CN106705465A - 集成型毛细渗透地埋井芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成型毛细渗透地埋井芯，属于地源热泵领域。其包括自上向下依次设置的低透水性回填层和高透水性回填层，高透水性回填层设有具有开式U型管低位渗透管和开式U型管高位渗透管的开式U型管体，开式U型管低位渗透管和开式U型管高位渗透管上端均穿过低透水性回填层且延伸至上方的土壤层内，开式U型管高位渗透管下端具有高位敞口且高位敞口周向外围设有高位毛细渗透组件，开式U型管低位渗透管贯穿于高位毛细渗透组件且开式U型管低位渗透管下端的低位敞口的周向外围设有低位毛细渗透组件，低位毛细渗透组件和高位毛细渗透组件之间设有至少一个不透水混凝土模块。本发明具有换热效率高，投资成本低等优点。

Description

集成型毛细渗透地埋井芯
技术领域
本发明属于地源热泵领域，具体涉及一种集成型毛细渗透地埋井芯。
背景技术
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，然而其存在地下水回灌不充分等缺点，甚至有些项目不进行回灌，将抽走的地下水直接排放，容易造成地面沉降，大部分地区已经不予采用这种方式。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，但是其单井换热效率不高，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，需要较大的打井面积，投资成本相对较高。
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地埋管虹吸换热井[申请号：201320739698.X]：包括虹吸换热井系统、机房管道设备系统、以及连接所述虹吸换热井系统和机房管道设备系统的第一管道和第二管道，所述虹吸换热井系统包括虹吸井、虹吸换热井以及连接所述虹吸井和虹吸换热井的第三管道，所述虹吸换热井内还设置有带孔套管，所述第三管道伸入虹吸换热井中，同时也深入虹吸井中；在所述虹吸井内还设置有虹吸井潜水泵，所述第一管道的一端与虹吸井潜水泵连接，另一端与所述机房管道设备系统连接；所述第二管道的一端与所述机房管道设备系统连接，另一端与所述虹吸换热井连接。
上述方案采用了虹吸原理，利用虹吸换热价中的地下水直接与土壤进行热交换，提高了综合传热效率。同时通过小孔的渗透作用保持地下水的循环，但是该方案仍然存在需要打数个井道，工程复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种投入成本低，换热效率高的集成型毛细渗透地埋井芯。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本发明的集成型毛细渗透地埋井芯，包括自上向下依次设置在土壤层内的低透水性回填层和高透水性回填层，所述的高透水性回填层设有具有开式U型管低位渗透管和开式U型管高位渗透管的开式U型管体，且所述的开式U型管低位渗透管上端和开式U型管高位渗透管上端均穿过低透水性回填层且延伸至位于低透水性回填层上方的土壤层内，所述的开式U型管高位渗透管下端具有高位敞口且所述的开式U型管高位渗透管的高位敞口周向外围设有高位毛细渗透组件，所述的开式U型管低位渗透管贯穿于高位毛细渗透组件且开式U型管低位渗透管下端的低位敞口的周向外围设有低位毛细渗透组件，所述的低位毛细渗透组件和高位毛细渗透组件之间设有至少一个供开式U型管低位渗透管穿过的不透水混凝土模块。
通过上述技术方案，通过低位毛细渗透组件和高位毛细渗透组件进行充分换热，渗透方向可以从高位渗透到低位，也可以从低位渗透到高位，将储存有地热的地下水通过毛细渗透现象进入开式U型管体内用于与用户侧进行换热，同时与用户侧换热后的地下水通过毛细渗透现象流回地下土壤中，以保持地下土壤的水循环。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，本地埋井芯还包括设置在低透水性回填层内且具有闭式U型管进水管和闭式U型管出水管的闭式U型管体，且所述的闭式U型管进水管和闭式U型管出水管均延伸至低透水性回填层上方的土壤层内。
通过上述技术方案，闭式U型管体进一步与开式U型管体配合工作进一步提高井道的换热效率。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的高位毛细渗透组件包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的高位渗透端口，所述的开式U型管高位渗透管的高位敞口设置在高位渗透端口内，且所述的高位渗透端口周向外围设有透水混凝土高位模块。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的高位渗透端口的孔隙比小于透水混凝土高位模块的孔隙比和/或所述的高位渗透端口上设有若干高位透水孔。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的低位毛细渗透组件包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的低位渗透端口，所述的开式U型管低位渗透管的低位敞口设置在低位渗透端口内，且所述的低位渗透端口周向外围设有透水混凝土低位模块。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的低位渗透端口的孔隙比小于透水混凝土低位模块的孔隙比和/或所述的低位渗透端口上设有若干低位透水孔。
通过上述技术方案，通过透水孔或者渗透端口实现毛细渗透效果，且在渗透过程中泥砂杂质被阻挡在高位/低位渗透端口和混凝土高位/低位模块外，保护开式U型管体。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的开式U型管低位渗透管穿设于透水混凝土高位模块，且所述的开式U型管低位渗透管周向外围包裹有位于透水混凝土高位模块内的开式U型管保温层。
通过上述技术方案，开式U型管保温层对开式U型管低位渗透管起到保温作用，避免在高位渗透管内渗透出来的经用户侧换热的地下水与低位渗透管内的地下水形成热短路，降低换热效率。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的不透水混凝土模块包裹在开式U型管低位渗透管的周向外侧且自上向下依次设置。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的开式U型管低位渗透管周向外侧包裹有若干开式U型管下管支撑，且所述的开式U型管下管支撑位于透水混凝土高位模块与不透水混凝土模块之间和/或相邻两个不透水混凝土模块之间。
通过上述技术方案，开式U型管下管支撑起到对开式U型管体的保护和支撑作用。
在上述的集成型毛细渗透地埋井芯中，所述的低位渗透端口的下端和透水混凝土低位模块的下端均与位于低位渗透端口和透水混凝土低位模块下方的圆锥头相连。
通过上述技术方案，圆锥头位于开式U型管体的最底部便于安装下管。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：1、实现单口井高换热量；2、不需要回灌地下水，避免地面沉降，安全环保；3、保温效果好；4、管道稳固性增强，延长管道使用寿命，且安装下井方便。
附图说明
图1是本发明实施例一的纵剖面图。
图中，低透水性回填层1；高透水性回填层2；开式U型管体3；开式U型管低位渗透管31；低位敞口311；开式U型管保温层312；开式U型管高位渗透管32；高位敞口321；土壤层4；高位毛细渗透组件5；高位渗透端口51；透水混凝土高位模块52；低位毛细渗透组件6；低位渗透端口61；透水混凝土低位模块62；不透水混凝土模块7；开式U型管下管支撑71；闭式U型管体8；闭式U型管进水管81；闭式U型管出水管82；圆锥头9。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明的集成型毛细渗透地埋井芯，其长度与井深相一致，本实施例取0-500米，地埋井芯包括自上向下依次设置在土壤层4内的低透水性回填层1和高透水性回填层2，高透水性回填层2设有具有开式U型管低位渗透管31和开式U型管高位渗透管32的开式U型管体3，且开式U型管低位渗透管31上端和开式U型管高位渗透管32上端均穿过低透水性回填层1且延伸至位于低透水性回填层1上方的土壤层4内，且开式U型管体3延伸至土壤层4的部分在土壤层4内水平延伸，用于连接用户侧换热器；开式U型管高位渗透管32下端具有高位敞口321且开式U型管高位渗透管32的高位敞口321周向外围设有高位毛细渗透组件5，开式U型管低位渗透管31贯穿于高位毛细渗透组件5且开式U型管低位渗透管31下端的低位敞口311的周向外围设有低位毛细渗透组件6，低位毛细渗透组件6和高位毛细渗透组件5之间设有至少一个供开式U型管低位渗透管31穿过的不透水混凝土模块7。
本实施例中，为了便于安装，地埋井芯采用整体制作后下井，且不透水混凝土间隔设置，每段不透水混凝土长度4米，且不透水混凝土之间的间隔长度为1米，以便于弯曲和下管；通过低位毛细渗透组件6和高位毛细渗透组件5进行充分换热，渗透方向可以从高位渗透到低位，也可以从低位渗透到高位，将储存有地热的地下水通过毛细渗透现象进入开式U型管体3内用于与用户侧进行换热，同时与用户侧换热后的地下水通过毛细渗透现象流回地下土壤中，以保持地下土壤的水循环。
具体地说，高位毛细渗透组件5包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的高位渗透端口51，开式U型管高位渗透管32的高位敞口321设置在高位渗透端口51内，且高位渗透端口51周向外围设有透水混凝土高位模块52；高位渗透端口51的孔隙比小于透水混凝土高位模块52的孔隙比和/或高位渗透端口51上设有若干高位透水孔；同样地，低位毛细渗透组件6包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的低位渗透端口61，开式U型管低位渗透管31的低位敞口311设置在低位渗透端口61内，且低位渗透端口61周向外围设有透水混凝土低位模块62；低位渗透端口61的孔隙比小于透水混凝土低位模块62的孔隙比和/或低位渗透端口61上设有若干低位透水孔，通过透水孔或者渗透端口实现毛细渗透效果，且在渗透过程中泥砂杂质被阻挡在高位/低位渗透端口61和混凝土高位/低位模块外，起到保护开式U型管体3，避免管道内污染的作用。
优选地，开式U型管低位渗透管31穿设于透水混凝土高位模块52，且开式U型管低位渗透管31周向外围包裹有位于透水混凝土高位模块52内的开式U型管保温层312；开式U型管保温层312对开式U型管低位渗透管31起到保温作用，避免在高位渗透管内渗透出来的经用户侧换热的地下水与低位渗透管内的地下水形成热短路，降低换热效率。
不透水混凝土模块7包裹在开式U型管低位渗透管31的周向外侧且自上向下依次设置；开式U型管低位渗透管31周向外侧包裹有若干开式U型管下管支撑71，且开式U型管下管支撑71位于透水混凝土高位模块52与不透水混凝土模块7之间和/或相邻两个不透水混凝土模块7之间，不透水混凝土的直径为DN,80-DN200，本实施例取DN100，开式U型管体3采用PE或者不锈钢材质，开式U型管低位渗透管和开式U型管高位渗透管的直径均为DN25-50，本实施例取DN32，开式U型管下管支撑71采用PE管道，直径为DN40-DN200，本实施例取DN50。
进一步地，为了便于施工，使各个模块同心设置，高位毛细渗透组件5和低位毛细渗透组件6之间的开式U型管低位渗透管31部分倾斜设置；同样地，为了便于下管安装，低位渗透端口61的下端和透水混凝土低位模块62的下端均与位于低位渗透端口61和透水混凝土低位模块62下方的圆锥头9相连。
实施例二
本实施例的结构与实施例一类似，不同之处在于，本发明的集成型毛细渗透地埋井芯还包括设置在低透水性回填层1内且具有闭式U型管进水管81和闭式U型管出水管82的闭式U型管体8，且闭式U型管进水管81和闭式U型管出水管82均延伸至低透水性回填层1上方的土壤层4内，本实施例中，闭式U型管体8采用PE或者不锈钢材质制成，闭式U型管体8的长度范围可设置为0-500米，且闭式U型管体8延伸至土壤层4的部分在土壤层4内水平延伸，用于连接用户侧换热器。
实施例三
本实施例的结构与实施例二类似，不同之处在于，本实施例中的闭式U型管道延伸至高透水性回填层2内。
实施例四
本实施例的结构与实施例三或实施例二类似，不同之处在于，开式U型管和/或闭式U型管道的回水管，即从远离地表方向，向地表方向流动的管道，全管道包裹有保温层，保证即将与用户侧换热的地下水热量不在运输过程中损耗，提高换热效率。
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。
尽管本文较多地低透水性回填层1；高透水性回填层2；开式U型管体3；开式U型管低位渗透管31；低位敞口311；开式U型管保温层312；开式U型管高位渗透管32；高位敞口321；土壤层4；高位毛细渗透组件5；高位渗透端口51；透水混凝土高位模块52；低位毛细渗透组件6；低位渗透端口61；透水混凝土低位模块62；不透水混凝土模块7；闭式U型管体8；闭式U型管进水管81；闭式U型管出水管82；圆锥头9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 (10)

1.一种集成型毛细渗透地埋井芯，包括自上向下依次设置在土壤层(4)内的低透水性回填层(1)和高透水性回填层(2)，其特征在于，所述的高透水性回填层(2)设有具有开式U型管低位渗透管(31)和开式U型管高位渗透管(32)的开式U型管体(3)，且所述的开式U型管低位渗透管(31)上端和开式U型管高位渗透管(32)上端均穿过低透水性回填层(1)且延伸至位于低透水性回填层(1)上方的土壤层(4)内，所述的开式U型管高位渗透管(32)下端具有高位敞口(321)且所述的开式U型管高位渗透管(32)的高位敞口(321)周向外围设有高位毛细渗透组件(5)，所述的开式U型管低位渗透管(31)贯穿于高位毛细渗透组件(5)且开式U型管低位渗透管(31)下端的低位敞口(311)的周向外围设有低位毛细渗透组件(6)，所述的低位毛细渗透组件(6)和高位毛细渗透组件(5)之间设有至少一个供开式U型管低位渗透管(31)穿过的不透水混凝土模块(7)。
2.根据权利要求1所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，本地埋井芯还包括设置在低透水性回填层(1)内且具有闭式U型管进水管(81)和闭式U型管出水管(82)的闭式U型管体(8)，且所述的闭式U型管进水管(81)和闭式U型管出水管(82)均延伸至低透水性回填层(1)上方的土壤层(4)内。
3.根据权利要求2所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的高位毛细渗透组件(5)包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的高位渗透端口(51)，所述的开式U型管高位渗透管(32)的高位敞口(321)设置在高位渗透端口(51)内，且所述的高位渗透端口(51)周向外围设有透水混凝土高位模块(52)。
4.根据权利要求3所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的高位渗透端口(51)的孔隙比小于透水混凝土高位模块(52)的孔隙比和/或所述的高位渗透端口(51)上设有若干高位透水孔。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的低位毛细渗透组件(6)包括呈圆筒状且由透水混凝土预制而成的低位渗透端口(61)，所述的开式U型管低位渗透管(31)的低位敞口(311)设置在低位渗透端口(61)内，且所述的低位渗透端口(61)周向外围设有透水混凝土低位模块(62)。
6.根据权利要求5所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的低位渗透端口(61)的孔隙比小于透水混凝土低位模块(62)的孔隙比和/或所述的低位渗透端口(61)上设有若干低位透水孔。
7.根据权利要求3所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的开式U型管低位渗透管(31)穿设于透水混凝土高位模块(52)，且所述的开式U型管低位渗透管(31)周向外围包裹有位于透水混凝土高位模块(52)内的开式U型管保温层(312)。
8.根据权利要求3所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的不透水混凝土模块(7)包裹在开式U型管低位渗透管(31)的周向外侧且自上向下依次设置。
9.根据权利要求8所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的开式U型管低位渗透管(31)周向外侧包裹有若干开式U型管下管支撑(71)，且所述的开式U型管下管支撑(71)位于透水混凝土高位模块(52)与不透水混凝土模块(7)之间和/或相邻两个不透水混凝土模块(7)之间。
10.根据权利要求5所述的集成型毛细渗透地埋井芯，其特征在于，所述的低位渗透端口(61)的下端和透水混凝土低位模块(62)的下端均与位于低位渗透端口(61)和透水混凝土低位模块(62)下方的圆锥头(9)相连。
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