[發(fā)明專利]地源熱泵豎埋管換熱器技術

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910136616.0
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101886851A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 王慶鵬
• 申請（專利權）人: 王慶鵬
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08;F28F21/02;F28F21/00;C04B28/00;F25B30/06;C04B14/02;C04B14/06
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明為地源熱泵豎埋管換熱器技術，屬于能源、材料和空調技術領域。

背景技術

地下埋管換熱的地源熱泵系統(tǒng)，被稱為21世紀的一項以節(jié)能和環(huán)保為特征的最具有發(fā)展前途的空調技術，豎埋管換熱器是最普遍最常用的形式。地源熱泵豎埋管換熱器，是地源熱泵的核心，是地源熱泵的冷熱源獲取效率所在。不僅決定著機組系統(tǒng)的能效，而且決定地下巖土能量的利用率。進而決定了初投資和運行費用。地源熱泵地下各部分的換熱熱阻是這個問題的根本，地下巖土體在鉆孔以外的熱阻幾乎無法改變，我們可以控制可改變是鉆孔內熱阻部分的大小。根據(jù)研究表明，(目前技術情況下)通常鉆孔內熱阻占地下?lián)Q熱器熱阻的一半，哪么地源熱泵豎埋管換熱器的技術成熟程度就取決于鉆孔內熱阻的最小化程度。本技術即是本著這一目標而產(chǎn)生。

目前的鉆孔1內技術有，鉆孔1內進出水管2、3采用導熱性能較好的高分子材料(HDPE)，盡可能增大埋管間距采用地熱彈簧分管，提高鉆孔1內的回填材料4的導熱性能，采用導熱性較好的沙土配方。提高鉆孔1內的回填材料4的導熱性能，采用膨潤土、沙石等混合，據(jù)報道國外最高能達到2--3W/M·S，但配比復雜，操作不易。常規(guī)回填材料4的導熱系數(shù)在1.0W/M·S。雖然HDPE管道材料的導熱系數(shù)在高分子材料中是高的，但也只有0.45W/M·S，對換熱來說仍然是采用的不良熱導體，其所占地下?lián)Q熱總熱阻的比例也不小。但同時豎埋管換熱存在進出水管2、3的熱回流，或叫熱短路，隨著管材和回填材料4導熱性能的增加將加大。因此這是一對矛盾的問題，從理論計算來看，如果在現(xiàn)有的鉆孔內材料的導熱系數(shù)提高一倍，但帶來的換熱結果卻并不一定會增加。目前工程應用中豎埋管埋深在40--120米之間，隨著埋管埋深的增加，熱回流問題會加重，因此，對于深埋管來說避免熱回流問題更為重要。

發(fā)明內容及具體實施方式

基于現(xiàn)在地源熱泵豎埋管換熱器技術目前的現(xiàn)狀，本發(fā)明內容概括為：一方面加入導熱助劑增大鉆孔內換熱管材及回填材料4的導熱性能，使用袋式布管器，充分合理布管使埋管的當量直徑盡可能大；另一方面采用絕熱管材減小存在熱回流管道的傳熱性能，減小熱回流。具體內如下：

豎埋管換熱器的進水管2、出水管3中兩者之一(而且只有其一)的部分管段或全部管段：采用導熱系數(shù)小于0.3W/M·S的可熱熔接的復合材料管道或復合結構管道。豎埋管換熱器的進水管2、出水管3中兩者之一(而且只有其一)采用導熱系數(shù)大于0.5W/M·S的可熱熔接的復合材料管道。鉆孔回填材料4是：采用石墨或導熱碳黑兩者中至少一種的質量含量為0.1-5％，其它成份中包含沙或石的材料；或者采用質量份數(shù)為0.1-50％的石墨粉末或導熱碳黑，與粘合材料(例如水泥)、沙或細石子混合后造粒，再用這種顆粒材料或與其它材料的混合材料。地源熱泵豎埋管換熱器還包括袋式布管器5，使U型管或蛛狀管的換熱管道與袋式布管器通長均勻附著，采用袋式布管器布管使豎埋管充分均勻分開，且袋式布管器的斷面周長大于地埋管鉆孔斷面周長1-20％；鉆孔回填材料4回填在袋式布管器5內。

導熱系數(shù)小于0.3W/M·S的可熱熔接的復合材料管道，其實現(xiàn)方式之一是PE材料與導熱系數(shù)較小的材料復合，如與PVC材料復合，并在管道接頭熱熔接處采用HDPE高含量管段；或者管道外側采用HDPE內側采用低導熱性高分子材料。包含保溫絕熱結構使管道材料總體的當量導熱系數(shù)小于0.3W/M·S且可熱熔接的復合結構管道，其實現(xiàn)方式之一是：管道的內外側為承力高分子材料，其中外側為可熱熔接高分子材料，中間通過肋來連接和支撐，肋可以為橫肋、豎肋、斜肋或網(wǎng)狀肋，肋之間為保溫材料或氣體。導熱系數(shù)大于0.5W/M·S的可熱熔接的復合材料管道，其實現(xiàn)方式之一是：采用可熱熔接的高分子材料與導熱性良好的納米氮化鋁或石墨或石墨化碳黑或碳纖維其中至少一種材料復合而成的材料，納米氮化鋁或石墨或石墨化碳黑的質量含量在0.01-10％之間。包含強化傳熱結構的使管道材料總體的當量導熱系數(shù)大于0.5W/M·S且可熱熔接的復合結構管道，其實現(xiàn)方式之一是：可熱熔接的高分子材料與網(wǎng)狀鋁纖維或銅纖維或碳纖維三者中至少一種材料構成的管道。袋式布管器5材料是導熱系數(shù)大于1.5W/M·S的織物或導熱系數(shù)大于1.5W/M·S的高分子復合材料薄膜。袋式布管器5為網(wǎng)狀形式，網(wǎng)孔大小應滿足80％以上回填材料不能通過。鉆孔回填材料4的一種具體實施方案是：石墨(質量份數(shù)1-10％)、水泥(質量份數(shù)1-30％)、水與沙(或石子)混合造粒，保證造粒的顆粒的密度大于水，再與石墨粉末、水泥、水混合后回填入鉆孔1。

原理