CN113739450A - 一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统及方法，涉及地源热泵换热技术领域。在本发明中：浅层地热井伸入回填料的管体部分采用纳米节水管。浅层地热井的回填料上部插入有若干补水支路管，若干补水支路管共同连接有一主补水管，主补水管的上游端配置有补水泵，补水泵的进水管上游端配置有水箱。装置系统包括补水控制器，补水控制器通过电信号线驱动控制补水泵对浅层地热井的回填料进行补水。本发明通过自动补水系统对地埋管部分进行补水，并可以被纳米节水管进行渗透吸收，将回填料的热量进行吸收，可以有效地防止换热井回填料空鼓的产生所导致的地埋管的换热损失。
Description
技术领域
本发明属于地源热泵换热技术领域，特别是涉及一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统及方法。
背景技术
地源热泵是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。而在地源热泵系统结构中，换热井是其中重要组成部分。
换热井的回填料在施工期间回填料不密实、有空隙，造成换热效果不佳，且随时间的推移，在不密实有空隙的位置造成空鼓，此时地埋管无法有效的通过回填料进行换热，导致地埋管换热效果会越来越差。
现有换热井的回填料导热结构中，也没有较好的特征方式来解决上述回填料中出现的换热效果差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统及方法，通过自动补水系统对地埋管部分进行补水，并可以被纳米节水管进行渗透吸收，将回填料的热量进行吸收，可以有效地防止换热井回填料空鼓的产生所导致的地埋管的换热损失。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，浅层地热井伸入回填料的管体部分采用纳米节水管。浅层地热井的回填料上部插入有若干补水支路管，若干补水支路管共同连接有一主补水管，主补水管的上游端配置有补水泵，补水泵的进水管上游端配置有水箱。装置系统包括补水控制器，补水控制器通过电信号线驱动控制补水泵对浅层地热井的回填料进行补水。
作为本发明装置系统的一种优选技术方案：补水控制器，内设定时模块，驱动控制补水泵的补水间隔。
作为本发明装置系统的一种优选技术方案：补水控制器，内设定量模块，驱动控制补水泵的单次补水量。
作为本发明装置系统的一种优选技术方案：补水泵的出水段设置有流量计，对补水泵单次输出水量进行监测，并将实时监测的流量信息传输至补水控制器。
作为本发明装置系统的一种优选技术方案：补水控制器，内设流量监测模块和复位模块，每次补水泵补水结束后，复位模块对流量监测模块进行复位清零。
本发明涉及一种提高地源热泵换热井换热效率的补水方法，包括以下内容：
㈠测量获取浅层地热井施工时的土方体积，设为V。㈡对回填料进行空隙比采样分析：①采用开口式的插管，竖直插入浅层地热井的回填料中，然后缓慢抽出；②将插管内的回填料样品导入试验箱中，测量导入试验箱内的回填料的体积，设为Vo；③在试验箱内的回填料上配置施压板，按一定压力将试验箱内的回填料施压数秒后，再次检测施压后的回填料体积，设为V1；④则当前浅层地热井的回填料空隙比为λ，
㈢分析当前浅层地热井的回填料总的空隙体积参数VZ，VZ＝λV。㈣补水控制器驱动补水泵进行单次补水操作，单次补水量为ΔL，则存在ΔL∝VZ。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明在地埋部分配置纳米节水管，通过自动补水系统对地埋管部分进行补水，并可以被纳米节水管进行渗透吸收，将回填料的热量进行吸收，可以有效地防止换热井回填料空鼓的产生所导致的地埋管的换热损失；
2、本发明通过对换热井的回填料进行空隙比采样测定，便于根据实际的回填料空隙比进行补水操作，实现节水、高效的地热源换热操控。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中提高地源热泵换热井换热效率的装置分布结构示意图；
图2为图1中A处局部放大的结构示意图；
图3为本发明中提高地源热泵换热井换热效率控制系统的部分逻辑示意图；
图4为本发明中提高地源热泵换热井换热效率控制系统的部分逻辑示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-浅层地热井；2-纳米节水管；3-回填料；4-补水支路管；5-主补水管；6-补水泵；7-水箱。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明为一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，具体包括以下内容：
浅层地热井1中包括一部分的部分采用纳米节水管2，纳米节水管2伸入回填料3的管体。该纳米节水管2为纳米材料设计，可使水分子通过管壁并能阻止泥浆渗入管壁内。
浅层地热井1的回填料3上部插入有若干补水支路管4，若干补水支路管4共同连接有一主补水管5，主补水管5的上游端配置有补水泵6，补水泵6的进水管上游端配置有水箱7；
水箱7将水源供给给补水泵6，补水泵6在受到补水控制器的驱动控制下进行补水操作。补水泵6的出水端连接有主补水管5，主补水管5上设置有多个补水支路管4，补水支路管4插入浅层地热井1的回填料3的上层位置，便于向下注水，例如图1、图2中带有箭头的指引虚线。
实施例二
基于实施例一，补水控制器内设定时模块，定时模块可以根据外界环境、季节、以及地源热泵的使用频率等进行调节，每隔一定时间驱动控制补水泵6进行补水。
实施例三
基于实施例一，补水控制器内设定量模块，定量模块可以根据外界、回填料的气温[蒸发程度影响]进行调节，每次进行补水时驱动控制补水泵6进行相应量的补水操作。
实施例四
基于实施例一，补水泵6的出水段设置有流量计，流量计对补水泵6的出水量进行监测，补水控制器获取到流量计传输来的出水量信息，进行补水泵6的通断控制。
实施例五
基于实施例一、实施例四，补水控制器内设流量监测模块，流量监测模块监测到当前次的补水泵6出水量达到上限值时，停止补水泵6的出水。补水控制器内设复位模块，每次补水泵6补水结束后，复位模块对流量监测模块进行复位清零，下次补水时，流量监测模块重新计值。
实施例六
基于实施例一至实施例五，本发明涉及一种提高地源热泵换热井换热效率的补水方法，包括以下内容：
㈠测量获取浅层地热井1施工时的土方体积为3M3；
㈡对回填料3进行空隙比采样分析：
①采用开口式的插管，竖直插入浅层地热井1的回填料3中，然后缓慢抽出；
②将插管内的回填料样品导入试验箱中，测量导入试验箱内的回填料的体积，得到回填料样品体积为0.025M3；
③在试验箱内的回填料上配置施压板，按一定压力将试验箱内的回填料施压数秒后，再次检测施压后的回填料体积为0.018M3；
④则当前浅层地热井1的回填料3空隙比为[0.025-0.018]/0.025＝28％；
㈢分析当前浅层地热井1的回填料3总的空隙体积参数为3*28％＝0.84M3；
㈣补水控制器驱动补水泵6进行单次补水操作，单次补水量为0.84～0.924M3。
实施例七
本实施例的一个具体应用为：
自动补水系统由补水管[主补水管5、补水支路管4]、补水控制器及水箱7、补水泵6构成。其中补水控制器系统可设置定时对换热井进行补水作业。补水采用，换热井的回填料在施工期间回填料不密实、有空隙，造成换热效果不佳，且随时间的推移，在不密实有空隙的位置造成空鼓，此时地埋管无法有效的通过回填料进行换热，导致地埋管换热效果会越来越差。该自动补水装置可以有效地防止空鼓的产生从而减少地埋管的换热损失。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，包括浅层地热井(1)，所述浅层地热井(1)周围配置回填料(3)，其特征在于：
所述浅层地热井(1)伸入回填料(3)的管体部分采用纳米节水管(2)；
所述浅层地热井(1)的回填料(3)上部插入有若干补水支路管(4)，若干补水支路管(4)共同连接有一主补水管(5)，所述主补水管(5)的上游端配置有补水泵(6)，所述补水泵(6)的进水管上游端配置有水箱(7)；
装置系统包括补水控制器，所述补水控制器通过电信号线驱动控制补水泵(6)对浅层地热井(1)的回填料(3)进行补水。
2.根据权利要求1所述的一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，其特征在于：
所述补水控制器，内设定时模块，驱动控制补水泵(6)的补水间隔。
3.根据权利要求1所述的一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，其特征在于：
所述补水控制器，内设定量模块，驱动控制补水泵(6)的单次补水量。
4.根据权利要求1所述的一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，其特征在于：
所述补水泵(6)的出水段设置有流量计，对补水泵(6)单次输出水量进行监测，并将实时监测的流量信息传输至补水控制器。
5.根据权利要求4所述的一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，其特征在于：
所述补水控制器，内设流量监测模块和复位模块，每次补水泵(6)补水结束后，所述复位模块对流量监测模块进行复位清零。
6.一种提高地源热泵换热井换热效率的补水方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的一种提高地源热泵换热井换热效率的装置系统，包括以下内容：
㈠测量获取浅层地热井(1)施工时的土方体积，设为V；
㈡对回填料(3)进行空隙比采样分析：
①采用开口式的插管，竖直插入浅层地热井(1)的回填料(3)中，然后缓慢抽出；
②将插管内的回填料样品导入试验箱中，测量导入试验箱内的回填料的体积，设为Vo；
③在试验箱内的回填料上配置施压板，按一定压力将试验箱内的回填料施压数秒后，再次检测施压后的回填料体积，设为V1；
④则当前浅层地热井(1)的回填料(3)空隙比为λ，
㈢分析当前浅层地热井(1)的回填料(3)总的空隙体积参数VZ，VZ＝λV；
㈣补水控制器驱动补水泵(6)进行单次补水操作，单次补水量为ΔL，则存在ΔL∝VZ。
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