CN115819021A - 一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料及回填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料及回填方法，包括搅拌混合在一起的回填材料一和回填材料二，回填材料一包括以下比重的原料：沙4％‑6％、膨润土94％‑96％；回填材料二包括以下比重的原料：石蜡8％‑10％、膨胀石墨90％‑92％；该回填方法为：先用底端封闭、顶端敞开的PE管包裹螺旋管，从而在PE管和螺旋管之间形成空隙，再将存在空隙的两管放进钻井内，最后利用空压机将回填材料吹入空隙中，从而形成完整的地埋管。本发明具有较高的导热性和较强的蓄热性，能够将传输的热量以相变潜热的形式储存下来，以提高地埋管换热器的换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及浅层地热能利用技术领域，特别涉及一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料及回填方法。
背景技术
地热能资源量大，应用广泛，是一种清洁的可再生能源。地源热泵是浅层地热能一种十分常见的利用形式，尤其以地下岩石体、地下水、地表水等地热源作为冷热源，再由热泵机组提升能量品位，应用于建筑物内部的空调系统。地埋管换热器为间壁式换热器的形式，换热管两侧物质分别为固体和液体，由于作为回填材料的土壤部分换热能力远远小于液体对流换热效果，所以回填材料的传热特性是制约地埋管换热特性瓶颈的重要原因。早期的回填材料多采用地质钻探工艺中所用的膨润土-水的混合物，但这种回填材料的热导率仅为0.65-0.9W/(m·K)，远低于岩土层的热导率1.7-3.4W/(m·K)，且这种混合物容易干燥收缩进而不能与埋管紧密接触，产生巨大的接触热阻，很大程度上影响了传热效率。很明显，回填材料对于整个地埋管换热器的换热效率有很大的影响，选用适当的回填材料以及匹配的回填方法，对于地埋管换热器整体效率的提升有着十分重要的意义。现有回填料主要分为原浆回填，膨润土基回填料、水泥基回填料等，各自也存在相应的问题，如原浆回填和膨润土基回填容易产生较大接触热阻，影响换热器效率；水泥基回填料的水泥砂浆透水性较差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料及回填方法，该回填材料具有较高的导热性和较强的蓄热性，能够将传输的热量以相变潜热的形式储存下来，以提高地埋管换热器的换热效率。
为了实现上述目的，本发明提出了一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，包括搅拌混合在一起的回填材料一和回填材料二，回填材料一包括以下比重的原料：
沙：4％-6％、膨润土：94％-96％；
回填材料二包括以下比重的原料：
石蜡：8％-10％、膨胀石墨：90％-92％。
上述方案中：所述回填材料一和回填材料二以7：3的质量比搅拌混合。
上述方案中：所述膨润土和沙的质量比为95：5，所述石蜡和膨胀石墨的质量比为1：10。
上述方案中：所述膨胀石墨膨胀率为200-300，纯度为99％。
上述方案中：所述石蜡相变区间为20-24℃，比热容2400J/(kg·℃)，密度为800kg/m3。
上述方案中：所述回填材料二采用真空浸渍法制备而成，具体步骤为：
1)将膨胀石墨放在容器中处于120℃环境下静置12小时；
2)以石蜡和膨胀石墨为1：10的质量比向膨胀石墨中添加石蜡；
3)将放置石蜡和膨胀石墨的容器放在真空干燥箱中真空吸附，真空度为0.08MPa，温度为50℃，整个过程持续10小时，其中每隔2小时将容器取出搅拌一次。
本发明还提出了一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填方法，包括上述回填材料，该回填方法为：先用底端封闭、顶端敞开的PE管包裹螺旋管，从而在PE管和螺旋管之间形成空隙，再将存在空隙的两管放进钻井内，最后利用空压机将回填材料吹入空隙中，从而形成完整的地埋管。
上述回填方法具体包括以下步骤：
S1、将PE管套在螺旋管外，通过热熔方法将螺旋管的底部与PE管的底部固定，并用保温材料包裹螺旋管的回水管部分，然后整体下放至钻井内；
S2、封堵螺旋管的管口，并在PE管管口加装漏斗以方便回填材料的装填，PE管与漏斗的接口处使用卡箍连接固定；
S3、漏斗上方配备有可开合的密封盖，漏斗内腔与空压机连通；打开密封盖，加入回填材料，盖上密封盖后启动空压机将回填材料吹入PE管和螺旋管之间的空隙中，将空隙填满；
S4、回填材料填满后，取下漏斗和空压机，正常接管。
本发明的有益效果是：
1、回填材料一为常规回填材料，回填材料二为定形相变材料，本发明将定形相变材料和常规回填材料的混合物作为新型回填材料，在相同进水温度情况下，本新型回填材料有较高的导热性和较强的蓄热性，能够将传输的热量以相变潜热的形式储存下来，使得回填材料可较长时间保持在较低温度，增大和管内流体换热温差，达到增强换热效率的目的，在运行合理的情况下，可以长期保持地埋管换热器的换热效率。
2、由于新型回填材料所具有的较大蓄热性，可以显著降低地埋管的热影响半径，有利于降低地埋管换热器的排布间距，提高土地利用率。
附图说明
图1是本发明中地埋管在钻井中的示意图。
图2是本发明中地埋管的截面示意图。
图3是本发明中空压机、漏斗与地埋管的安装示意图。
具体实施方式
一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，主要由搅拌混合在一起的回填材料一和回填材料二组成，回填材料一包括以下比重的原料：
沙：4％-6％、膨润土：94％-96％；
回填材料二包括以下比重的原料：
石蜡：8％-10％、膨胀石墨：90％-92％。
最好是，回填材料一和回填材料二以7：3的质量比搅拌混合。
最好是，膨润土和沙的质量比为95：5，石蜡和膨胀石墨的质量比为1：10。
最好是，膨胀石墨膨胀率为200-300，纯度为99％。
最好是，石蜡相变区间为20-24℃，比热容2400J/(kg·℃)，密度为800kg/m3。
最好是，回填材料二采用真空浸渍法制备而成，具体步骤为：
将膨胀石墨放在容器中处于120℃环境下静置12小时；以石蜡和膨胀石墨为1：10的质量比向膨胀石墨中添加石蜡；将放置石蜡和膨胀石墨的容器放在真空干燥箱中真空吸附，真空度为0.08MPa，温度为50℃，整个过程持续10小时，其中每隔2小时将容器取出搅拌一次。
如图1—3所示，一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填方法，该回填方法为：先用底端封闭、顶端敞开的PE管1包裹螺旋管2，从而在PE管1和螺旋管2之间形成空隙，再将存在空隙的两管放进钻井4内，钻井4预先钻设完成，最后利用空压机将回填材料3吹入空隙中，从而形成完整的地埋管。
上述回填方法具体包括以下步骤：
将PE管1套在螺旋管2外，通过热熔方法将螺旋管2的底部与PE管1的底部固定，并用保温材料包裹螺旋管2的回水管2a部分，然后整体下放至钻井4内。
封堵螺旋管2的管口，并在PE管1管口加装漏斗5以方便回填材料3的装填，PE管1与漏斗5的接口处使用卡箍6连接固定。
漏斗5上方配备有可开合的密封盖，漏斗5内腔与空压机7连通；打开密封盖，加入回填材料3，盖上密封盖后启动空压机7将回填材料3吹入PE管1和螺旋管2之间的空隙中，将空隙填满。
回填材料3填满后，取下漏斗5和空压机7，正常接管。
Claims (8)
1.一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：包括搅拌混合在一起的回填材料一和回填材料二，回填材料一包括以下比重的原料：
沙：4％-6％、膨润土：94％-96％；
回填材料二包括以下比重的原料：
石蜡：8％-10％、膨胀石墨：90％-92％。
2.根据权利要求1所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：所述回填材料一和回填材料二以7：3的质量比搅拌混合。
3.根据权利要求1所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：所述膨润土和沙的质量比为95：5，所述石蜡和膨胀石墨的质量比为1：10。
4.根据权利要求1所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：所述膨胀石墨膨胀率为200-300，纯度为99％。
5.根据权利要求1所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：所述石蜡相变区间为20-24℃，比热容2400J/(kg·℃)，密度为800kg/m3。
6.根据权利要求3所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填材料，其特征在于：所述回填材料二采用真空浸渍法制备而成，具体步骤为：
1)将膨胀石墨放在容器中处于120℃环境下静置12小时；
2)以石蜡和膨胀石墨为1：10的质量比向膨胀石墨中添加石蜡；
3)将放置石蜡和膨胀石墨的容器放在真空干燥箱中真空吸附，真空度为0.08MPa，温度为50℃，整个过程持续10小时，其中每隔2小时将容器取出搅拌一次。
7.一种用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填方法，其特征在于：包括权利要求1—6任一项所述的回填材料，该回填方法为：先用底端封闭、顶端敞开的PE管(1)包裹螺旋管(2)，从而在PE管(1)和螺旋管(2)之间形成空隙，再将存在空隙的两管放进钻井(4)内，最后利用空压机将回填材料(3)吹入空隙中，从而形成完整的地埋管。
8.根据权利要求7所述的用于垂直螺旋埋管地源热泵的回填方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1、将PE管(1)套在螺旋管(2)外，通过热熔方法将螺旋管(2)的底部与PE管(1)的底部固定，并用保温材料包裹螺旋管(2)的回水管(2a)部分，然后整体下放至钻井(4)内；
S2、封堵螺旋管(2)的管口，并在PE管(1)管口加装漏斗(5)以方便回填材料(3)的装填，PE管(1)与漏斗(5)的接口处使用卡箍(6)连接固定；
S3、漏斗(5)上方配备有可开合的密封盖，漏斗(5)内腔与空压机(7)连通；打开密封盖，加入回填材料(3)，盖上密封盖后启动空压机(7)将回填材料(3)吹入PE管(1)和螺旋管(2)之间的空隙中，将空隙填满；
S4、回填材料(3)填满后，取下漏斗(5)和空压机(7)，正常接管。
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