[發(fā)明專利]一種基于不同材質(zhì)復(fù)合管的地埋管高效換熱系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114893930A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李佩家;駱進(jìn);邵燕婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: F25B30/06
• 分類號: F25B30/06;F24T10/15
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 王佩

本發(fā)明提出了一種基于不同材質(zhì)復(fù)合管的地埋管高效換熱系統(tǒng)，用于淺層地?zé)崮苜Y源的開發(fā)和利用，主要包括回填材料、熱交換裝置和熱傳遞裝置。本發(fā)明提出了以金屬鍍鋅鐵管作為含水層內(nèi)的換熱管道，其本身的傳熱性能遠(yuǎn)高于一般的換熱管道；采用滲透性材料作為含水層內(nèi)鉆孔回填材料，而且由于水的對流換熱能夠極大的提高換熱效率；在含水層條件好地區(qū)，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)能夠有效的利用該地區(qū)的淺層地?zé)崮堋１景l(fā)明的有益效果是：提高了換熱效率，極大地提高熱泵的工作性能，且避免了技術(shù)應(yīng)用中由于抽水回灌造成的工程問題；在地下水豐富、含水層條件良好的地區(qū)采用該項(xiàng)技術(shù)將會使得熱泵技術(shù)方案更加多元化，性能更加高效和穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水源熱泵技術(shù)領(lǐng)域，具體為涉及一種金屬埋管換熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于不同材質(zhì)復(fù)合管的地埋管高效換熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)

地?zé)崮茏鳛樾履茉吹囊环N，屬于清潔的可再生能源。地?zé)崮懿皇芗竟?jié)、晝夜變化影響且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有長期開發(fā)利用的潛力，是當(dāng)前可再生能源發(fā)展的亮點(diǎn)領(lǐng)域，尤其是淺層地?zé)豳Y源，開發(fā)利用潛力巨大。

地下含水層作為良好的淺層地?zé)崮軆釄鏊邆浜芨叩牡責(zé)衢_發(fā)利用潛力。由于含水層位于地下水位以下且介質(zhì)完全飽水，水的比熱容較普通巖土體介質(zhì)大，因此含水層中賦存的地?zé)崮茌^隔水層及非飽和帶更為豐富，其淺層地?zé)豳Y源賦存具有單位體積儲能大的特點(diǎn)。在淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用方面，含水層地?zé)崮芤子陂_發(fā)，且技術(shù)形式多樣。眾多工程實(shí)例表明，其開發(fā)利用效率和可持續(xù)性要明顯優(yōu)于非透水層。尤其在存在地下水滲流的條件下，含水層中溫度得以不斷的更新，能量可持續(xù)性好，更適合淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用。

換熱技術(shù)作為含水層內(nèi)淺層地?zé)衢_采的重要部分，其技術(shù)性能的優(yōu)劣直接決定了含水層地?zé)崮艿膽?yīng)用規(guī)模，開發(fā)能效。然而現(xiàn)有的含水層內(nèi)換熱技術(shù)存在著換熱效率低或引起不良地質(zhì)環(huán)境問題等缺點(diǎn)，極大限制了含水層地?zé)崮荛_發(fā)。

目前，針對含水層的淺層地?zé)崮荛_采的技術(shù)主要有開放式系統(tǒng)和封閉式系統(tǒng)兩種。其中，封閉式系統(tǒng)利用垂直U型等形式的換熱器使用的聚乙烯(PE)管導(dǎo)熱性很低，為了隔絕地下水通常以低導(dǎo)熱性的膨潤土作為回填料，且管與孔壁之間的回填質(zhì)量難以控制，管內(nèi)流體需要通過幾層截面熱阻和低導(dǎo)熱性材料才可以實(shí)現(xiàn)與巖土體傳熱，這個過程以熱傳導(dǎo)為主，換熱效率低，當(dāng)建筑冷熱負(fù)荷不均時容易形成地下“熱堆積”現(xiàn)象，可持續(xù)性較差。另外一種是開放式系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過潛水泵抽取地下水直接送入熱泵機(jī)組，系統(tǒng)組成簡單，成本較低。開放式系統(tǒng)地下?lián)Q熱以對流換熱為主，傳熱效率較高。然而，這種開放式系統(tǒng)存在諸多顯著的地質(zhì)環(huán)境問題，如抽水沉降、回灌堵塞、系統(tǒng)氧化與結(jié)垢等。

以上兩種開采技術(shù)均存在著弊端，無法在保護(hù)地下水資源的前提下做到含水層內(nèi)高效換熱。因此，需要對地下水源換熱技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新來提高換熱效率并避免技術(shù)應(yīng)用過程中造成的地質(zhì)環(huán)境問題。

現(xiàn)有含水層內(nèi)換熱技術(shù)都是基于地下水抽灌形式和地埋管換熱器形式等方面的考慮，對含水層內(nèi)換熱技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，但是均沒有考慮到更換地埋管換熱材料，設(shè)置含水層內(nèi)回填料，避免抽水回灌等方面。而此項(xiàng)專利則很好的考慮了含水層內(nèi)地下水對流換熱特點(diǎn)，通過優(yōu)化地埋管技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)含水層內(nèi)的高效換熱，同時避免了抽水回灌引起的水文地質(zhì)和巖土工程問題。為在地下水資源豐富的地區(qū)中開采淺層地?zé)崮芴峁┝诵滤悸贰?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于不同材質(zhì)復(fù)合管的地埋管高效換熱系統(tǒng)，用于淺層地?zé)崮苜Y源的開發(fā)和利用。該地埋管高效換熱系統(tǒng)主要包括回填材料、熱交換裝置和熱傳遞裝置，所述熱交換裝置位于回填材料內(nèi)，該熱交換裝置頂端與熱傳遞裝置連接。

所述回填材料，用于回填鉆孔隔水層和含水層位置；

所述熱交換裝置包括鍍鋅鐵管和PE管，用于進(jìn)行管內(nèi)流體與管壁周圍水分的熱交換；

所述熱傳遞裝置，用于控制管內(nèi)氣體排出和實(shí)時監(jiān)測進(jìn)出水溫度及水箱內(nèi)的水位高度。