CN1546926A - 地下换热系统交替制热、制冷的方法及其地下换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用同一地下换热系统实现交替制热、制冷的方法及其地下换热器。冬季制热时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器的外管上端进入地下换热器，从地下换热器的内管上端流出；夏季制冷时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器的内管上端进入地下换热器，从地下换热器的外管上端流出。用于本发明交替制热、制冷方法的地下换热器，主要由外管和置于外管内的螺旋芯管束组成，螺旋芯管束是由数根柔性管螺旋式绕制而成。该方法实现了用同一地下换热系统实现交替制热、制冷，提高地下换热系统的综合应用水平，有效提高地热换热系统的换热效率。

Description

地下换热系统交替制热、制冷的方法及其地下换热器

技术领域

本发明涉及利用地源热泵制热、制冷的方法，特别是用同一地下换热系统交替制热、制冷的方法及其地下换热器。

背景技术

随着国际上环保和充分利用可再生能量资源的可持续发展的大趋势，人类越来越重视开发新的能源形式和充分利用可再生能量资源，特别是更加注重蓄能技术的应用前景。同时，随着传统燃烧采暖形式的逐步淘汰，以土壤为基础的地源热泵(或称土壤源热泵)供热供冷技术得到了极大重视和发展，特别是欧美国家已经进入产业化发展阶段和逐步的大范围应用阶段。地源热泵使自然温度下的地能应用成为可能，同时也使冷暖交替应用时附带的蓄能利用成为可能。此外，建筑空调工程不断兴建，建筑能耗迅速增加，建筑节能也就显得尤为重要。基于节约常规能源、充分利用可再生源，以及减少和消除环境污染，改善能源结构。地源热泵供热供冷方式将成为未来最具可持续发展的绿色技术，对建筑环境采暖与空调发展进步具有革命性的意义，将推动建筑环境采暖空调的更新换代。

地热源热泵暖通空调技术主要是利用地下常规地温能量，主要包括地下水开放式和土壤能封闭式。前者由于造成地下水资源的破坏，已经不被推荐使用。后者主要是利用地下换热系统实现冷、热能的交换和存贮。目前国内外常用的地热源热泵地下换热形式有：水平埋管式、竖直套管式和竖直U型管式等，其中，地下竖直套管式换热形式换热效果较好，换热能力为50～115w/m，尽管工程量大，投资较高，但占地面积较少，有更好的发展前景。竖直埋设式的典型结构为：在地下钻一定深度的孔，孔内置入套管式换热设备或U型管式换热设备。其中套管式换热器，是外管(或称换热管)内套装一根内管，形成套管形式的地下换热系统。内管与管间环室形成换热介质流动回路，从而完成在地下与周遍土壤的换热过程。由于换热管内介质流经的截面大于内管截面。介质换热流速低，不利于与土壤的热交换。并且，内、外管采用同质管材，存在着内管与换热管间介质热短路现象，使地下换热系统的进、出口温差降低，削弱换热效果。由于换热能力的限制，往往需要较大数量的埋管，地下系统初投资较大，造价成本高。此外，有一些提高换热能力的技术方案，如套管式换热器中加装导流片、内管加装保温层、换热管加装翅片和加装蓄热袋等，由于需特殊加工、制备和安装，局限性较大，不利于大型工程应用和广泛推广应用。因此，提高地下换热系统换热能力和方便于工程批量应用势在必行。

另外，在地下换热器中，由于土壤型换热方式中地下温度是随深度的增加上升的，根据传热学理论，实现换热逆流是极其必要的，它将提高传热温差和换热能力。但在目前的地下换热系统中均没顾及该问题，使制热、制冷的两工况均采用同一地下流向流程。

发明内容

本发明的目的之一是为提高地下换热系统的综合应用水平，提供一种用同一地下换热系统交替制热、制冷的方法；目的之二是为有效提高地下换热系统的换热效率，而提供一种改进的套管式地下换热器。

本发明基于地下温度随着深度的加大而逐步提高的分布规律，用同一地下换热系统交替制热、制冷的方法，其特征在于：

a.冬季制热时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器的外管上端进入地下换热器，从地下换热器的内管上端流出；

b.夏季制冷时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器的内管上端进入地下换热器，从地下换热器的外管上端流出。即使换热介质在地下换热界面的流向与地下温度梯度呈逆向流动。

用于本发明交替制热、制冷方法的地下换热器，主要由外管和内管组成，内、外管上端分别与循环系统管路相连通，其特征在于所述的内管是由数根柔性管螺旋式绕制而成的螺旋芯管束，柔性管上端连通在与循环系统管路相连通的管束联箱上，其下段管壁上均开有多个通孔。

本发明用同一地下换热系统实现交替制热、制冷的方法具有以下实质上的技术进步和优点：由于无论是制热、制冷，均控制换热介质在地下换热界面的流向与地下温度梯度呈逆向流动，使其热交换介质流向更为科学合理，因此，可明显提高其换热效率；用同一套地下换热系统可实现季节性的制热或制冷，大大提高了设备使用率、降低投资成本。

用于本发明交替制热、制冷方法的地下换热器，由于采用螺旋芯管束作为内管，液体流动成螺旋形运动，一方面加强了流动扰动，另一方面增加流程，又由于锥型集水器上设置切向进水口，进一步加强旋流的引导和延续作用，使换热管内的旋流强度得到进一步提高和加强，使换热能力明显增强，提高热交换效率。

附图说明

图1是本发明方法换热系统流程示意图；

图2是用于本发明方法的地下换热器结构示意图；

图3是图2中螺旋芯管束(3)上端连接示意图；

图4是图2中螺旋管束(3)下端结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1、2，本发明方法换热系统包括竖直式埋入地下的套管式地下换热器5，地下换热器5的内、外管13、12上端分别与系统循环管路3、4相连通，管路3另一端通过阀门6、7分别与水箱2和管路4相连通，管路4另一端通过阀门8、9分别与水箱2和管路3相连通，水箱2通过水泵1与工作机入口连通；管路4末端与工作机出口连通。

本发明方法的实现方式是：

冬季制热时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器5的外管12上端进入地下换热器5，从地下换热器5的内管13上端流出。即开启系统中阀门6、9，关闭阀门7、8换热介质流程是从管路4流入地下换热器5的的外管12，由底部进入内管13，从其上端流经管路3、水箱2、水泵1进入工作机入口。

夏季制冷时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器5的内管13上端进入地下换热器5，从地下换热器5的外管12上端流出。即开启系统中阀门7、8，关闭阀门6、9换热介质流程是从管路3流入地下换热器5的的内管13，由底部进入外管12，从其上端流经管路4、水箱2、水泵1进入工作机入口。

参照图2至4，用于本发明交替制热、制冷方法的地下换热器，主要由外管12和置于外管12内的螺旋芯管束13组成，螺旋芯管束13是由数根柔性管23螺旋式绕制而成，各柔性管23上端通过管接头24、25和过度连接管19连通在管束联箱17上，管束联箱17的端口法兰盘16与循环系统管路相连通，各柔性管23下段部4m内管壁上均开有多个通孔27，其下端呈斜切面端口28。

为防止污物沉积堵塞，令柔性管(23)底端与外管12底端相距1.5m为宜。

螺旋芯管束3的螺距与芯管外径比以15～25为宜。每2～3m段处采用塑料锁扣14捆绑扎紧。柔性管23可采用热阻较大的铝塑管或塑胶管等。

外管12上端集水器21上设置切向端口，通过法兰盘15与系统管路相连通。外管12之底端设有锥椭球形封帽11。图中18为自动排气阀、20为螺旋芯管束13的连接端盘、22为集水器21与外管12的连接法兰盘。

Claims (7)

1.一种地下换热系统交替制热、制冷的方法，其特征在于：

a.冬季制热时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器(5)的外管(12)上端进入地下换热器(5)，从地下换热器(5)的内管(13)上端流出；

b.夏季制冷时，换热系统的换热介质流程是从地下换热器(5)的内管(13)上端进入地下换热器(5)，从地下换热器(5)的外管(12)上端流出。

2.根据权利要求1所述的地下换热系统交替制热、制冷的方法，其特征在于在从地下换热器(5)流出的换热介质通过水箱(2)、水泵(1)进入工作机循环系统进口。

3.用于权利要求1交替制热、制冷方法的地下换热器，主要由外管(12)和内管组成，内、外管上端分别与循环系统管路相连通，其特征在于所述的内管是由数根柔性管(23)螺旋式绕制而成的螺旋芯管束(13)，柔性管(23)上端连通在与循环系统管路相连通的管束联箱(17)上，其下段管壁上均开有多个通孔(27)。

4.根据权利要求3所述的地下换热器，其特征在于所述的螺旋芯管束(13)之各柔性管(23)的下端呈斜切面端(28)。

5.根据权利要求3所述的地下换热器，其特征在于所述的柔性管(23)上端是通过管接头(24)、(25)和过度连接管(19)连通在管束联箱(17)上。

6.根据权利要求3所述的地下换热器，其特征在于所述的外管(12)上端集水器(21)上设置切向进水口，通过法兰盘(15)与系统管路相连通。

7.根据权利要求3、6所述的地下换热器，其特征在于所述的外管(12)之底端设有锥椭球形封帽(11)。

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