本發(fā)明為一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)及施工方法，該系統(tǒng)可以改善土壤的地下徑流速度及換熱性能，尤其是適用于北方砂土層地區(qū)，具體可應(yīng)用于地源熱泵領(lǐng)域，也可以用于灌溉等其他領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，由于能源短缺及環(huán)境污染，國(guó)家大力推廣節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在此影響下，我國(guó)地源熱泵技術(shù)獲得較快發(fā)展，應(yīng)用面積已經(jīng)超過2億m²，但是近幾年來地源熱泵行業(yè)面臨一個(gè)較大的問題——換熱量衰減、地下冷熱不平衡問題突出，這個(gè)問題嚴(yán)重影響地源熱泵行業(yè)發(fā)展，很多已經(jīng)建成的地源熱泵系統(tǒng)處于系統(tǒng)臨崩潰的境地。因此，對(duì)于已經(jīng)建成的系統(tǒng)，如何改善土壤冷熱平衡是一項(xiàng)重要課題。

研究表明：在地下徑流速度為10^-6m/s(約30m/年)左右時(shí)，熱交換能力比無徑流時(shí)增大了約30％，綜上所述，而中國(guó)北方大部分地區(qū)，尤其地下水位較低的沙土層地區(qū)，基本上無徑流，其土壤冷熱平衡較差，所以需要通過提高地下水的徑流來提高土壤換熱量，改善土壤冷熱平衡狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)及施工方法，該系統(tǒng)可以用來改善土壤地下水徑流速度，從而提高土壤換熱效率、改善土壤冷熱平衡，其施工簡(jiǎn)單、效果好。

本發(fā)明提供的一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括多個(gè)布水結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)布水結(jié)構(gòu)通過供水管與市政水源連接，并在連接處設(shè)有可調(diào)試減壓閥和截止閥；每個(gè)布水結(jié)構(gòu)包括鉆井和置于鉆井內(nèi)的水管，所述鉆井的井口置于地表開挖回填層的底部，鉆井伸入砂土層內(nèi)；所述水管下端伸入鉆井的底部，上端伸出鉆井井口并與供水管連通，在水管上開設(shè)有多個(gè)水孔；在水管與鉆井之間回填砂礫石至地表開挖回填層以下兩米內(nèi)的位置形成砂礫石填料層，在砂礫石填充層上方繼續(xù)填充粘土球至鉆井的井口形成粘土球回填層。

本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：所述鉆井采用勘察鉆機(jī)成孔，孔徑80～150mm，孔深為10m～20m。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述供水管置于地表以下，并通過多根埋設(shè)于地表開挖回填層內(nèi)的分支供水管與每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的水管連接；所述地表開挖回填層的深度為1～2m。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述的粘土球回填層的頂面位于地表開挖回填層底部，粘土球回填層的厚度為1～2m。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述的水管為塑料管，管徑為DN32或DN25，所述水孔分布在水管下部，為圓孔，采用梅花形均勻布置；所述分支供水管和供水管為PE或PPR管，每根分支供水管通過彎管接頭與水管采用熱熔的方式連接。

本發(fā)明提供的一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置，并測(cè)量放線，根據(jù)布水結(jié)構(gòu)布設(shè)位置確定供水管的埋設(shè)線路；

(2)將布水結(jié)構(gòu)布設(shè)處以及供水管埋設(shè)線路的地表土層挖開，其挖設(shè)深度為地表以下1～2m，且大于凍土層厚度；

(3)采用勘察鉆機(jī)在布水結(jié)構(gòu)布設(shè)點(diǎn)鉆孔至砂土層內(nèi)形成鉆井，其孔徑為80～150mm，孔深為10m～20m；

(4)根據(jù)鉆井深度和孔徑準(zhǔn)備水管，并在水管上分散開設(shè)有多個(gè)水孔；在鉆井內(nèi)埋設(shè)準(zhǔn)備好的水管，所述水管的底端置于鉆井的井底，頂端露出鉆井的井口；

(5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求埋設(shè)供水管，并將供水管與鉆井內(nèi)的水管連接；

(6)在水管外壁與鉆井內(nèi)壁之間回填砂礫石，其回填高度低于地表開挖回填層；然后在砂礫石上方繼續(xù)填充粘土球，粘土球的回填高度至鉆井井口，最后回填地表土層，將布水結(jié)構(gòu)和供水管埋設(shè)在地表開挖回填層內(nèi)；

(7)布水結(jié)構(gòu)與供水管埋設(shè)好之后，將供水管與市政水源連接，并在連接處安裝可調(diào)試減壓閥和截止閥。

上述步驟的施工順序可以根據(jù)具體施工過程變換，以確保施工的便捷和降低施工承包費(fèi)用；具體施工時(shí)可以先埋供水管，再單獨(dú)施工每個(gè)布水結(jié)構(gòu)，并將每個(gè)布水結(jié)構(gòu)內(nèi)的水管與供水管連接，最后回填地表開挖土層；也可以先施工每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的鉆井，然后埋設(shè)供水管和每個(gè)布水結(jié)構(gòu)內(nèi)的水管，并將布水結(jié)構(gòu)的水管與供水管連接，最后完成所有的回填步驟。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述多個(gè)布水結(jié)構(gòu)可以同時(shí)施工，也可以按照先后順序逐個(gè)施工。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的水管為管徑為DN32或DN25塑料管，在水管的下部分散開設(shè)有多個(gè)梅花形布置的水孔；所述供水管為PE或PPR管，并通過多個(gè)材料相同的分支供水管與水管連接，其連接處通過彎管接頭采用熱熔的方式連接，供水管和分支供水管的管徑通過水力計(jì)算確定，因系統(tǒng)而異。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：步驟(6)中所述粘土球的回填高度至地表開挖回填層底部，其厚度為1.5～2.5m。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述多個(gè)布水結(jié)構(gòu)分散設(shè)置，且每144～324㎡的區(qū)域內(nèi)布置一個(gè)布水結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明工作原理及使用方法：市政水源在可調(diào)式減壓閥、截止閥的控制下，通過供水管流向各系統(tǒng)的布水結(jié)構(gòu)送水，水經(jīng)過布水結(jié)構(gòu)中水管上的水孔流入砂礫石填料層，礫石填料層有很好的通水性，水繼續(xù)向周邊及地下滲透流動(dòng)，在流動(dòng)過程中能夠提升周邊及深處土壤的地下水徑流速度，從而達(dá)到改善土壤換熱性能的效果。粘土球回填層的作用在于阻止水溢流到地表；可調(diào)式減壓閥及截止閥的作用在于控制水源補(bǔ)水的壓力和流量，使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)維持適宜的水頭壓力及流量，保證水滲透流動(dòng)的同時(shí)又不至于造成水的浪費(fèi)；供水管的作用在于將各個(gè)布水結(jié)構(gòu)的水管連接起來，輸送介質(zhì)水。

本發(fā)明根據(jù)土壤和巖層的典型水力和傳熱特性，采用砂礫層對(duì)水管進(jìn)行固定，由于砂礫層的水力傳導(dǎo)系數(shù)及表觀導(dǎo)熱系數(shù)較高，可以很容易將水輸送到砂土層內(nèi)，由于砂土層水力傳導(dǎo)系數(shù)也比較高，所以可以很容易散開，大大增加了土壤的地下水滲流速度，地下水的滲流或流動(dòng)有利于地?zé)釗Q熱器的傳熱，并減弱或消除土壤的熱量不平衡或者減輕熱量累積效應(yīng)；通過實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)可以大大增加地下水滲流速度，其熱交換能力比無滲流時(shí)增大了約30％，特別適用于中國(guó)北方大部分地區(qū)，尤其適合地下水位較低的砂土層地區(qū)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明中布水結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說明。

如圖1所示的一種改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，包括多個(gè)布水結(jié)構(gòu)1，所述多個(gè)布水結(jié)構(gòu)通過供水管2與市政水源連接，并在連接處設(shè)有可調(diào)試減壓閥3和截止閥4；如圖2所示，每個(gè)布水結(jié)構(gòu)1包括鉆井1-1和置于鉆井內(nèi)的水管1-2，所述鉆井1-1采用勘察鉆機(jī)成孔，孔徑80～150mm，所述鉆井1-1的井口置于地表開挖回填層5的底部，鉆井1-1伸入砂土層6內(nèi)，深度為10m～20m，所述地表開挖回填層5的深度為1～2m，且大于凍土層厚度。所述的水管1-2為塑料管，管徑為DN32或DN25，水管1-2下端伸入鉆井1-1的底部，上端伸出鉆井井口并與供水管2連通，在水管1-2下部均勻開設(shè)有多個(gè)梅花形布置的水孔1-3；在水管1-2與鉆井1-1之間回填砂礫石至地表開挖回填層5以下1～2m的位置形成砂礫石填料層7，在砂礫石填充層7上方繼續(xù)填充粘土球至鉆井1-1的井口形成粘土球回填層8，所述粘土球回填層8的厚度為1～2m。

如圖1和圖2所示，所述供水管2置于地表以下，并通過多根埋設(shè)于地表開挖回填層5內(nèi)的分支供水管2-1與每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的水管1-2連接；所述分支供水管2-1和供水管2均為PE或PPR管，每根分支供水管2-1通過彎管接頭2-2與水管1-2采用熱熔的方式連接。

實(shí)施例：將本發(fā)明所述的系統(tǒng)在某項(xiàng)目的地源熱泵系統(tǒng)上進(jìn)行了應(yīng)用，該項(xiàng)目的土層為砂土層，其地源熱泵系統(tǒng)散熱效果差，為了改善該項(xiàng)目的地源熱泵系統(tǒng)散熱效果，在該項(xiàng)目區(qū)域施工了本發(fā)明中的改善土壤地下水徑流速度及換熱性能的系統(tǒng)，所述項(xiàng)目區(qū)域的面積為583m²(共6排6列，行間距4.5m，列間距為5m)，其具體施工步驟如下：

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置，并測(cè)量放線，根據(jù)布水結(jié)構(gòu)布設(shè)位置確定供水管的埋設(shè)線路；如圖3所示，每個(gè)布水結(jié)構(gòu)1分布在地源熱泵換熱器9之間，一共布設(shè)了4個(gè)布水結(jié)構(gòu)，布水結(jié)構(gòu)之間距離為9m*10m；

(2)將布水結(jié)構(gòu)布設(shè)處以及供水管埋設(shè)線路的地表土層挖開，其挖設(shè)深度為2m，大于當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃龋?/p>

(3)根據(jù)布水結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置埋設(shè)供水管2和每個(gè)布水結(jié)構(gòu)的分支供水管2-1；供水管2的進(jìn)水端預(yù)留一段與市政水源水管連接的長(zhǎng)度，每個(gè)分支供水管2-1均與供水管2熱熔連接；

(4)在其中一個(gè)布水結(jié)構(gòu)設(shè)置點(diǎn)采用勘察鉆機(jī)成孔，孔徑100mm，孔深15m；

(5)根據(jù)鉆井深度和孔徑準(zhǔn)備水管，水管為塑料管，并在水管下部均勻開設(shè)有多個(gè)梅花形布置的水孔，然后將水管插入鉆井內(nèi)，其底端插入鉆井底面，頂端露出鉆井的井口50cm左右；

(6)在水管外壁與鉆井內(nèi)壁之間回填砂礫石至地表開挖回填層以下2m的位置，然后再砂礫石上方繼續(xù)回填充粘土球，粘土球的回填高度至鉆井井口；

(7)根據(jù)設(shè)計(jì)要求將露井口的水管通過90°彎頭2-2與供水支管2-1熱熔連接，完成了這一個(gè)布水結(jié)構(gòu)的施工；

(8)按照重復(fù)步驟3至步驟(6)依次完成第二至第四個(gè)布水結(jié)構(gòu)；

(9)完成所有布水結(jié)構(gòu)的施工之后，對(duì)布水結(jié)構(gòu)以及供水管進(jìn)行回填埋設(shè)，回填高度與原始地表平齊，恢復(fù)地表，然后將供水管與市政水源連接，并在連接處安裝可調(diào)試減壓閥和截止閥，通過調(diào)節(jié)閥門可控制向地下輸送的水量及壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤下地下水徑流的影響。

該施工項(xiàng)目增加了本發(fā)明中的系統(tǒng)之后，其土壤冷熱平衡大大改善，效果明顯。