[發明專利]地能換熱系統以及帶有該地能換熱系統的空調系統

無效

• 申請號: 201210191766.3
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102706020A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 陳光明;陳琪;唐黎明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J3/08
• 分類號: F24J3/08;F25B30/06;F24F5/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于空調換熱技術領域，具體是涉及一種地能換熱系統以及帶有該地能換熱系統的空調系統。

背景技術

地源熱泵利用地下埋管換熱器，冬季從周圍土壤提取熱量滿足室內供暖需求，夏季把室內熱量排入周圍土壤中完成室內制冷，是一項節能和環保的空調技術。地源熱泵空調系統主要分三部分：室外地能換熱系統、地源熱泵機組和室內空調末端系統。其中地源熱泵機組主要有兩種形式：水-水式或水-空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞，地源熱泵機組與地能換熱系統之間換熱介質為水，與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣。

室外地能換熱系統中，是采用地下換熱埋管與土壤進行換熱。采用垂直埋管系統時，現行埋管方案是先鉆孔后，然后再將換熱埋管置入鉆孔內，利用土壤或者填料等埋管。地源熱泵埋管技術是地源熱泵的核心，是冷熱源獲取效率所在，不僅決定著機組系統的能效，而且決定地下土壤能量的利用率，決定了地源熱泵的初期投資和運行費用。地源熱泵地下各部分的換熱熱阻是問題的根本，地下土壤在鉆孔以外的熱阻幾乎無法改變，我們可以控制改變鉆孔內熱阻部分的大小，通常鉆孔內熱阻占地下換熱器熱阻的一半。地源熱泵埋管換熱技術的成熟程度就取決于鉆孔內熱阻的最小化程度。

眾所知周，土壤中空氣的導熱系數最小，水的導熱系數約為空氣的25倍左右，土壤中常見礦物的導熱系數大多為空氣的100倍，因此土壤的導熱系數將取決于固體顆粒接觸緊密與否以及粒間空隙中水分取代空氣的程度。土壤容重或密度的增加，可以改善固體間的熱接觸，導熱系數增加，但容重變大所造成的導熱系數的增加，較加水至土壤中所造成的影響小。因為水不僅增加顆粒間的熱接觸，而且水的導熱系數高，隨著含水率的增加，土壤的導熱系數迅速增加。土壤導熱系數的大小，可以反映表層土壤受熱后土溫增加的難易程度以及土溫平穩的程度。

土壤中的水分遷移受很多因素影響，如土壤的本身結構、濃度差、溫度差等。近年來，研究人員越來越關注溫度變化對土壤中水分遷移的影響。實際水分遷移過程中，土壤中的熱量與水分遷移往往相互耦合。土壤中溫度的分布和變化對土壤水分運動的影響是多方面的，溫度可以以兩種方式影響土壤中的水流：(1)在沒有溫度梯度土壤內，恒定溫度對水分運移速率的影響主要表現在對土壤再分布的影響；研究表明，隨溫度升高，土壤水分再分布速度增加；(2)在有溫度梯度的土壤內，會有熱引起的水流，導致土壤中飽和流或非飽和流從溫度高處流向溫度低處。

針對如何減小鉆孔內熱阻，目前主要有兩種方法，一種是提高換熱埋管的換熱系數，另一種是提高鉆孔內填料的換熱性能。針對第一種方案，公開號為201811629U的專利文獻公開了一種用于地源熱泵空調系統的高效地源熱泵埋地換熱管，包括有塑料圓管體，該塑料圓管體的管壁設置成周向波紋形表面，上述方案將塑料圓管體的管壁設置成周向波紋形表面，在提高管材強度的同時，增大了換熱管的換熱表面積，使換熱管的換熱效率得到提高。但是，上述埋地換熱管制造成本較高，大大限制了其推廣性。針對第二種方案，公開號為101886851A的專利文獻公開了一種地源熱泵豎埋管換熱器，包括地源熱泵地下豎埋管換熱器鉆孔、鉆孔內進出水管和鉆孔回填材料，并對進出水管、回填材料和埋管方法做了進一步改進，提高了地源熱泵的換熱效率，但是該換熱管周圍水分受溫度梯度影響容易流失，導致換熱管周圍的土壤導熱系數大幅度下降。

發明內容

本發明提供了一種地能換熱系統，該系統采用密封的隔水袋將回填料密封，保證進出水管周圍回填料的含水率和導熱系數不變，使得鉆孔內換熱熱阻保持不變，保證了系統運行的穩定性，同時降低了熱量損失，提高了能量回收率。

本發明還提供了一種帶有上述地能換熱系統的空調系統，使用該空調系統時，機組運行穩定，對地源熱能的利用率高，空調使用成本低。

一種地能換熱系統，包括：設于地面上的鉆孔、一端設置在鉆孔內且相互連通的進水管和出水管，以及設于鉆孔內的回填料，所述的回填料與所述鉆孔孔壁之間設有密閉的隔水袋，所述的隔水袋上設有供進水管和出水管穿過的通孔，通孔孔壁與進水管和出水管管壁之間密封連接；所述的隔水袋周側與所述鉆孔孔壁緊密貼合。

密封隔水袋的設置，避免了由于鉆孔內回填料存在溫度梯度，導致土壤中飽和流或非飽和流從溫度高處流向溫度低處，使進水管和出水管周圍回填料的含水率降低，使得鉆孔內換熱熱阻增加的問題。隔水袋周側與所述鉆孔孔壁緊密貼合提高了地能換熱系統的換熱性能，同時保證了空調系統運行的穩定性。