專利名稱：地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬空調(diào)節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域，尤其是涉及一種地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置技術(shù)。
發(fā)明背景地球表面水源和土壤是一個(gè)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(shí)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(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)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(dāng)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(duì)水體生態(tài)環(huán)境的影響等問題，使其應(yīng)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(shè)土壤換熱器來實(shí)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(shí)系統(tǒng)逆向運(yùn)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(diǎn)，同時(shí)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?zé)釗Q熱裝置可用作土壤埋管式熱泵系統(tǒng)的一個(gè)前端耦合部分，通常，按埋地?fù)Q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(duì)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，采用高承壓聚乙烯塑料U型管時(shí)相應(yīng)的地孔鉆掘費(fèi)用及相關(guān)材料費(fèi)用增加，螺旋管占地面積小，投資相對(duì)較小，但需要開挖，換熱效果不及垂直埋管，介于前兩者之間，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)一般適用于面積比較小的居住類單體建筑，在大型工程中應(yīng)用相對(duì)困難。
例如中國(guó)專利ZL200420015826.7公開了一種采用地下淺層埋管汲取熱源的“淺層土壤地溫水源熱泵”，該裝置由熱泵機(jī)組和配置供水泵的循環(huán)水管及串接于循環(huán)水管中水平埋設(shè)于地下的地溫?fù)Q熱管組成，利用地溫?fù)Q熱管取代打豎井及在孔中埋設(shè)塑料管換熱器為水源熱泵提供水源，以解決現(xiàn)行水源熱泵回灌困難及造成地下水資源丟失的問題。由于該裝置采用了水平埋設(shè)于地下的淺層埋管地溫?fù)Q熱管，使得該裝置極易受地表環(huán)境溫度的影響，裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性較差，裝置的施工影響面積和地下占地面積較大，開挖施工還對(duì)地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成不利的影響，因此，只適用于使用設(shè)置要求較低、應(yīng)用面積較小的居住類單體建筑和建筑密度較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，不適合在建筑面積密度較大的城市和大型工程中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種換熱性能受地面環(huán)境溫度影響小而穩(wěn)定、能擴(kuò)大單位面積上地?zé)釗Q熱能量級(jí)別、并適用于大中型空調(diào)節(jié)能工程應(yīng)用的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，使得其在土壤換熱器設(shè)置深度加深的同時(shí)，其地下部分結(jié)構(gòu)的施工簡(jiǎn)便，施工影響面積或占地面積減小，同時(shí)，裝置能適合于在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，與現(xiàn)有對(duì)應(yīng)的埋地管淺層水平埋管技術(shù)相比應(yīng)能降低施工費(fèi)用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對(duì)地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。
本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，采用地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，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?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)，地下水庫(kù)經(jīng)埋地管連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入地?zé)釗Q熱循環(huán)回路。
所述的地下水庫(kù)經(jīng)埋地管的連通，可以是一個(gè)地下水庫(kù)的上、下水層間經(jīng)分隔后設(shè)置換熱埋地管的相互連通、或是一個(gè)以上的地下水庫(kù)間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。所述的埋地管可以是直線管的、或是曲線管。所述的埋地管是經(jīng)非開挖方式埋設(shè)的，其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米。所述的埋地管表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。所述的所述的載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲(chǔ)能材料液態(tài)流體。所述的埋地管可所述的載熱介質(zhì)的液體可是水、或礦物質(zhì)溶液、或乳化液。所述的埋地管可所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源。所述的地下水庫(kù)的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲(chǔ)水層的深度。所述的一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)是經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫(kù)。采暖模式下，所述的蒸發(fā)器及制冷時(shí)冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫(kù)循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補(bǔ)償。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是由于采用了地下水庫(kù)與埋地管組合的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，可使得換熱器設(shè)置深度加深，裝置受地面環(huán)境溫度的影響減小，單位面積上儲(chǔ)能容量得到大幅度增加，因而可適合于大中型建筑節(jié)能工程的應(yīng)用，并且，由于其地下結(jié)構(gòu)可適于采用非開挖方式進(jìn)行深層施工作業(yè)，使得施工較為簡(jiǎn)單，與對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有淺層水平埋管技術(shù)相比，施工影響面積或占地面積減小，同時(shí)，裝置能適合在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，能減少施工費(fèi)用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對(duì)地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。


圖1是本實(shí)用新型地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中地下水庫(kù)采用螺旋盤管型曲線連通換熱埋地管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是地下水庫(kù)、埋地管及連接管道的實(shí)施例平面連接示意圖。
具體實(shí)施方式
按圖1所示，本實(shí)用新型地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置實(shí)施例之一由埋地管1、地下水庫(kù)2、載熱介質(zhì)3、循環(huán)管路4、循環(huán)泵5、換熱單元6、儲(chǔ)能水箱7、保濕滲水管8等組成，其中，循環(huán)管路4中包括除污裝置411、溫度傳感器412、流量調(diào)節(jié)閥413、流量計(jì)414等組成。土壤換熱器部分包括了埋地管和地下水庫(kù)。
地下水庫(kù)包括一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)，可采用經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫(kù)。地下水庫(kù)經(jīng)埋地管連通，是指一個(gè)地下水庫(kù)2的上下水層間經(jīng)圖2中所示的分隔板201分隔后設(shè)置換熱埋地管1的相互連通、或是指經(jīng)圖3中所示的一個(gè)以上的地下水庫(kù)間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。對(duì)于單個(gè)地下水庫(kù)，埋地管的相互連通是指上、下層間經(jīng)直線埋地管或曲線埋地管方式的相互連通，對(duì)于一個(gè)以上的地下水庫(kù)，是指地下水庫(kù)間經(jīng)直線埋地管或曲線埋地管方式的相互連通。埋地管設(shè)置在地下水庫(kù)的供水與回水管口附近，冷、熱液流管是循環(huán)管路的一部分，載熱介質(zhì)分別經(jīng)通入地下水庫(kù)底部或頂部的冷、熱液流管流入換熱循環(huán)回路，從而形成如圖1所示的一個(gè)初級(jí)地?zé)釗Q熱的循環(huán)回路，所述的換熱循環(huán)回路可以設(shè)置在地面或地下安裝室的建筑結(jié)構(gòu)中。
初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路包括埋地管1、地下水庫(kù)2、載熱介質(zhì)3、初級(jí)循環(huán)管路4、初級(jí)循環(huán)泵5、換熱單元或其偶合端6等，初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還可連接儲(chǔ)能水箱7；次級(jí)換熱循環(huán)回路包括換熱單元的另一個(gè)偶合端6、次級(jí)循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、次級(jí)循環(huán)管路等，換熱裝置的循環(huán)換熱是通過初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中的初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)、以及與初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路相偶合的次級(jí)換熱循環(huán)回路中的循環(huán)換熱這兩個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)的，其中，上述兩個(gè)換熱循環(huán)回路中的換熱單元、循環(huán)泵和循環(huán)管路都可設(shè)置在地面或地下。
埋地管可采用金屬管或塑料管，表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料，金屬管的表面可經(jīng)金屬化學(xué)鍍或金屬表面涂塑等防腐處理，此外，也可采用高分子材料如高壓聚乙烯的螺紋管等。所述的埋地管是采用非開挖方式如水平鉆管方式埋設(shè)的，施工中先通過挖掘或爆炸成形的方法形成地下水庫(kù)，然后，利用地下水庫(kù)的空間設(shè)置小型非開挖水平導(dǎo)向埋管鉆機(jī)，完成埋地管的非開挖埋管施工，埋地管間其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米，最佳的相鄰間隔A為3到4米，具體根據(jù)土壤組成與地下的濕度控制條件而決定，一般地下埋設(shè)層的濕度狀況下，如選擇埋地管的間隔為3米，可以取得較好的換熱效率。地下水庫(kù)的最佳設(shè)置深度是距地表G以下第一儲(chǔ)水層的深度H左右，以取得巖土換熱層較理想的換熱濕度，此外，埋地管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設(shè)置吸水保濕填料，當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)水層較深時(shí)，可在埋地管換熱影響區(qū)內(nèi)可按一定的間隔距離夯壓或鉆管設(shè)置保濕滲水管8，定時(shí)從地面灌水用于保持埋地管設(shè)置深度上換熱影響區(qū)域的傳熱濕度，以利于提高地?zé)釗Q熱的效率。
參見圖3所示給出了多個(gè)地下水庫(kù)、埋地管及連接管道之間的的一個(gè)平面連接示意圖，通常，地下水庫(kù)的供水與回水管口最適合分別設(shè)置在其頂端或底端附近，除了在每個(gè)地下水庫(kù)的供水與回水管口附近設(shè)置埋地管外，相鄰的地下水庫(kù)之間也可水平設(shè)置換熱連通埋地管，多個(gè)地下水庫(kù)可組成地下水庫(kù)的矩陣排列，由于采用了爆炸成形的地下固壁水庫(kù)，其相互間的換熱連通埋地管設(shè)置施工便可以利用地下水庫(kù)的容積空間，經(jīng)設(shè)置小型的非開挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)與頂管或拉管實(shí)現(xiàn)埋管施工，并且，從地下水庫(kù)引出的換熱連通埋地管的鉆進(jìn)與埋管可以采用直線管連通、或曲線管如圓弧型或螺旋盤管型(Φ)的曲線連通(參見圖2)，后者可使得土壤換熱器的換熱容量大大增加。又參見圖3地下水庫(kù)可先經(jīng)地面輸送管道作串接、并接或者混合連接后再與循環(huán)回路相連接。
地?zé)釗Q熱循環(huán)回路可設(shè)置在地下安裝室中，以免除建筑占地與地面環(huán)境溫度等對(duì)裝置保溫的不良影響，有利于通過土壤層等的隔聲與隔熱保溫性能屏蔽循環(huán)泵工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲并提高換熱裝置的換熱效率，與現(xiàn)有設(shè)置在地面的地下水循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置相比可以最大限度地降低換熱效率損耗。循環(huán)泵可以采用潛水泵或抽水泵，當(dāng)采用潛水泵時(shí)，最有利于降低工作噪聲和摩擦散熱，有利于延長(zhǎng)泵的工作壽命與裝置的可靠性。
換熱單元包括一個(gè)或一個(gè)以上的換熱單元。換熱單元可包括換熱器、散熱器、蒸發(fā)器、冷凝器和熱泵，換熱單元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(fēng)機(jī)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。
所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路可以是開式的的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中可帶有儲(chǔ)存地表能源的儲(chǔ)能水箱。參見圖1所示，當(dāng)?shù)叵滤畮?kù)與循環(huán)回路間的初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路采用開式的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路時(shí)，初級(jí)的地?zé)釗Q熱循環(huán)閉式回路中可帶有儲(chǔ)存地表能源的儲(chǔ)能水箱7，地下水庫(kù)中的載熱介質(zhì)經(jīng)抽水泵儲(chǔ)入開式的儲(chǔ)能水箱7后，可在重力作用下回流進(jìn)行換熱循環(huán)、或可通過設(shè)置增壓泵將載熱介質(zhì)進(jìn)行回灌。當(dāng)?shù)叵滤畮?kù)與循環(huán)回路間采用閉式換熱回路時(shí)，其循環(huán)回路中可帶有排氣閥與儲(chǔ)能罐。
所述的載熱介質(zhì)可以采用人工儲(chǔ)入地下水庫(kù)的地表水、或是礦物質(zhì)溶液、或是乳化液等載熱介質(zhì)。循環(huán)泵可以采用抽水泵，當(dāng)載熱介質(zhì)為液體或液體中含有固態(tài)相變儲(chǔ)能材料液態(tài)流體時(shí)，抽水泵可采用蠕動(dòng)泵，這樣便可不破壞其中的固態(tài)相變儲(chǔ)能材料。
所述的地?zé)釗Q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(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源，以此進(jìn)一步提升為高位的能量源供作終級(jí)裝置使用。采暖模式下，蒸發(fā)器及制冷時(shí)冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫(kù)循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補(bǔ)償，因此，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還可帶有加熱水箱。地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源。
采暖模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下水庫(kù)上端的上層水層經(jīng)熱液流管或循環(huán)管道輸向地面G，經(jīng)地面的換熱單元換熱后流回相同或不同的地下水庫(kù)下端底部；制冷模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下水庫(kù)下端的下層水層經(jīng)冷液流管或循環(huán)管道輸向地面G，經(jīng)地面的換熱單元換出冷量后流回相同或不同的地下水庫(kù)的上部。如此，通過換熱循環(huán)不斷地送出地下的可再生能源。
儲(chǔ)入載熱介質(zhì)時(shí)，可以根據(jù)不同的地表資源，譬如利用地面反季節(jié)使用的載熱介質(zhì)預(yù)先經(jīng)季節(jié)自然環(huán)境溫度調(diào)溫后儲(chǔ)能輸入地下水庫(kù)中，例如，夏季可經(jīng)電控開關(guān)閥K切換后從地下水庫(kù)的底部取水上送供制冷，其開式的地表能源儲(chǔ)能水箱7內(nèi)儲(chǔ)備的大量夏季熱水可回灌送入地下水庫(kù)的上層水層供作反季節(jié)時(shí)利用，冬季時(shí)相反，可抽取地下水庫(kù)上層的熱水供作采暖熱源，將其地表能源儲(chǔ)能水箱7內(nèi)儲(chǔ)備的大量冬季冰水回灌送入地下水庫(kù)的底層水層供作反季節(jié)時(shí)利用，為了更有效的利用地下水庫(kù)儲(chǔ)存冷熱資源，還可采用多個(gè)地下子水庫(kù)進(jìn)行冷熱分類隔離儲(chǔ)存，如此，可最大程度地反季節(jié)利用地表季節(jié)性天然能源資源。
權(quán)利要求1.地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，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?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)，地下水庫(kù)經(jīng)埋地管連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入地?zé)釗Q熱循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的地下水庫(kù)經(jīng)埋地管的連通，可以是一個(gè)地下水庫(kù)的上、下水層間經(jīng)分隔后設(shè)置換熱埋地管的相互連通、或是一個(gè)以上的地下水庫(kù)間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管可以是直線管的、或是曲線管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管是經(jīng)非開挖方式埋設(shè)的，其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，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(chǔ)能材料液態(tài)流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管可所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的地下水庫(kù)的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲(chǔ)水層的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)是經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫(kù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，采暖模式下，所述的蒸發(fā)器及制冷時(shí)冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫(kù)循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補(bǔ)償。
專利摘要采用地下水庫(kù)式地?zé)釗Q能裝置，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?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個(gè)或一個(gè)以上的地下水庫(kù)，地下水庫(kù)經(jīng)埋地管相互連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入換熱循環(huán)回路。由于采用了地下水庫(kù)與埋地管組合的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，可使得換熱器設(shè)置深度加深，裝置受地面環(huán)境溫度的影響減小，單位面積上儲(chǔ)能容量得到大幅度增加，因而可適合于大中型建筑節(jié)能工程的應(yīng)用，并且，由于其地下結(jié)構(gòu)可適于采用非開挖方式進(jìn)行深層施工作業(yè)，使得施工較為簡(jiǎn)單，與對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有淺層水平埋管技術(shù)相比，施工影響面積或占地面積減小，同時(shí)，裝置能適合在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，能減少施工費(fèi)用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對(duì)地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。
文檔編號(hào)F25B30/06GK2800177SQ200520040449
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:潘戈