CN106642766B - 封闭式内井循环换热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封闭式内井循环换热管。它解决了现有换热管换热效率低等技术问题。包括若干换热井、换热管体、透水滤层、透水保护层、具有开式U型管高位管和开式U型管低位管的开式U型管体，开式U型管高位管和开式U型管低位管的上端均穿过设置在换热管体上方的不透水混凝土回灌模块且与第一外部换热管相连接，开式U型管高位管下端设有高位透水结构，开式U型管低位管的下端设有低位透水结构，且所述高位透水结构位于低位透水结构的上方。优点在于：增强了换热管的换热量，换热效率高，换热量大；管采用整体式制作后下井，提高了管体稳定性以及降低了施工难度，隔热效果好。

Description

封闭式内井循环换热管

技术领域

本发明属于地源热泵领域，具体涉及一种封闭式内井循环换热管。

背景技术

地热能源作为储量巨大、稳定可控、清洁环保的能源，现阶段在我国部分地区已得到了一定规模的应用。地热能源的开发主要是通过地源热泵空调系统进行采暖与制冷，地源热泵空调系统原理就是通过同轴套管将冷/热媒输送至中深层地层内进行热交换，将热交换后的冷/热媒抽取至地层上的地源热泵机组，地源热泵机与室内的空调末端系统进行热交换，从而实现对建筑物的制冷或制热。地源热泵技术是一种高效的空调系统形式，在建筑供冷暖领域得到较大的应用。其中地源热泵可以分为水地源热泵，和土壤源地源热泵。水地源热泵需要开凿复数个地下水井，通过其中部分水井抽取地下水，通过另一部分水井进行回灌，其成本低，能源效率高，然而其地下水回灌不充分，甚至有些项目不进行回灌，将抽走的地下水直接排放。这种方式容易造成地面沉降，大部分地区已经不予采用。而土壤源热泵，是通过将垂直的埋管，埋入地下，通过埋管与土壤进行换热，整个系统不影响地层结构，也不抽取地下水，但是其换热效率低，保温效果差，单井所能提供的换热量有限，为满足建筑冷热负荷需求，其需要打井数量大，投资成本高。

为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案，例如，中国专利文献公开了一种用于地源热泵换热器的保温管[申请号：201420866518.9]：包括用于抽取冷/热媒的内管，所述内管外套设有外管，所述外管与内管之间间隙设置，该间隙填充有保温材料。

上述方案虽然在一定程度上缓解了换热管体保温效果差的问题，但是该方案依然存在着：换热效率低，单井所能提供的换热量有限等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种换热效率高的封闭式内井循环换热管。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本封闭式内井循环换热管，包括由若干自上向下设置且呈筒状的换热井依次直接相连或间接相连而成换热管体，每一个换热井均包括呈筒状的透水滤层，所述透水滤层的周向外壁均设置有透水保护层，所述换热管体的周向内侧设有向下延伸且具有开式U型管高位管和开式U型管低位管的开式U型管体，所述开式U型管低位管延伸至换热管体的下端且位于开式U型管高位管下方，所述开式U型管高位管和开式U型管低位管的上端均穿过设置在换热管体上方的不透水混凝土回灌模块且分别延伸至不透水混凝土回灌模块的上方并与第一外部换热管相连接，所述开式U型管高位管下端设有高位透水结构，所述开式U型管低位管的下端设有低位透水结构，且所述高位透水结构位于低位透水结构的上方。

即本发明通过水流流动增强了地埋井系统的换热能力，同时利用管道土壤的透水性，进一步提高地下冷热量的扩散，进一步提高单井的换热量，减少了打井数量，地埋井内含有一组开式循环U型管，开式U型管高位管和开式U型管低位管可以采用PE或者不锈钢材质，其管道直径与井设计尺寸相对应，一般可以取DN25到DN100之间，优选为长度100-200米，其中，不透水混凝土回灌模块为管道的封闭模块，为了避免管道中的水溢出地面，不透水混凝土回灌模块的高度3-10米，透水滤层为井内部换热井的内井壁，采用透水混凝土浇筑而成，主要起到透水过滤的左右，避免大颗粒沙石进入井内，厚度在5-20mm之间，透水保护层为井内部换热井的外井壁，采用透水混凝土浇筑而成，主要起到保护左右。管的大小可以按实际需求不同而进行不同的设计，一般情况下可以考虑135mm到500mm之间，厚度在10-50mm之间。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述开式U型管体的一旁设置有具有闭式U型管回水管和闭式U型管出水管的闭式U型管体，且所述闭式U型管体延伸至换热管体的下端，所述闭式U型管回水管和闭式U型管出水管的上端均穿过不透水混凝土回灌模块且分别延伸至不透水混凝土回灌模块的上方与第二外部换热管相连接。即可以在地埋井内增加一组闭式循环U型管，闭式U型管回水管和闭式U型管出水管可以采用PE或者不锈钢材质，其管道直径与井设计尺寸相对应，一般可以取DN25到DN50之间，长度0-200米。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述不透水混凝土回灌模块与换热管体之间设有供闭式U型管体和开式U型管体均贯穿的隔水板，且所述隔水板一侧与不透水混凝土回灌模块相连，另一侧与换热管体相连且能将换热管体上端封闭。隔水板为换热井内部的井盖，起到隔断井内循环水溢出的作用。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述换热管体的周向内部设置有用于支撑开式U型管体和/或闭式U型管体的管道支架结构。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述管道支架结构包括设置在换热管体中心且呈圆柱状或圆筒状的中心柱，所述开式U型管低位管、开式U型管高位管、闭式U型出水管和闭式U型回水管均固定于中心柱的外壁上，所述每一个中心柱的周向外侧设置有若干呈扁平片状的支撑条，所述支撑条均沿中心柱轴向设置，所述支撑条一侧均设置在中心柱上，且所述支撑条的另一端固定于换热管体的内侧壁。支撑条采用扁条型的支架，支撑条从上往下观察的俯视面为窄条形，从而不影响水流流动。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述每一个中心柱上的支撑条的数量为四条且周向均匀设置，所述闭式U型管回水管、开式U型管低位管、闭式U型管出水管和开式U型管高位管分别顺次穿设于相邻两个支撑条之间。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述换热井自上向下依次同轴设置，且每一个换热井的长度相等或不等。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述换热井两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口，且相邻两个换热井通过卡箍件直接相连；或者，相邻两个换热井之间通过下管支撑套管相连，且所述下管支撑套管两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口且下管支撑套管两端通过卡箍件与换热井上端或下端相连。这里的下管支撑套管混凝土预制件的顶部和底部一般得需要安装卡箍预留口，卡箍预留口可以在混凝土预制时，埋入混凝土中，在下管支撑套管外侧设有套管式垫片，这样在下管的时候给管道一定的保护和支撑作用，且套管式垫片与保护层的管径一致，下管支撑套管材质可以是PE、金属管道，下管支撑套管可以将换热管体分割成多个部分，在下管过程中对口链接，顶部采用卡箍与混凝土卡箍预留口连接，对于大口径井管，可以不采用支撑，直接将换热管体现场拼装安装。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述低位透水结构包括设置在开式U型管低位管下端管壁侧部且用于抽取地下水的抽水口，所述高位透水结构包括设置在开式U型管高位管下端管壁侧部且用于回灌地下水的回灌口，所述闭式U型管出水管的周向外侧和开式U型管低位管的周向外侧均包裹有保温层。即回灌口与抽水口均采用管道壁面开孔的方式侧向出水。

在上述的封闭式内井循环换热管中，所述换热管体下端设有圆锥头，且所述圆锥头上端具有透水层，且所述开式U型管体和闭式U型管体均延伸至圆锥头上方。这样起到便于下管的作用。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：1、通过开式循环U型管和闭式循环U型管，带动地埋井内水流流动，以增强换热管的换热量，换热效率高，换热量大；2、管采用整体式制作后下井，提高了管体稳定性以及降低了施工难度；3、隔热效果好，开式循环U型管和闭式循环U型管固定牢固。

附图说明

图1是本发明的纵剖面图；

图2是本发明的横剖面图；

图中，换热管体1、换热井11、透水滤层111、透水保护层112、开式U型管体2、开式U型管高位管21、开式U型管低位管22、抽水口221、回灌口222、保温层223、不透水混凝土回灌模块3、隔水板4、闭式U型管体5、闭式U型管回水管51、闭式U型管出水管52、下管支撑套管6、管道支架结构7、中心柱71、支撑条72、卡箍预留口8、圆锥头9、透水层91。

具体实施方式

如图1和图2所示，本封闭式内井循环换热管包括由若干自上向下设置且呈筒状的换热井11依次直接相连或间接相连而成换热管体1，每一个换热井11均包括呈筒状的透水滤层111，透水滤层111的周向外壁均设置有透水保护层112，换热管体1的周向内侧设有向下延伸且具有开式U型管高位管21和开式U型管低位管22的开式U型管体2，开式U型管低位管22延伸至换热管体1的下端且位于开式U型管高位管21下方，开式U型管高位管21和开式U型管低位管22的上端均穿过设置在换热管体1上方的不透水混凝土回灌模块3且分别延伸至不透水混凝土回灌模块3的上方并与第一外部换热管相连接，开式U型管高位管21下端设有高位透水结构，开式U型管低位管22的下端设有低位透水结构，且高位透水结构位于低位透水结构的上方，其中，低位透水结构包括设置在开式U型管低位管22下端管壁侧部且用于抽取地下水的抽水口221，高位透水结构包括设置在开式U型管高位管21下端管壁侧部且用于回灌地下水的回灌口222，闭式U型管出水管52的周向外侧和开式U型管低位管22的周向外侧均包裹有保温层223，即回灌口222与抽水口221均采用管道壁面开孔的方式侧向出水。

即本发明通过水流流动增强了地埋井系统的换热能力，同时利用管道土壤的透水性，进一步提高地下冷热量的扩散，进一步提高单井的换热量，减少了打井数量，地埋井内含有一组开式循环U型管2，开式U型管高位管21和开式U型管低位管22可以采用PE或者不锈钢材质，其管道直径与井设计尺寸相对应，一般可以取DN25到DN100之间，优选为长度100-200米，其中，不透水混凝土回灌模块3为管道的封闭模块，为了避免管道中的水溢出地面，不透水混凝土回灌模块3的高度3-10米，透水滤层111为井内部换热井的内井壁，采用透水混凝土浇筑而成，主要起到透水过滤的左右，避免大颗粒沙石进入井内，厚度在5-20mm之间，透水保护层112为井内部换热井的外井壁，采用透水混凝土浇筑而成，主要起到保护左右。管的大小可以按实际需求不同而进行不同的设计，一般情况下可以考虑135mm到500mm之间，厚度在10-50mm之间。

进一步地，为了增大换热量，这里的开式U型管体2的一旁设置有具有闭式U型管回水管51和闭式U型管出水管52的闭式U型管体5，且闭式U型管体5延伸至换热管体1的下端，闭式U型管回水管51和闭式U型管出水管52的上端均穿过不透水混凝土回灌模块3且分别延伸至不透水混凝土回灌模块3的上方与第二外部换热管相连接，即可以在地埋井内增加一组闭式循环U型管5，闭式U型管回水管51和闭式U型管出水管52可以采用PE或者不锈钢材质，其管道直径与井设计尺寸相对应，一般可以取DN25到DN50之间，长度0-200米，这样增加换热效率。这里的不透水混凝土回灌模块3与换热管体1之间设有供闭式U型管体5和开式U型管体2均贯穿的隔水板4，且隔水板4一侧与不透水混凝土回灌模块3相连，另一侧与换热管体1相连且能将换热管体1上端封闭，隔水板4为换热井11内部的井盖，起到隔断井内循环水溢出的作用。

更进一步地，这里的换热管体1的周向内部设置有用于支撑开式U型管体2和/或闭式U型管体5的管道支架结构7，这样起到固定开式U型管体2和闭式U型管体5的作用，其中，这里的管道支架结构7包括设置在换热管体1中心且呈圆柱状或圆筒状的中心柱71，开式U型管低位管22、开式U型管高位管21、闭式U型管回水管51和闭式U型管出水管52均固定于中心柱71的外壁上，每一个中心柱71的周向外侧设置有若干呈扁平片状的支撑条72，支撑条72均沿中心柱71轴向设置，支撑条72一侧均设置在中心柱71上，且支撑条72的另一端固定于换热管体1的内侧壁，支撑条72采用扁条型的支架，支撑条72从上往下观察的俯视面为窄条形，从而不影响水流流动，为了分局更加合理，这里的每一个中心柱71上的支撑条72的数量为四条且周向均匀设置，闭式U型管回水管51、开式U型管低位管22、闭式U型管出水管52和开式U型管高位管21分别顺次穿设于相邻两个支撑条72之间。

这里的换热井11自上向下依次同轴设置，且每一个换热井11的长度相等或不等，这里的换热井11两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口8，且相邻两个换热井11通过卡箍件直接相连；或者，相邻两个换热井11之间通过下管支撑套管6相连，且下管支撑套管6两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口8且下管支撑套管6两端通过卡箍件与换热井11上端或下端相连，这里的下管支撑套管6混凝土预制件的顶部和底部一般得需要安装卡箍预留口8，卡箍预留口8可以在混凝土预制时，埋入混凝土中，在下管支撑套管6外侧设有套管式垫片，这样在下管的时候给管道一定的保护和支撑作用，且套管式垫片与保护层的管径一致，下管支撑套管6材质可以是PE、金属管道，下管支撑套管6可以将换热管体分割成多个部分，在下管过程中对口链接，顶部采用卡箍与混凝土卡箍预留口连接，对于大口径井管，可以不采用支撑，直接将换热管体现场拼装安装，套管支撑件也可以采用波纹软管，波纹软管外部附带钢结构件，作为管道受力支撑件，在下管过程中，将钢结构件固定，承担管道重力

另外，为了便于施工时下管，换热管体1下端设有圆锥头9，且圆锥头9上端具有透水层91，且开式U型管体2和闭式U型管体5均延伸至圆锥头9上方。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了换热管体1、换热井11、透水滤层111、透水保护层112、开式U型管体2、开式U型管高位管21、开式U型管低位管22、抽水口221、回灌口222、保温层223、不透水混凝土回灌模块3、隔水板4、闭式U型管体5、闭式U型管回水管51、闭式U型管出水管52、下管支撑套管6、管道支架结构7、中心柱71、支撑条72、卡箍预留口8、圆锥头9、透水层91等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种封闭式内井循环换热管，其特征在于，本换热管包括由若干自上向下设置且呈筒状的换热井(11)依次直接相连或间接相连而成换热管体(1)，每一个换热井(11)均包括呈筒状的透水滤层(111)，所述透水滤层(111)的周向外壁均设置有透水保护层(112)，所述换热管体(1)的周向内侧设有向下延伸且具有开式U型管高位管(21)和开式U型管低位管(22)的开式U型管体(2)，所述开式U型管低位管(22)延伸至换热管体(1)的下端且位于开式U型管高位管(21)下方，所述开式U型管高位管(21)和开式U型管低位管(22)的上端均穿过设置在换热管体(1)上方的不透水混凝土回灌模块(3)且分别延伸至不透水混凝土回灌模块(3)的上方并与第一外部换热管相连接，所述开式U型管高位管(21)下端设有高位透水结构，所述开式U型管低位管(22)的下端设有低位透水结构，且所述高位透水结构位于低位透水结构的上方；所述开式U型管体(2)的一旁设置有具有闭式U型管回水管(51)和闭式U型管出水管(52)的闭式U型管体(5)，且所述闭式U型管体(5)延伸至换热管体(1)的下端，所述闭式U型管回水管(51)和闭式U型管出水管(52)的上端均穿过不透水混凝土回灌模块(3)且分别延伸至不透水混凝土回灌模块(3)的上方与第二外部换热管相连接；所述不透水混凝土回灌模块(3)与换热管体(1)之间设有供闭式U型管体(5)和开式U型管体(2)均贯穿的隔水板(4)，且所述隔水板(4)一侧与不透水混凝土回灌模块(3)相连，另一侧与换热管体(1)相连且能将换热管体(1)上端封闭。

2.根据权利要求1所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述换热管体(1)的周向内部设置有用于支撑开式U型管体(2)和/或闭式U型管体(5)的管道支架结构(7)。

3.根据权利要求2所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述管道支架结构(7)包括设置在换热管体(1)中心且呈圆柱状或圆筒状的中心柱(71)，所述开式U型管低位管(22)、开式U型管高位管(21)、闭式U型管回水管(51)和闭式U型管出水管(52)均固定于中心柱(71)的外壁上，每一个所述中心柱(71)的周向外侧设置有若干呈扁平片状的支撑条(72)，所述支撑条(72)均沿中心柱(71)轴向设置，所述支撑条(72)一侧均设置在中心柱(71)上，且所述支撑条(72)的另一端固定于换热管体(1)的内侧壁。

4.根据权利要求3所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，每一个中心柱(71)上的支撑条(72)的数量为四条且周向均匀设置，所述闭式U型管回水管(51)、开式U型管低位管(22)、闭式U型管出水管(52)和开式U型管高位管(21)分别顺次穿设于相邻两个支撑条(72)之间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述换热井(11)自上向下依次同轴设置，且每一个换热井(11)的长度相等或不等。

6.根据权利要求5所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述换热井(11)两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口(8)，且相邻两个换热井(11)通过卡箍件直接相连；或者，相邻两个换热井(11)之间通过下管支撑套管(6)相连，且所述下管支撑套管(6)两端均设有用于固定卡箍件的卡箍预留口(8)且下管支撑套管(6)两端通过卡箍件与换热井(11)上端或下端相连。

7.根据权利要求1所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述低位透水结构包括设置在开式U型管低位管(22)下端管壁侧部且用于抽取地下水的抽水口(221)，所述高位透水结构包括设置在开式U型管高位管(21)下端管壁侧部且用于回灌地下水的回灌口(222)，所述闭式U型管出水管(52)的周向外侧和开式U型管低位管(22)的周向外侧均包裹有保温层(223)。

8.根据权利要求7所述封闭式内井循环换热管，其特征在于，所述换热管体(1)下端设有圆锥头(9)，且所述圆锥头(9)上端具有透水层(91)，且所述开式U型管体(2)和闭式U型管体(5)均延伸至圆锥头(9)上方。