而，可以免除進行開挖埋管，施工量減少，且與對應的U型管垂直埋管現(xiàn)有技術(shù)相比，埋管施工對土壤換熱器的材質(zhì)及施工地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求都有較大降低，施工費用與相關(guān)材料費用也相應降低，而循環(huán)地熱換熱裝置的工程適應范圍得到擴大。除此之外，采用埋地管豎置時可設置在地面建筑面積內(nèi)、或可兼作建筑的輔助地樁，因而可以降低建筑樁基成本，同時免除相當部分的大中型循環(huán)地熱換熱裝置因擠占過多占地面積的應用限制。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的地熱換熱循環(huán)回路連接示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中埋地回流套管的內(nèi)、外管設置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中埋地回流套管的內(nèi)、外管與聯(lián)匯管連接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2的俯視剖面圖；圖5是圖3的的俯視剖面圖；圖6是本發(fā)明實施例的回流套管式埋地管兼做建筑的輔助地樁時埋設位置與相互連接的示意圖。
具體實施例方式按圖1所示，本發(fā)明埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置實施例之一由埋地管1、換熱單元2、循環(huán)泵3、循環(huán)管路4、保濕滲水管5與載熱介質(zhì)等組成。其中，埋地管采用如圖2所示的其外管中固持有內(nèi)管的埋地回流套管，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管111、外管112、固持架113和與外管焊接連接的錐頂114，除此之外，埋地管間還經(jīng)聯(lián)匯管115相互連接，循環(huán)管路4中包括除污裝置411、流量調(diào)節(jié)閥412、溫度傳感器413、流量計414與儲能器415等。埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、循環(huán)管路等組成閉式的地熱換熱循環(huán)回路。
按圖3所示，埋地管與聯(lián)匯管間可采用內(nèi)管與聯(lián)匯管焊接連接，外管可與聯(lián)匯管分體制造后經(jīng)焊接連接、或一體制造成如圖所示的三通末端，各埋地管的三通末端間再經(jīng)連接管螺紋連接或經(jīng)快卸接頭與連接管形成相互連接。地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)經(jīng)埋地管的內(nèi)管或內(nèi)外管夾層從地面流入至埋地回流套管底部后、再經(jīng)內(nèi)外管夾層或內(nèi)管回流至地面形成地下回流循環(huán)；埋地管的內(nèi)管在外管中的固持可是經(jīng)夾持架、或是經(jīng)帶載熱介質(zhì)液流通孔的夾持圓環(huán)片等的固持，如固持架可是圖4所示的抱軸式的夾持架、或是圖5所示的帶載熱介質(zhì)液流環(huán)狀流通孔的軸套式夾持圓環(huán)片、或是利用聯(lián)匯等管的管壁或管的端壁進行夾持的其他固持結(jié)構(gòu)。埋地管可設置成由多根豎置管經(jīng)打入地下組成的矩型埋地管矩陣，埋地管可采用經(jīng)金屬化學鍍或表面金屬涂塑的防腐處理的金屬管制成。
載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體。所述的載熱介質(zhì)的液體可是水、或礦物質(zhì)溶液、或乳化液。埋地管除了多根也可以是單根，采用多根埋地管時參見圖1及圖6，其各埋地管之間在地面上的連接可以是串接或形成分組串接后再并接的混合連接，除此之外也可以是并接，其埋設分布可以根據(jù)建筑物的地基形狀等因素任意組合進行設計。
采用多根埋地管連接時，其布置可是線型或是矩陣型(參見圖6)等，其最佳相鄰間隔A為4到6米。埋地管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設置吸水保濕填料，埋地管間可設置保濕滲水管5，經(jīng)其連接管道511連接引出后供作從接管口處向土壤換熱影響區(qū)定期注水，并經(jīng)土壤濕度監(jiān)測以保持良好的傳熱濕度。初級地熱換熱循環(huán)回路與連接換熱單元另一個偶合端的次級換熱回路中還可帶加太陽能等輔助能源的熱水箱及儲能水箱，以便將經(jīng)換熱后的載熱介質(zhì)進一步經(jīng)加熱水箱加熱升溫或儲能，以供其終端裝置使用，此外，也可在一定時間段內(nèi)，將進行循環(huán)換熱后的熱量用儲能水箱儲存起來，供另一時間段內(nèi)使用，起移峰填谷的調(diào)節(jié)作用。
如圖1所示，換熱單元采用了空調(diào)機組的冷凝器或蒸發(fā)器，換熱單元也可以是散熱器如采暖用的散熱片、或是冷卻器如制冷用的風機盤管、或是換熱器如板式或板翅式的液-液或液-氣換熱器，其選用根據(jù)載熱介質(zhì)被用作熱源或冷源而定。地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源，以此進一步提升為高位的能量源供作終級裝置使用。
埋地管豎置埋設時換熱效果最佳，但也可采用斜置鉆進或夯壓埋設，例如當遇到埋設深度內(nèi)含有較難鉆進或夯壓施工的硬質(zhì)巖土層時，可部分或全部選擇采用斜置埋設處理。換熱循環(huán)回路除了閉式的循環(huán)回路還可以是開式的循環(huán)回路，閉式循環(huán)回路的管路中可帶或不帶壓力。
本發(fā)明埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的又一個實施例是利用回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的埋地管構(gòu)成建筑地樁或輔助地樁的另一個用途，按圖6所示，建筑地基6包括樁基611與墻基612，當采用回流套管式埋地管豎置時，可將其設置在地面建筑面積內(nèi)的土壤中，以充分利用地基以下的土壤空間，將安裝后的埋地管與地基澆成一體，使之成為建筑地樁或輔助的建筑地樁，露出地基面的部分作聯(lián)匯連接，如圖6中所示的B點為連接循環(huán)地熱換熱裝置中埋地管的出液端，C點為埋地管的進液端，回流套管式埋地管在此也可以兼做建筑的輔助地樁，因而，這種其埋地使用方法可以免除相當一部分大中型空調(diào)節(jié)能工程中因循環(huán)地熱換熱裝置占取過多土地面積的應用限制，有利于充分利用寶貴的土地建筑面積。
權(quán)利要求
1.埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地熱換熱循環(huán)回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有內(nèi)管的的埋地回流套管，地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)經(jīng)埋地管的內(nèi)管或內(nèi)外管夾層從地面流入至埋地回流套管底部后、再經(jīng)內(nèi)外管夾層或內(nèi)管回流至地面形成地下回流循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的埋地管的內(nèi)管在外管中的固持可是經(jīng)夾持架、或是經(jīng)帶液流通孔的夾持圓環(huán)片等的固持。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的埋地管可采用經(jīng)金屬化學鍍或表面金屬涂塑的防腐處理的金屬管制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的載熱介質(zhì)的液體可是水、或礦物質(zhì)溶液、或乳化液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的埋地管可是單根或是多根，后者的布置可是線型或是矩陣型等，其最佳相鄰間隔為4到6米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4中任意一項所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的埋地管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設置吸水保濕填料，埋地管間可設置保濕滲水管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的地熱換熱循環(huán)回路中可帶有加熱水箱及儲能水箱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，其特征在于，所述的地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源。
10.利用上述埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的一個用途，其特征在于，所述的埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置的埋地管豎置時可設置在地基建筑面積之內(nèi)的土壤中兼作地面建筑的地樁。
全文摘要
采用一種埋地回流套管式循環(huán)地熱換熱裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地熱換熱循環(huán)回路，其特征在于，所述的埋地管是外管中固持有內(nèi)管的埋地回流套管，地熱換熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)經(jīng)埋地管的內(nèi)管或內(nèi)外管夾層從地面流入至埋地回流套管底部后、再經(jīng)內(nèi)外管夾層或內(nèi)管回流至地面形成地下回流循環(huán)。由于采用埋地管是外管中固持有內(nèi)管的埋地回流套管，使之可適合于通過直徑較小的單管垂直鉆進或夯壓埋管等方式進行埋地換熱器的快速施工，因而，可以免除進行開挖埋管，施工量減少，且與對應的U型管垂直埋管現(xiàn)有技術(shù)相比，埋管施工對土壤換熱器的材質(zhì)及施工地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求都有較大降低，施工費用與相關(guān)材料費用也相應降低，而循環(huán)地熱換熱裝置的工程適應范圍得到擴大。除此之外，采用埋地管豎置時可設置在地面建筑面積內(nèi)、或可兼作建筑的輔助地樁，因而可以降低建筑樁基成本，同時免除相當部分的大中型循環(huán)地熱換熱裝置因擠占過多占地面積的應用限制。
文檔編號F24F5/00GK1840984SQ20051002468
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者潘戈 申請人:潘戈