CN111426083B - 一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法，本方案在丰水季，地下水位较高时，地下水自身水面的压力会将导水管和限位顶盖向上顶起，此时地下水会沿导水管和通水孔流入过渡箱内，临时起到地下水排出作用，避免因地下水水面压力过大而导致地源热泵系统的回填层损坏，进入过渡箱的地下水可以通过分隔板进入回填土层内，再经由地下室的升腾作用穿过回填土层，而在枯水期，地下水位较低时，在处于压缩状态的压缩弹簧的作用下，导水管和限位顶盖牢牢密封住疏水孔，减小过渡箱下侧的地下水与外界发生热交换，增加地下水的保温效果。

Description

一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法

技术领域

本发明涉及地源热泵系统领域，更具体地说，涉及一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法。

背景技术

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能等）实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。通常地源热泵消耗1kw/h的能量，用户可以得到4kw/h以上的热量或冷量，地源热泵是以岩土体、地层土壤、地下水或地表水为低温热源，由水地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热中央空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式，因此其采集和使用的手段和方法一直都是可再生能源的重要方向。

在雨量充沛的地区，地下水往往分布较为广泛，因此利用地下水的地下水地源热泵系统是这些地区用户的一个不错的选择，在地下水地源热泵系统中需要预先埋设热交换管，而为了保证地下水与地表温度的温度差，通常会利用沙土等回填材料或者其他专用灌浆回填材料进行回填，回填越密实越好，而在众多地区，降水量通常有很强的季节性，在丰水期，充沛的雨水会使地下水水位暴涨，如果热交换管埋设的地方较深，上涨的地下水极易侵蚀回填层，影响回填层的保温效果，进而影响地下水地源热泵系统的热利用效率，而当热交换管埋设的地方较浅时，在枯水期时，地下水水位下降，极易导致热交换管漏出地下水水面，影响两者之间的热交换，使得地下水地源热泵系统具有面向的季节性倾向，影响地下水地源热泵系统的收益。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法，它可以实现根据地源热泵实际埋设的地区的雨量情况和地下水位情形，合理设置热交换水管的埋设深度，使得地下水地源热泵系统整体在雨季时不易出现因地下水水位上涨而造成的回填土层侵蚀，不易影响回填土层的保温效果，同时也不易因枯水期地下水位下降而导致热交换水管漏出地下水水面，不易影响地下水地源热泵系统的正常工作，使得地下水地源热泵系统具有较好的适应性，增加地下水地源热泵系统的收益。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法，其主要步骤包括：

S1、考察，技术人员对地源热泵系统建设地点进行实际考察，根据建设地点的实际情况进行选址，其中考察的主要指标包括建设地点的土质和地下水情况，其中技术人员根据往年记录的地下水水位变化情况，对地下水水位进行评估；

S2、设计，技术人员根据S1、考察中实际考察的结果对地源热泵系统进行设计，其中设计内容包括但不仅限于地源热泵系统具体的修建选址、对应地埋管铺设位置和回填层材料，获得设计方案；

S3、修建，建设人员根据S2设计中的设计方案进行修建，根据设计方案开挖并铺设地埋管，在地埋管铺设完成后，直接回填回填层材料，在回填回填层过程中，须保持回填材料处于疏松状态，不用刻意压实，增加回填层的孔隙度，不易影响地下水的升腾作用；

S4、保养，用户对回填土层定时进行翻土维护，其中用户在雨季来临前须进行一次翻土维护，在雨季中，翻土维护的间隔应不超过两个月，而在旱季中，翻土维护间隔适当延长至不超过六个月，具体的维护间隔时间应根据当地雨季旱季持续时间和实际降水量进行调节，使回填层不易在雨水的冲刷下边的板实，不易影响地下水的升腾作用。

进一步的，一种基于地源热泵系统的地埋管系统，包括混凝土石壁，所述混凝土石壁内壁固定连接有分隔台，所述混凝土石壁内放置有与自身相匹配的过渡箱，且过渡箱位于分隔台的上侧，所述过渡箱的开口处固定连接有与自身相匹配的分隔板，所述分隔板上开凿有多个滤水孔，所述混凝土石壁内堆填有回填土层，且回填土层位于半透膜的上侧，所述混凝土石壁内设有热交换水管，所述热交换水管的一端依次贯穿回填土层、半透膜、滤水孔、分隔板和过渡箱后延伸至混凝土石壁内，在混凝土石壁内平铺一端距离后再依次贯穿过渡箱、分隔板、滤水孔、半透膜和回填土层，并延伸到回填土层的上侧，所述过渡箱的槽底板上开凿有疏水孔，所述疏水孔内滑动连接有与自身相匹配的导水管，所述导水管的侧壁上开凿有多个通水孔，所述导水管的上端固定连接有限位顶盖，所述导水管的侧壁上固定连接有一对侧耳块，所述过渡箱的下端固定连接有一对与侧耳块相匹配的限位杆，两个所述限位杆远离过渡箱的一端分别贯穿侧耳块，两个所述限位杆上均套接有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与侧耳块和过渡箱固定连接，可以实现根据地源热泵实际埋设的地区的雨量情况和地下水位情形，合理设置热交换水管的埋设深度，使得地下水地源热泵系统整体在雨季时不易出现因地下水水位上涨而造成的回填土层侵蚀，不易影响回填土层的保温效果，同时也不易因枯水期地下水位下降而导致热交换水管漏出地下水水面，不易影响地下水地源热泵系统的正常工作，使得地下水地源热泵系统具有较好的适应性，增加地下水地源热泵系统的收益。

进一步的，所述热交换水管的外侧包裹有保护套，且保护套位于半透膜的上侧，所述保护套选用耐磨材料制成，保护套可以有效保护热交换水管，在回填土层回填过程中使回填土层不易刮伤热交换水管，不易影响热交换水管的保暖效果。

进一步的，所述保护套内开凿有填充腔，所述填充腔内填充填充纤维团，使热交换水管内液态水不易与回填土层之间发生热交换，不易影响热交换水管的保温效果。

进一步的，所述填充纤维团包括多根毛细纤维，且多根所述毛细纤维相互交织缠绕在一起，所述毛细纤维由热传导效率较低的材料制成，交织在一起的毛细纤维之间会形成多个密闭的隔间，这些密闭的隔间相互之间热传导效率较低，进一步增加填充纤维团整体的保温效果。

进一步的，所述填充腔内壁固定连接有与自身相匹配的防漏网，且防漏网套接在填充纤维团的外侧，所述填充纤维团选用耐磨且高韧性的材料制成，当填充纤维团被回填土层刮伤刮破时，防漏网可以兜住填充纤维团，避免填充纤维团大规模散落，不易影响填充纤维团的保温效果。

进一步的，所述分隔板与回填土层之间设有与分隔板相匹配的半透膜，且半透膜与分隔板固定连接，半透膜可以防止回填土层中小心沙土通过滤水孔落入过渡箱内或堵塞住滤水孔，不易影响地下水的升腾作用。

进一步的，所述导水管的外侧壁上套接有与自身相匹配的防沙台，且防沙台与过渡箱固定连接，防沙台可以防止泥沙在导水管周围大规模堆积，不易影响导水管和通水孔的地下水排出效果。

进一步的，所述通水孔内固定连接有与自身相匹配的滤沙网，可以有效减少地下水排出过程中泥沙落入过渡箱下侧的量，避免混凝土石壁内地下水因泥沙大量堆积而造成的地下水位上升，不易影响地源热泵系统的正常工作，同时根据当地雨季旱季持续时间和实际降水量进行调节，对回填土层进行定时的翻土维护，使回填土层不易在雨水的冲刷下边的板实，不易影响地下水的升腾作用。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案在丰水季，地下水位较高时，地下水自身水面的压力会将导水管和限位顶盖向上顶起，直至滤沙网位于过渡箱的上侧，此时地下水会沿导水管和通水孔流入过渡箱内，临时起到地下水排出作用，避免因地下水水面压力过大而导致地源热泵系统的回填层损坏，进入过渡箱的地下水可以通过分隔板进入回填土层内，再经由地下室的升腾作用穿过回填土层，而在枯水期，地下水位较低时，在处于压缩状态的压缩弹簧的作用下，导水管和限位顶盖牢牢密封住疏水孔，减小过渡箱下侧的地下水与外界发生热交换，增加地下水的保温效果，增加地源热泵系统的工作效率。

附图说明

图1为本发明的主要结构的正面剖视图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为图1中B处的结构示意图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为本发明去除回填土层后的主要结构的爆炸示意图；

图6为图5中C处的结构示意图。

图中标号说明：

1混凝土石壁、2分隔台、3过渡箱、4分隔板、5滤水孔、6半透膜、7回填土层、8热交换水管、9保护套、10填充纤维团、11防漏网、12防沙台、13导水管、14限位顶盖、15侧耳块、16限位杆、17压缩弹簧、18滤沙网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法，其主要步骤包括：

S1、考察，技术人员对地源热泵系统建设地点进行实际考察，根据建设地点的实际情况进行选址，其中考察的主要指标包括建设地点的土质和地下水情况，其中技术人员根据往年记录的地下水水位变化情况，对地下水水位进行评估；

S2、设计，技术人员根据S1、考察中实际考察的结果对地源热泵系统进行设计，其中设计内容包括但不仅限于地源热泵系统具体的修建选址、对应地埋管铺设位置和回填层材料，获得设计方案；

S3、修建，建设人员根据S2设计中的设计方案进行修建，根据设计方案开挖并铺设地埋管，在地埋管铺设完成后，直接回填回填层材料，在回填回填层过程中，须保持回填材料处于疏松状态，不用刻意压实，增加回填层的孔隙度，不易影响地下水的升腾作用；

S4、保养，用户对回填土层定时进行翻土维护，其中用户在雨季来临前须进行一次翻土维护，在雨季中，翻土维护的间隔应不超过两个月，而在旱季中，翻土维护间隔适当延长至不超过六个月，具体的维护间隔时间应根据当地雨季旱季持续时间和实际降水量进行调节，使回填层不易在雨水的冲刷下边的板实，不易影响地下水的升腾作用。

请参阅图1-6，一种基于地源热泵系统的地埋管系统，包括混凝土石壁1，混凝土石壁1内壁固定连接有分隔台2，混凝土石壁1内放置有与自身相匹配的过渡箱3，且过渡箱3位于分隔台2的上侧，过渡箱3的开口处固定连接有与自身相匹配的分隔板4，分隔板4上开凿有多个滤水孔5，混凝土石壁1内堆填有回填土层7，且回填土层7位于半透膜6的上侧，混凝土石壁1内设有热交换水管8，热交换水管8的一端依次贯穿回填土层7、半透膜6、滤水孔5、分隔板4和过渡箱3后延伸至混凝土石壁1内，在混凝土石壁1内平铺一端距离后再依次贯穿过渡箱3、分隔板4、滤水孔5、半透膜6和回填土层7，并延伸到回填土层7的上侧，过渡箱3的槽底板上开凿有疏水孔，疏水孔内滑动连接有与自身相匹配的导水管13，导水管13的侧壁上开凿有多个通水孔，导水管13的上端固定连接有限位顶盖14，导水管13的侧壁上固定连接有一对侧耳块15，过渡箱3的下端固定连接有一对与侧耳块15相匹配的限位杆16，两个限位杆16远离过渡箱3的一端分别贯穿侧耳块15，两个限位杆16上均套接有压缩弹簧17，压缩弹簧17的两端分别与侧耳块15和过渡箱3固定连接。

在丰水季，地下水位较高时，地下水自身水面的压力会将导水管13和限位顶盖14向上顶起，直至滤沙网18位于过渡箱3的上侧，此时地下水会沿导水管13和通水孔流入过渡箱3内，临时起到地下水排出作用，避免因地下水水面压力过大而导致地源热泵系统的回填层损坏，进入过渡箱3的地下水可以通过分隔板4进入回填土层7内，再经由地下室的升腾作用穿过回填土层7，而在枯水期，地下水位较低时，在处于压缩状态的压缩弹簧17的作用下，导水管13和限位顶盖14牢牢密封住疏水孔，减小过渡箱3下侧的地下水与外界发生热交换，增加地下水的保温效果，增加地源热泵系统的工作效率。

特别的，本方案中提及的过渡箱3和回填土层7均需使用保温性能较好的材料，同时热交换水管8与过渡箱3和滤水孔5之间需做好密封措施，减小地源热泵系统的能量散发。本方案中提及的混凝土石壁1为描述和做图方便设计为图4所示的形状，在部分土质较硬或岩石层较厚的地区可以利用原有的岩石或土层充当混凝土石壁1，无须刻意修建混凝土石壁1，有限节约地源热泵系统的修建的成本，在修建地源热泵系统时，技术人员需根据修建地点的实际情况对形状进行合理实际，同时在混凝土石壁1上需开设相应的进出水孔，保证混凝土石壁1内地下水处于流动状态，使混凝土石壁1内地下水水位整体处于动态平衡的状态，上述均为本领域技术人员工作技术，固未详细说明。

请参阅图2，热交换水管8的外侧包裹有保护套9，且保护套9位于半透膜6的上侧，保护套9选用耐磨材料制成，保护套9可以有效保护热交换水管8，在回填土层7回填过程中使回填土层7不易刮伤热交换水管8，不易影响热交换水管8的保暖效果，保护套9内开凿有填充腔，填充腔内填充填充纤维团10，使热交换水管8内液态水不易与回填土层7之间发生热交换，不易影响热交换水管8的保温效果，填充纤维团10包括多根毛细纤维，且多根毛细纤维相互交织缠绕在一起，毛细纤维由热传导效率较低的材料制成，交织在一起的毛细纤维之间会形成多个密闭的隔间，这些密闭的隔间相互之间热传导效率较低，进一步增加填充纤维团10整体的保温效果，填充腔内壁固定连接有与自身相匹配的防漏网11，且防漏网11套接在填充纤维团10的外侧，填充纤维团10选用耐磨且高韧性的材料制成，当填充纤维团10被回填土层7刮伤刮破时，防漏网11可以兜住填充纤维团10，避免填充纤维团10大规模散落，不易影响填充纤维团10的保温效果，分隔板4与回填土层7之间设有与分隔板4相匹配的半透膜6，且半透膜6与分隔板4固定连接，半透膜6可以防止回填土层7中小心沙土通过滤水孔5落入过渡箱3内或堵塞住滤水孔5，不易影响地下水的升腾作用。

请参阅图3，导水管13的外侧壁上套接有与自身相匹配的防沙台12，且防沙台12与过渡箱3固定连接，防沙台12可以防止泥沙在导水管13周围大规模堆积，不易影响导水管13和通水孔的地下水排出效果，通水孔内固定连接有与自身相匹配的滤沙网18，可以有效减少地下水排出过程中泥沙落入过渡箱3下侧的量，避免混凝土石壁1内地下水因泥沙大量堆积而造成的地下水位上升，不易影响地源热泵系统的正常工作，同时根据当地雨季旱季持续时间和实际降水量进行调节，对回填土层7进行定时的翻土维护，使回填土层7不易在雨水的冲刷下边的板实，不易影响地下水的升腾作用。

本方案在丰水季，地下水位较高时，地下水自身水面的压力会将导水管13和限位顶盖14向上顶起，直至滤沙网18位于过渡箱3的上侧，此时地下水会沿导水管13和通水孔流入过渡箱3内，临时起到地下水排出作用，避免因地下水水面压力过大而导致地源热泵系统的回填层损坏，进入过渡箱3的地下水通过分隔板4进入回填土层7内，再经由地下室的升腾作用穿过回填土层7，而在枯水期，地下水位较低时，在处于压缩状态的压缩弹簧17的作用下，导水管13和限位顶盖14牢牢密封住疏水孔，减小过渡箱3下侧的地下水与外界发生热交换，增加地下水的保温效果，增加地源热泵系统的工作效率。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：包括混凝土石壁（1），所述混凝土石壁（1）内壁固定连接有分隔台（2），所述混凝土石壁（1）内放置有与自身相匹配的过渡箱（3），且过渡箱（3）位于分隔台（2）的上侧，所述过渡箱（3）的开口处固定连接有与自身相匹配的分隔板（4），所述分隔板（4）上开凿有多个滤水孔（5），所述混凝土石壁（1）内堆填有回填土层（7），且回填土层（7）位于半透膜（6）的上侧，所述混凝土石壁（1）内设有热交换水管（8），所述热交换水管（8）的一端依次贯穿回填土层（7）、半透膜（6）、滤水孔（5）、分隔板（4）和过渡箱（3）后延伸至混凝土石壁（1）内，在混凝土石壁（1）内平铺一端距离后再依次贯穿过渡箱（3）、分隔板（4）、滤水孔（5）、半透膜（6）和回填土层（7），并延伸到回填土层（7）的上侧，所述过渡箱（3）的槽底板上开凿有疏水孔，所述疏水孔内滑动连接有与自身相匹配的导水管（13），所述导水管（13）的侧壁上开凿有多个通水孔，所述导水管（13）的上端固定连接有限位顶盖（14），所述导水管（13）的侧壁上固定连接有一对侧耳块（15），所述过渡箱（3）的下端固定连接有一对与侧耳块（15）相匹配的限位杆（16），两个所述限位杆（16）远离过渡箱（3）的一端分别贯穿侧耳块（15），两个所述限位杆（16）上均套接有压缩弹簧（17），所述压缩弹簧（17）的两端分别与侧耳块（15）和过渡箱（3）固定连接；

该系统还包括一种基于地源热泵系统的地埋管回填方法，其步骤包括：

S1、考察，技术人员对地源热泵系统建设地点进行实际考察，根据建设地点的实际情况进行选址，其中考察的主要指标包括建设地点的土质和地下水情况，其中技术人员根据往年记录的地下水水位变化情况，对地下水水位进行评估；

S2、设计，技术人员根据S1、考察中实际考察的结果对地源热泵系统进行设计，其中设计内容包括但不仅限于地源热泵系统具体的修建选址、对应地埋管铺设位置和回填层材料，获得设计方案；

S3、修建，建设人员根据S2设计中的设计方案进行修建，根据设计方案开挖并铺设地埋管，在地埋管铺设完成后，直接回填回填层材料，在回填回填层过程中，须保持回填材料处于疏松状态，不用刻意压实；

S4、保养，用户对回填土层定时进行翻土维护，其中用户在雨季来临前须进行一次翻土维护，在雨季中，翻土维护的间隔应不超过两个月，而在旱季中，翻土维护间隔适当延长至不超过六个月，具体的维护间隔时间应根据当地雨季旱季持续时间和实际降水量进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述热交换水管（8）的外侧包裹有保护套（9），且保护套（9）位于半透膜（6）的上侧，所述保护套（9）选用耐磨材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述保护套（9）内开凿有填充腔，所述填充腔内填充填充纤维团（10）。

4.根据权利要求3所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述填充纤维团（10）包括多根毛细纤维，且多根所述毛细纤维相互交织缠绕在一起，所述毛细纤维由热传导效率较低的材料制成。

5.根据权利要求3所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述填充腔内壁固定连接有与自身相匹配的防漏网（11），且防漏网（11）套接在填充纤维团（10）的外侧，所述填充纤维团（10）选用耐磨且高韧性的材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述分隔板（4）与回填土层（7）之间设有与分隔板（4）相匹配的半透膜（6），且半透膜（6）与分隔板（4）固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述导水管（13）的外侧壁上套接有与自身相匹配的防沙台（12），且防沙台（12）与过渡箱（3）固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵系统的地埋管系统，其特征在于：所述通水孔内固定连接有与自身相匹配的滤沙网（18）。

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