CN102393101A - 一种3u地埋管换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3U地埋管换热器，包括进、出口集分水管、地埋管井孔或灌注桩及换热管。所述换热管包括垂直埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的三组U形管，所述第一组U形管的一端与所述进口集分水管连接，所述第二组U形管和第三组U形管并联连接后构成并联双U管组，该并联双U管组的两端分别与所述第一组U形管的另一端及所述出口集分水管连接。本发明的一种3U地埋管换热器具有单位井孔长度换热效果好、成本更低、施工安装简便易行、节约地埋管井孔用地，适用性更广的特点。

Description

一种3U地埋管换热器
技术领域
本发明涉及一种地源热泵系统，具体涉及一种埋设在建筑工程周边或底板下的垂直井孔内或灌注桩内的3U地埋管换热器。
背景技术
地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的高效节能环保的新型空调设备，它是利用地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，通过深埋于建筑物周围或地板下的管路系统，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，使地下岩土体与建筑物完成热交换的一种技术。地源热泵空调系统主要分为三个部分：室外地埋管换热系统、热泵机组系统和室内采暖空调末端系统。通过室外地埋管换热系统，冬季，热泵机组从地下岩土体中吸收热量，向建筑物供暖；夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释放到地下岩土体中，实现建筑物空调制冷。地源热泵比较传统的空调供暖系统能够显著节约能源，而地埋管换热系统的性能和成本，对于整个地源热泵空调系统的节能效果和经济效益，有着关键性的影响。
传统的地埋管换热系统主要采用水平埋管换热器和垂直埋管换热器。水平埋管换热器是在地面上开沟埋入换热管，优点是施工较方便，缺点是占地面积较大。另一种垂直埋管是在地面钻孔埋入换热管，优点是占地面积小，缺点是施工难度较大。垂直埋管可以比水平埋管节约很多用地，因此更适合中国的国情。而在现有的垂直埋管换热器的结构中通常采用单U地埋管和双U地埋管。单U管换热流程短，双U管换热流程虽然比单U管换热流程增加一倍，但是下游换热面积小，流动阻力大。因此如何使垂直埋管式换热器的换热效果达到最佳、更加节约用地、更加方便施工、更加节约成本成了业内人士潜心研究的一个课题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种3U地埋管换热器，它具有单位井孔长度换热效果好、成本更低、施工安装简便易行、节约地埋管井孔用地，适用性更广的特点。
实现上述目的的一种技术方案是：一种3U地埋管换热器，包括进、出口集分水管、地埋管井孔或灌注桩及换热管。所述换热管包括垂直埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的三组U形管，所述第一组U形管的一端与所述进口集分水管连接，所述第二组U形管和第三组U形管并联连接后构成并联双U管组，该并联双U管组的两端分别与所述第一组U形管的另一端及所述出口集分水管连接。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述三组U形管的高度均相等，所述三组U形管的两侧支管的水平间隔距离也相等，所述第二组U形管和第三组U形管的管径相等并且小于所述第一组U形管的管径。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述三组U形管平行并且间隔距离相等地布置在所述地埋管井孔或灌注桩中。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述三组U形管径向均布地埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述第一组U形管埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的一半圆侧，所述第二组U形管和第三组U形管垂直交叉地埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的另一边半圆侧。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述进、出口集分水管的管径与所述第一组U形管的管径相等。
上述的3U地埋管换热器，其中，所述换热管通过回填浆料埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中。
本发明的3U地埋管换热器的技术方案，采用换热管的一个单U管和并联双U管串联连接，使换热介质进入一个单U型管换热后，再进入一组并联双U管换热，与传统的垂直埋管式换热器或水平埋管式换热器相比，具有以下优势：
1.换热效果更好：换热面积比单U管增加200％左右，比双U管增加50％左右；由于与岩土体的换热面积加大，设计流速下的流量也增加50％以上，换热效果更好，可以充分发挥地下岩土体的热扩散能力；
2.换热量增加：本发明的3U地埋管换热器的单孔(井)的换热量分别比单U管和双U管换热器单孔(井)换热量增加了96％和35％。
3.节约初投资：由于钻井成本是地埋管换热器的主要成本，本发明的3U地埋管换热器由于单孔(井)换热量的增加，在同样的总换热负荷下，可以相应减少孔(井)的数量，节约钻井成本，从而显著节约地埋管换热系统的初投资；
4.换热温差大，节约水泵电能：在同样的总换热负荷下，大的换热温差可减少系统流量，从而节约水泵电能；同时加长的换热流程和加大的换热面积可使换热管内的换热介质获得比单U管和双U管换热器更大的进出口温差。
附图说明
图1为本发明的3U地埋管换热器的结构示意图；
图2为图1中A-A向的第一种实施例的截面图；
图3为图1中A-A向的第二种实施例的截面图；
图4为图1中A-A向的第三种实施例的截面图；
图5为图1中A-A向的第四种实施例的截面图；
图6为图1中A-A向的第五种实施例的截面图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
请参阅图1，本发明的一种3U地埋管换热器，包括两根集分水管11、12换热管、地埋管井孔或灌注桩3及回填浆料4，其中，
进、出口集分水管11、12水平设置在地表上，用于与热泵机组连接；
地埋管井孔或灌注桩3的垂直开设在建筑工程周边或底板的地表下；
换热管包括三组U形管21、22、23，该三组U形管21、22、23均采用高密度聚乙烯管，它们的高度相等，并且三组U形管21、22、23的两根支管的水平间隔距离也相等；第二组U形管22和第三组U形管23的管径相等，第一组U形管21的管径大于第二组U形管22和第三组U形管23的管径；
进、出口集分水管11、12的管径与第一组U形管21的管径相等。
换热管的三组U形管21、22、23通过回填浆料4垂直埋设在地埋管井孔或灌注桩3中，并且三组U形管21、22、23的两端均高出地表，其中，第一组U形管21的一端通过一同径弯头13与进口集分水管11连接，第二组U形管22和第三组U形管23的两端分别通过连接管并联连接后构成并联双U管组，该并联双U管组的一端通过一连接管及一变径三通14与第一组U形管21的另一端连接，该并联双U管组的另一端通过另一变径三通15与出口集分水管12连接。
本发明的一种3U地埋管换热器在工作时，换热介质先由进口集分水管11进入第一组U形管21，换热介质与周围岩土体之间的温差下降，再进入一组并联双U管换热，加长了换热流程并加大了换热面积，可弥补流体经单U管换热后与岩土体温差下降造成的换热能力下降的影响，因此加强了管内换热介质与周边岩土体的换热，加大了地埋管换热器流体进出口温差，并且流动阻力减小。
再请参阅图2，在一个实施例中，三组U形管21、22、23为间隔距离相等地平行布置在地埋管井孔或灌注桩3中。
再请参阅图3，在第二个实施例中，三组U形管21、22、23为间隔距离相等地平行布置在地埋管井孔或灌注桩3中，其中第二组U形管22的一侧支管正好位于地埋管井孔或灌注桩3的中心轴上，第一组U形管21和第三组U形管23的以中心对称的方式布置。
再请参阅图4，在第三个实施例中，三组U形管21、22、23径向均布地埋设在地埋管井孔或灌注桩中，并且三组U形管21、22、23以Y形的方式布置。
再请参阅图5，在第四个实施例中，三组U形管21、22、23径向均布地埋设在地埋管井孔或灌注桩中，并且三组U形管21、22、23以三角形的方式布置。
再请参阅图6，在第五个实施例中，第一组U形管21埋设在地埋管井孔或灌注桩3中的一半圆侧，第二组U形管22和第三组U形23管垂直交叉地埋设在地埋管井孔或灌注桩3中的另一边半圆侧。
上述换热管的各种布置结构可以缩小地埋管井孔或灌注桩3的直径并且不影响换热管的换热量。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种3U地埋管换热器，包括进、出口集分水管、地埋管井孔或灌注桩及换热管，其特征在于，所述换热管包括垂直埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的三组U形管，所述第一组U形管的一端与所述进口集分水管连接，所述第二组U形管和第三组U形管并联连接后构成并联双U管组，该并联双U管组的两端分别与所述第一组U形管的另一端及所述出口集分水管连接。
2.根据权利要求1所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述三组U形管的高度均相等，所述三组U形管的两侧支管的水平间隔距离也相等，所述第二组U形管和第三组U形管的管径相等并且小于所述第一组U形管的管径。
3.根据权利要求1或2所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述三组U形管平行并且间隔距离相等地布置在所述地埋管井孔或灌注桩中。
4.根据权利要求1或2所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述三组U形管径向均布地埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中。
5.根据权利要求1或2所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述第一组U形管埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的一半圆侧，所述第二组U形管和第三组U形管垂直交叉地埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中的另一边半圆侧。
6.根据权利要求1所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述进、出口集分水管的管径与所述第一组U形管的管径相等。
7.根据权利要求1所述的3U地埋管换热器，其特征在于，所述换热管通过回填浆料埋设在所述地埋管井孔或灌注桩中。
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