CN102630468A

CN102630468A - 一种利用浅层地热能的坪床建造方法

Info

Publication number: CN102630468A
Application number: CN2012101337367A
Authority: CN
Inventors: 马国远; 周峰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-08-15

Abstract

一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征在于：在草坪坪床根际层下安装利用浅层地热能的草坪保绿控温装置，该装置安装在草坪坪床根际层下，包括插入草坪浅层土壤中的蒸发段、在草坪根际层下铺装的冷凝段、绝热段及绝热段外的保温层；该装置内部形成连通且密闭的空间，对密闭空间抽取真空并充注液体工作介质；通过蒸发段内的液体介质从草坪浅层土壤中吸收低品位地热能，汽化成为蒸汽，经过绝热段，传递到冷凝段，并释放热量，蒸汽介质遇冷凝结为液体并经绝热段重新流回蒸发段，如此反复循环。本发明有效实现对草坪坪床根际层的控温，保证坪床植被的常绿，延长冬季草坪功能期。

Description

一种利用浅层地热能的坪床建造方法

技术领域

本发明涉及一种利用浅层地热能的坪床建造方法，可使景观、足球、高尔夫等不同场合草坪坪床具有冬季保温的特性，属于草坪建造技术领域。

背景技术

草坪生长受四季气温变化影响极大，在冬季低于5℃的气温条件下，冷季型草坪也会进入休眠状态，植物芽的生长和新叶的发生逐渐停止，草坪冠层的叶片在霜和冷空气的作用下逐渐枯黄，严重影响草坪的景观质量和固土防沙的生态功能。随着人们生活水平的提高，希望草坪一年四季都能保持绿色的景观和生态功能，特别是体育运动草坪对设计和建造的要求十分严格。在冬季气候寒冷时，草坪草受到低温胁迫失绿枯死，土壤结冰板结，草坪刚性有余而弹性不足，而四季常绿的运动场草坪不仅可以减少运动员的伤亡，充分发挥竞技水平，而且对观众的眼睛、视野有良好的作用。

因此，需要对草坪植物生长的环境温度进行人为调控。一般草坪都种植在露天的开放环境中，空气温度难以调控，但土温可以通过坪床中的控温系统来调节，因此，草坪的控温技术一般都针对土壤温度来进行。大量研究也证实土温对草坪植物生长的影响比气温更为重要。目前冬季草坪坪床加热的手段主要有太阳能集热器水加热、坪床埋设地热线加热和覆膜技术，太阳能集热器和地热线的铺设管路较多，投入成本较高，且地热线直接采用电加热，是对高品位能源的浪费，而覆膜技术虽然成本不高，但日常维护的揭膜、覆膜工作较为繁琐。中国发明专利ZL200410017187.2提出，在运动草坪的底层铺设坪床托盘，形成贯通的温控空间，空调系统或水循环控温系统的管道均匀分布在草坪四周，对草坪底部的空间网络实施温度调节。中国发明专利ZL200410017186.8利用体育运动草坪原来的排水管道系统，连接空调系统的冷、热空气，对草坪的坪床根际层土壤温度进行调控。中国发明专利申请CN2011100540275将排水管道的端口与空调系统的出风口相连接，空调系统的气流通过排水管道壁上的孔进入蓄排水板中连通的凹凸空间，在坪床下形成控温层，气流透过无纺布的空隙进入根际层，调控根际层的温度。上述方法均利用了空调系统的气流，而对于面积更大的场合或没有空调系统的场合则难以方便地实施，无法达成冬季草坪保温常绿的目的。

发明内容

本发明提供了一种利用浅层地热能的坪床建造方法，从草坪浅层土壤中吸取热量，通过该方法将热量传给草坪根际层，保证根际层的温度，延长草坪冬季的功能期。该技术充分利用了自然环境中不同层区土壤间的浅层地热能，投入成本较低，后续维护工作很少，运行可靠性高，工作寿命长，同时摆脱了对空调或排水系统的依赖，适用场合范围更加宽泛，使用更加灵活方便。

本发明采用如下技术方案：

一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征在于：在草坪坪床根际层下安装利用浅层地热能的草坪保绿控温装置，该装置安装在草坪坪床根际层下，包括插入草坪浅层土壤7中的蒸发段1、在草坪根际层5下铺装的冷凝段2、绝热段3及绝热段外的保温层4；冷凝段2水平铺装或者倾斜铺装在草坪坪床根际层5下，冷凝段2的下端与绝热段3的上端连通；绝热段3的下端与埋于土壤中的蒸发段1上端连通，蒸发段1管路长径比为5～2000，蒸发段1与坪床的倾角为10～90°，且下端封闭，使该装置内部形成连通且密闭的空间，对密闭空间抽取真空并充注液体工作介质；

通过蒸发段1内的液体介质从草坪浅层土壤7中吸收低品位地热能，汽化成为蒸汽，经过绝热段3，传递到冷凝段2，并释放热量，蒸汽介质遇冷凝结为液体并经绝热段3重新流回蒸发段1，如此反复循环，从而有效实现对草坪坪床根际层的控温，保证坪床植被6的常绿，延长冬季草坪功能期。

进一步，冷凝段层厚为1～20cm。

进一步，绝热段与蒸发段的垂直总长度为3～10m，其中蒸发段的垂直总长度为1～5m。

所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述结构内充注的工作介质是烷烃、烯烃及其卤代物等有机工质中的一种或若干种的混合物；或者是水、氨、丙酮、甲醇、乙醇或乙二醇。

所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段、绝热段和冷凝段材质为铜、铝、钢等金属材质或者塑料、PVC等非金属材质；是光管、内肋管、内槽道管、内螺纹管、外肋管、外槽道管或外螺纹管，或者是内有吸液芯的管。

所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段和冷凝段是管式结构，即由单根或多根直管、绕翅片管、螺旋管、蛇形管外加翅片或多根直管套翅片等形式单一或组合使用；单管截面为圆形、椭圆形、方形或矩形；翅片形状为圆形、方形、矩形或外螺纹绕翅形；或者是板式结构，即在复合平板上胀出流道；或者是方形或矩形扁平容器状结构。

所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段垂直插入草坪土壤中，或者倾斜一定角度插入，倾斜角度范围为30～90°；是单管、双管或多管并行结构，或者是T字形、工字形、蛇形、螺旋状、U形、V形、W形或类似形状的弯节，或者类似形状的独立元件，或者是有相似功能的容器元件。

所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述冷凝段水平铺装在草坪坪床根际层下，或者倾斜一定角度铺装，倾斜角度范围为0～60°；其上部放射状支管是圆形、椭圆形、伞形、同心圆形、同心椭圆形、口字形、井字形、田字形、网格状、山字形、蛇形、U形、V形、W形或类似形状的弯节，或者类似形状的独立元件，或者是有相似功能的容器元件。

对于上述利用浅层地热能的坪床建造方法，插入草坪浅层土壤中的为蒸发段，在草坪根际层下土壤中铺装的为冷凝段，连接蒸发段和冷凝段的为绝热段。当冬季草坪坪床根际层土壤温度低于浅层土壤温度时，蒸发段吸收草坪浅层土壤中的低品位地热能后，管内的液体介质汽化，介质蒸汽经由绝热段输送至冷凝段，在冷凝段内散热给草坪坪床根际层的土壤后，冷凝为液体介质，经绝热段流回蒸发段。这样往复循环，就可以在零功耗、零运动部件的情况下，利用草坪浅层土壤的地热能加热坪床根际层，实现冬季草坪的保温常绿。

本发明可以获得如下有益效果：

采用该方法，充分利用了浅层土壤中的低品位地热能，自身零能耗，避免了高品位能源的浪费，同时有效解决了冬季草坪坪床根际层的控温问题，可控制坪床根际层的温度维持在4～8℃，对于冷、暖不同季型草种，可延迟或避免其休眠期的到来，实现了冬季草坪的常绿。与太阳能集热器水加热相比，投入成本较低，易于实现模块化生产；与覆膜技术相比，没有了揭膜、覆膜的繁琐工作，同时本身无任何运动部件，运行可靠性高，后续维护的工作量大大减少，基本没有，工作寿命最长可达30年以上。另外本发明可独立运行，也可模块化组装，避免了对原有空调或排水系统的依赖，适用场合和范围更加宽泛，特别是面积更大或没有空调或排水系统的场合，安装使用也更加灵活方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是实施例一——园林景观草坪坪床建造结构示意图；

图2是实施例二——足球运动场草坪坪床建造冷凝段结构俯视图；

图3是实施例二——足球运动场草坪坪床建造整体结构剖面图；

图4是实施例三——高尔夫球场果岭草坪坪床建造冷凝段结构示意图；

图5是实施例三——高尔夫球场果岭草坪坪床建造整体结构剖面图；

以上图中：1-蒸发段，2-冷凝段，3-绝热段，4-保温层，5-根际层，6-草坪植被，7-土壤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一：园林景观草坪坪床建造结构如图1所示。该方法总体呈倒置伞形辐射状结构，可根据实际面积进行模块组合，包括垂直插入草坪浅层土壤7中的蒸发段1、在草坪根际层5铺装的冷凝段2、连接蒸发段1与冷凝段2的绝热段3以及绝热段3外包的保温层4。蒸发段1为单根直管结构，长度为2m，长径比为100，其上部与绝热段3的下部连通，绝热段3的长度为3m，冷凝段2与坪床的倾角为10°，其下部与绝热段3的上部连通，装置内形成密闭空间抽取真空并充注一定量液体工作介质。该结构运行时，蒸发段1内的液体介质从草坪浅层土壤7中吸收低品位地热能，汽化成为蒸汽，经过绝热段3，传递到铺装在根际层5的冷凝段2，并释放热量，蒸汽介质遇冷凝结为液体藉由重力作用并经绝热段3重新流回蒸发段1，如此反复循环，可以保证坪床根际层的温度维持在4～5℃，从而有效实现对草坪坪床根际层的控温，确保冬季景观草坪常绿。

该方法通过以下方式构建：首先，制作如图1所示控温装置，1套标准模块化装置配套1块或多块标准草坪，并对管路内部空间抽真空，充注一定量的工作介质后封装；其次，在要铺装景观草坪的场地上选取合适的位置，向下打孔；然后，将该装置蒸发段1和绝热段3插入土壤中，确认角度后，将土回填，并在孔口处将绝热段3固定；之后将冷凝段2用土覆盖铺好，冷凝段2上方依次为坪床根际层5和草坪植被6。

实施例二：足球运动场草坪坪床建造结构如图2和3所示。本实施例中该方法依照标准足球场草坪尺寸(长109m，宽72m)总体制作铺设为多管路形式，冷凝段2水平铺装，具体布置方式如图2所示，蒸发段1为蛇形结构，长度为3m，长径比为100，垂直插入土壤中，绝热段3长度为3m，坪床整体布置结构剖面图如图3所示，其工作形式以及构建方式与实施例一相同，可以保证坪床根际层温度维持在5～6℃。

实施例三：高尔夫球场果岭草坪坪床建造结构如图4和5所示。本实施例中该方法根据高尔夫球场果岭草坪高低起伏的特点，依照地势总体制作铺设为不同角度的主支管路结构，冷凝段2的布置方式如图4所示，蒸发段1为螺旋结构，长度为2m，长径比为70，与果岭坪床垂直安装，绝热段3长度为2m，坪床整体结构剖面图如图5所示，其工作形式以及构建方式与实施例二相同，可以保证坪床根际层温度维持在5～6℃。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的普通技术人员来说，举凡运用本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形都应属在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征在于：在草坪坪床根际层下安装利用浅层地热能的草坪保绿控温装置，该装置安装在草坪坪床根际层下，包括插入草坪浅层土壤中的蒸发段、在草坪根际层下铺装的冷凝段、绝热段及绝热段外的保温层；冷凝段水平铺装或者倾斜铺装在草坪坪床根际层下，冷凝段的下端与绝热段的上端连通；绝热段的下端与埋于土壤中的蒸发段上端连通，蒸发段管路长径比为5～2000，蒸发段与坪床的倾角为10～90°，且下端封闭，使该装置内部形成连通且密闭的空间，对密闭空间抽取真空并充注液体工作介质；

通过蒸发段内的液体介质从草坪浅层土壤中吸收低品位地热能，汽化成为蒸汽，经过绝热段，传递到冷凝段，并释放热量，蒸汽介质遇冷凝结为液体并经绝热段重新流回蒸发段，如此反复循环。

2.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：冷凝段层厚为1～20cm。

3.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：绝热段与蒸发段的垂直总长度为3～10m，其中蒸发段的垂直总长度为1～5m。

4.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段、绝热段和冷凝段材质是铜、铝或者钢，或者是塑料或PVC，或者是金属和非金属的拼接材质；所述蒸发段、绝热段和冷凝段材质是光管、内肋管、内槽道管、内螺纹管、外肋管、外槽道管或外螺纹管，或者是内有吸液芯的管。

5.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段和冷凝段是单根或多根直管、绕翅片管、螺旋管、蛇形管外加翅片或多根直管套翅片形式单一或组合使用；单管截面为圆形、椭圆形、方形或矩形；翅片形状为圆形、方形、矩形或外螺纹绕翅形；或者是板式结构，即在复合平板上胀出流道；或者是方形或矩形扁平容器状结构。

6.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述冷凝段上部放射状支管是圆形、椭圆形、伞形、同心圆形、同心椭圆形、口字形、井字形、田字形、网格状、山字形、蛇形、U形、V形或者W形状的弯节，或者独立元件，或者容器元件。

7.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述蒸发段是单管、双管或多管并行结构，是T字形、工字形、蛇形、螺旋状、U形、V形、W形的弯节，或者独立元件，或者容器元件。

8.根据权利要求1所述的一种利用浅层地热能的坪床建造方法，其特征是：所述装置内充注的液体工作介质是烷烃、烯烃及其卤代物有机工质中的一种或若干种的混合物；或者是水、氨、丙酮、甲醇、乙醇或乙二醇。