CN101825308A

CN101825308A - 地热铺设采暖装置

Info

Publication number: CN101825308A
Application number: CN 201010164604
Authority: CN
Inventors: 奉政一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: CN101825308B

Abstract

一种地热铺设采暖装置，它包括有地热盘管，其技术要点在于：它由上至下设置有粘接层，找平层，定位层，保温层，粘接层的厚度为3～15mm，在定位层上设置有地热盘管，所述地热盘管的盘绕管距为管径的1.5～4.5倍。本发明以密集管路，高导热材料、大面积降低终端热阻，使整个冬天的供暖电费只相当于集中供暖的30％，设备综合费用也仅相当于锅炉挂网费用的一半。地热铺设厚度只有现行技术的2/3，大大降低了楼板负荷，同时降低楼层之间的噪声干扰。

Description

地热铺设采暖装置

技术领域

本发明涉及一种采暖散热装置，特别涉及一种高效、环保的地热铺设采暖装置。

背景技术：

北方地区的采暖基本采用燃煤锅炉输送热水到住户的运行方式，水温通常在55～80℃，当水温为60℃时地暖散热量仅为70W/m²，按照上述水温设计的暖气片已经沿用了上百年，而地热管散热系统也沿用了数十年，虽然水源热泵技术日趋成熟，空气源热泵技术日益完善，但如果仍与暖气片或现有地热管路连接，水源热泵系统能效比很低，空气源热泵系统由于最低蒸发温度要达到-20℃以下，当冷凝温度为50℃时，无论采用何种制冷剂压缩比都大于7，远远超出了现有压缩机的工作范围，导致压缩机无法工作，这种设备无法使用。

以水源热泵为例，根据热力学定律COP＝T_a/T_a-T₀(其中T_a为冷凝器温度，T₀为蒸发器温度)，当冷凝温度为60℃，蒸发温度为5℃时，换算成绝对温度代入上式得COP＝333.15/(333.15-278.15)＝6.06，而实际能效比约在4.5左右。

以空气源热泵为例，冷凝温度为52℃，室外气温-18℃，蒸发温度为-20℃，当采用传统制冷剂R22时，蒸发温度-20℃，蒸发压力0.244Mpa，冷凝温度52℃，冷凝压力2.03Mpa，压缩比达到8.3，当采用最环保的R410制冷剂时，蒸发温度-20℃，蒸发压力0.4Mpa，冷凝温度52℃，冷凝压力3.2Mpa，压缩比达到8，而目前压缩机的最高压缩比为7，所以空气源热泵在北方不能使用。

由此可见前一种设备能效比很低，后一种设备不能使用。

发明内容；

本发明人通过多年理论学习与实践检验证明，用一种新的地热铺设方法及设计理念辅助新材料可以在水温降低的情况下大幅度提高单位面积散热量，其单位面积散热量Q＝2S/RL(其中S代表水管面积，R代表材料热阻，L代表放热管与地砖的平均距离)，由表达式可知，当单位面积内增加铺设管路数量时可以大幅度增加放热量；提高导热系数降低热阻或减少管路与地砖粘接层距离，也同样提高单位面积的放热量，其中热阻R＝1/ρ(ρ代表材料的导热系数)，石墨是最好的导热材料之一，导热系数ρ＝129W/(m·K)，远远高于水泥沙石约为不锈钢、钛等金属的近十倍，成本与水泥相当，本发明基于上述两个数学表达式原理使采暖水温在最低的条件下保证室内供暖，提高能效比。

当采暖水温为26℃时，散热量大于70W/m²可以满足室外-20℃气温以下的采暖需要，用它与现有水源热泵系统连接能效比有一个质的飞跃，与空气源热泵系统连接压缩比仅为4.6，不仅压缩机轻松工作而且能效比很高。

采用本技术应用于水源热泵系统，蒸发温度仍保持5℃，可使冷凝温度降至23-26℃，换算成绝对温度代入上式得COP＝299.15/(299.15-278.15)＝14.25，比传统技术能效比提高2.35倍。

本发明的目的是提供一种高效、环保的地热铺设采暖装置，它采用地热盘管紧密多路并联盘绕，与高导热辅助材料相结合，管路上部与地砖的粘接层小于10mm，约为传统技术的1/3，以温度较低的水进行放热，使采暖效率大幅提高。

本发明的目的是这样实现的：它包括有地热盘管，其特征在于：它由上至下设置有粘接层，找平层，定位层，保温层，粘接层的厚度为3～15mm，在定位层上设置有地热盘管，所述地热盘管的盘绕管距为管径的1.5～4.5倍。

所述的地热盘管为内外两层复合管，外层为石墨粉及偶联剂的PE-X或PE-RT的混合层，内层为PE-X或PE-RT的原料层。

所述的粘接层为水泥或水泥石墨的混合物。

所述的找平层为水泥砂浆混合物或石墨粉、石墨颗粒、水泥及沙石的混合物。

所述的定位层为水泥定位层或钢网。

所述的地热盘管通过卡钉固定或预制凹槽限位在定位层上。

本发明的优点是：

1、本发明以密集管路，高导热材料、大面积降低终端热阻，在-25℃气温，+30℃水温采暖时，地面放热量达到70W/m²，平均能效比COP≥4.5；-5℃气温条件下，采暖水温仅为22℃，能效比COP≥7.5，使整个冬天的供暖电费只相当于集中供暖的30％，设备综合费用也仅相当于锅炉挂网费用的一半。

2、地热铺设厚度只有现行技术的2/3，大大降低了楼板负荷，同时由于石墨是最好的吸音材料，还可以大幅度的降低楼层之间的噪声干扰。

3、当与水源热泵机组相连接时，采暖水温由50℃降至30℃，可使输送过程的热能浪费约可降低60％，同时可以使蒸发温度降至0℃或-2℃，回灌水温降至1-2℃，不仅仍可保证能效比提高两倍以上，还可以使抽取、回灌的地下水减少30％，压缩机压缩比降低，排气温度降低，可大幅度延长机组寿命。

4、将自来水通过自动减压阀、电子水处理器接入系统，使采暖系统内的水变成纯净水防止结垢，同时可以把该热水直接用于洗浴满足大负荷用水需求，当热泵水箱出口连接电磁阀时可以关闭其他房间的采暖单独给卫生间供热，使洗浴更舒适。

附图说明

图1为本发明第一种剖视层面结构示意图；

图2为本发明第二种剖视层面结构示意图；

图3为本发明第三种剖视层面结构示意图；

图4为本发明第四种剖视层面结构示意图；

图5为本发明第五种剖视层面结构示意图；

图6为本发明应用实例结构示意图。

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本发明的主要结构包括有管径为20mm的双层复合地热盘管1，其中外层为添加石墨粉及偶联剂的PE-X或PE-RT混合层，内层为PE-X或PE-RT的原料层；本发明由上至下设置有粘接层6，石墨水泥找平层5、水泥定位层3、挤塑板保温层2；其中地胶、地砖粘接层6的厚度为3～20mm(在施工条件许可的条件下取最小值)，双层复合地热盘管1之间的管距7取值为管径的1.5～4.5倍(在成本许可的条件下取最小值)。

铺设时，首先在地面上铺设挤塑板保温层2和反射铝薄纸，其次在挤塑板保温层2上面铺设一层水泥定位层3，再将双层复合地热盘管1以并绕大回环的方式铺设在水泥定位层3上，管路与水泥定位层3之间用Ω型铁卡4和气钉固定，管距取值为60mm，平均每平方米地面铺设10m以上管路，然后用石墨粉、石墨颗粒、水泥及沙石的混合物做找平层5，最后用8mm厚的石墨和水泥混合物做粘接层6，管路铺设顺序为先内后外，在外层依次为门、窗、平台等，当管路铺设在大厅时粘接层6上面铺设地砖，当管路铺设在卧室时采用导热胶将3mm的复合地板粘接在石墨水泥找平层5上面。

低温采暖水从管路内圈进入房子地面中心部位，再逐渐向外循环，依次通过门、窗以及平台使水温达到最低点回至加热水箱中，本实施例可在沈阳以北及黑龙江纬度地区使用，热阻很小，放热系数很大，隔音效果特别好，成本相对偏高。

实施例2：

如图2所示，本发明的主要结构包括有管径为20mm的PE-X或PE-RT地热盘管7，由上至下设置有有粘接层6、石墨水泥找平层5、发泡水泥定位层8，由于发泡水泥具有良好的保温效果，所以该发泡水泥定位层8同时相当于保温层。

铺设时，首先在地面上铺设30mm厚的发泡水泥保温定位层8和反射铝薄纸，在反射铝薄纸上打印出管路盘绕尺寸图，按图将PE-X或PE-RT地热盘管7以并饶大回环的方式铺设在发泡水泥定位层8上，管路与发泡水泥定位层8之间用Ω型铁卡4固定，管距取值为75mm，然后用石墨粉、石墨颗粒、水泥及沙石的混合物做找平层5，最后用10mm厚的石墨水泥混合物做粘接层6上面铺设地胶、地板或地砖。

本实施例适合整撞建筑的工程化施工，施工简洁造价相对较低，地热层较薄可以大幅度减小楼板负荷，隔音效果良好。

实施例3：

如图3所示，本发明的主要结构包括有管径为20mm的PE-X或PE-RT地热盘管7，由上至下设置有有粘接层6、石墨水泥找平层5、高密度纤维板9、保温层2。

铺设时，首先在地面上铺设高密度纤维与挤塑粘接复合板做保温层2，再将PE-X或PE-RT地热盘管7以并饶大回环的方式铺设在定位层上，管路与高密度纤维板9之间用Ω型铁卡4及气钉固定，管距取值为90mm，然后用石墨粉、石墨颗粒、水泥及沙石混合物做找平层5，最后用15mm厚的石墨和水泥混合物做粘接层6上面铺设地胶、地板或地砖。

本实施例可北京以南地区使用，热泵机组效率略低于实施例1及实施例2。

实施例4：

如图4所示，本发明的主要结构包括有管径为20mm的PE-X或PE-RT地热盘管7，由上至下设置有粘接层6、水泥砂浆找平层12，定位层，该定位层为带有凹槽的水泥预制块10，挤塑板保温层2。

铺设时，首先在地面上铺设挤塑板保温层2和反射铝薄纸，其次将定制好的带有凹槽的水泥预制块10粘接在挤塑板保温层2上面，水泥预制块上凹槽11之间距离为90mm(即管距)，再将PE-X或PE-RT地热盘管7以并饶大回环的方式压入水泥预制块的凹槽11中，然后用水泥和砂浆的混合物做找平层12，最后用10mm厚的石墨和水泥混合物做粘接层6上面铺设地胶、地板或地砖。

本实施的热阻较大，放热负荷低于前述实施例，但仍比现行技术高50％左右，应用在黄河以南地区，以空气源热泵做热源，能效比依然很高，造价低廉，单户施工很简洁。

实施例5：

如图5所示，本发明的主要结构包括有PE-X或PE-RT地热盘管7，由上至下设置有粘接层6、找平层5、钢网13、挤塑板保温层2。

本实施例在地面上铺设挤塑板保温层2和反射铝薄纸以后，挤塑板保温层2上部设有钢网13，并将PE-X或PE-RT地热盘管绑在钢网13上，在PE-X或PE-RT地热盘管的上部直接铺设找平层、粘接层，粘接层在工程许可的条件下去最小值，管距取值为30mm，由于地热面铺设较薄，可用于卫生间、厨房等场合。

实施例6：

如图6所示，本实施例为上述实施例的应用实例，它除包括上述实施例的结构外，还包括有与地热盘管连接的进水分水器15和出水分水器14，进水分水器和出水分水器均与加热水箱24连接，在出水分水器14与加热水箱24之间还设置有水泵26，进水分水器15与自来水进水口16连接，在进水分水器与自来水进水口16之间设置有净水器18。在进水分水器15与加热水箱24之间并联设置有热水龙头20和洗浴喷头21。附图中还包括自动减压阀18，截流单向阀19，电动球阀22，加热水箱热水出口23，加热水箱冷水进口25。

按照上述结构组装各结构，当室内需要采暖时，将热水龙头20和洗浴喷头21关闭，自来水通过自来水进水口16、自动减压阀17和净水器18进入进水分水器15，通过地热盘管进入出水分水器14，再进入加热水箱24，当加热水箱内的水温升高后将电动球阀22打开，水泵26工作，将加热水箱24中的热水通过地热盘管释放到各房间内，当春秋季节室内不需要供暖，而卫生间内温度偏低时可以关闭电动球球阀22，水泵26启动以后，洗浴温水通过单向阀19进入卫生间地面进行放热，放热后的温水通过分水器14、水泵26回到加热水箱24，使卫生间室温上升，进一步提高洗浴生活品质，由于地热盘管是密集盘绕，加上石墨水泥找平层的导热作用，使水温与地面的温差小于2℃；当需要生活温水(如洗浴、洗菜、做饭等)时，由于热水龙头20和洗浴喷头21连接截流单向阀19进口，截流单向阀19出口与地热盘管连接，与截流单向阀19出口连接的地热盘管进行供暖的同时打开热水龙头20或洗浴喷头21，水箱24中的热水通过热水龙头20或洗浴喷头21流出，使洗浴等生活用水更加舒适。由于自动减压阀17的调整作用，使地热盘管和加热水箱24中的压力恒定。将自来水通过自动减压阀17、净水器18接入系统，使采暖系统内的水变成纯净水防止结垢，同时可以把该热水直接用于洗浴满足大负荷用水需求。

综上所述，实现了本发明的目的。

Claims

1.一种地热铺设采暖装置，它包括有地热盘管，其特征在于：它由上至下设置有粘接层，找平层，定位层，保温层，粘接层的厚度为3～15mm，在定位层上设置有地热盘管，所述地热盘管的盘绕管距为管径的1.5～4.5倍。

2.权利要求1所述的地热铺设采暖装置，其特征在于：所述的地热盘管为内外两层复合管，外层为石墨粉及偶联剂的PE-X或PE-RT的混合层，内层为PE-X或PE-RT的原料层。

3.权利要求1所述的地热铺设采暖装置，其特征在于：所述的粘接层为水泥或水泥石墨的混合物。

4.权利要求1所述的地热铺设采暖装置，其特征在于：所述的找平层为水泥砂浆混合物或石墨粉、石墨颗粒、水泥及沙石的混合物。

5.权利要求1所述的地热铺设采暖装置，其特征在于：所述的定位层为水泥定位层或钢网。

6.权利要求1所述的地热铺设采暖装置，其特征在于：所述的地热盘管通过卡钉固定或预制凹槽限位在定位层上。