本發(fā)明屬于地?zé)崮軗Q熱熱傳導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，涉及換熱傳導(dǎo)裝置，尤其是涉及一種中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置。

背景技術(shù)：

地?zé)崮苁且环N儲(chǔ)量巨大、可再生的清潔能源，在當(dāng)前人們環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)和能源日趨緊缺的情況下，地?zé)崮茏鳛槊禾?、石油等化石能源的替代能源，?duì)地?zé)豳Y源的合理開(kāi)發(fā)并利用越來(lái)越迫切。現(xiàn)已開(kāi)發(fā)應(yīng)用的中淺層地?zé)峒夹g(shù)，如地源熱泵受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件等不確定因素影響，利用范圍小，設(shè)備成本高，地?zé)崮芾眯实?，而且?huì)出現(xiàn)土壤熱不平衡問(wèn)題，長(zhǎng)期運(yùn)行后將會(huì)導(dǎo)致土壤溫度失衡，為了更高效的利用地?zé)崮?，需尋求更好的換熱方式。這些問(wèn)題制約了中淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。為此，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各種各樣的解決方案。

例如，中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種地源熱泵預(yù)警控制器及其控制方法[申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010238783.9]，包括傳感器、輸入電路、微型計(jì)算機(jī)、通信電路和輸出電路，傳感器作為地源熱泵預(yù)警控制器的信號(hào)輸入采集地源熱泵系統(tǒng)的土壤信號(hào)，傳感器的信號(hào)輸出端與輸入電路的信號(hào)輸入端相連，輸入電路的信號(hào)輸出端與微型計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端相連，微型計(jì)算機(jī)與輸出電路的對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)端相連，輸出電路作為地源熱泵預(yù)警控制器的控制信號(hào)輸出控制地源熱泵系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)的通信信號(hào)端通過(guò)通信電路與地源熱泵系統(tǒng)的上位控制機(jī)進(jìn)行通信。本發(fā)明從運(yùn)行過(guò)程的角度出發(fā)為地源熱泵系統(tǒng)提供一個(gè)安全、可靠的運(yùn)行控制策略，根據(jù)土壤溫度的變化情況決定地埋管和輔助冷/熱源(例如冷卻塔)的切換，給運(yùn)行管理人員提供一個(gè)有效而方便的參照，以便運(yùn)行過(guò)程中管理人員能合理地控制與指導(dǎo)土壤熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行，調(diào)節(jié)地埋管與輔助冷、熱源的運(yùn)行時(shí)間，確保向土壤的排熱和取熱保持在平衡狀態(tài)。

上述方案雖然一定程度上解決了土壤熱不平衡問(wèn)題，但是本方案仍然存在設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜問(wèn)題，而且需要管理人員根據(jù)地源熱泵預(yù)警控制器的判斷進(jìn)行控制與指導(dǎo)土壤熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行，存在沒(méi)有自平衡能力，自動(dòng)化程度不夠高，運(yùn)行過(guò)程過(guò)于繁瑣，能源消耗仍然較多，地?zé)崮芾寐什粔蚋叩葐?wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，維修不便，無(wú)法實(shí)現(xiàn)土壤熱量的自平衡等技術(shù)問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：本中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置包括設(shè)置在地下土壤內(nèi)的淺層井管，所述的淺層井管內(nèi)設(shè)有能將淺層井管內(nèi)部自上向下依次分隔成第一有孔區(qū)域、無(wú)孔區(qū)域與第二有孔區(qū)域的分隔結(jié)構(gòu)，在淺層井管內(nèi)設(shè)有能帶動(dòng)淺層井管外側(cè)的地下土壤內(nèi)的地下水?dāng)_動(dòng)從而能使淺層井管外側(cè)、第一有孔區(qū)域和第二有孔區(qū)域三者之間形成地下水循環(huán)的擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)，在淺層井管內(nèi)設(shè)有淺層地埋換熱管，且所述的淺層地埋換熱管上端延伸至淺層井管外側(cè)且與用戶側(cè)換熱器相連，所述的用戶側(cè)換熱器與用戶側(cè)換熱管相連且兩者內(nèi)均充填有第一導(dǎo)熱工質(zhì)，所述的用戶側(cè)換熱管與用戶端相連，在淺層井管內(nèi)穿設(shè)有貫穿整個(gè)淺層井管且向下延伸設(shè)置的中層地埋換熱管，所述的中層地埋換熱管內(nèi)充填有第二導(dǎo)熱工質(zhì)且中層地埋換熱管兩端分別與用戶端相連。

本方案中，通過(guò)淺層地埋換熱管與淺層地下水進(jìn)行換熱，分隔結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)淺層井管內(nèi)外側(cè)的地下土壤內(nèi)的地下水?dāng)_動(dòng)，以達(dá)到增大換熱效果的目的，同時(shí)利用中層換熱管從深層收集的地?zé)崮芙o淺層補(bǔ)給熱量，提高地?zé)崮艿睦寐省?/p>

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的分隔結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)分別自上向下橫向設(shè)置在淺層井管內(nèi)的隔板，兩個(gè)隔板之間形成上述的無(wú)孔區(qū)域，且位于上方的隔板上端與淺層井管上端之間形成第一有孔區(qū)域，位于下方的隔板下端與淺層井管底部之間形成第二有孔區(qū)域以分隔第一有孔區(qū)域和第二有孔區(qū)域，增強(qiáng)循環(huán)擾動(dòng)效果。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的淺層井管位于無(wú)孔區(qū)域的周向內(nèi)側(cè)與淺層井管底部均呈密封設(shè)置，所述的隔板相互平行設(shè)置且所述的隔板周向外側(cè)與淺層井管周向內(nèi)側(cè)密封設(shè)置，所述的第一有孔區(qū)域和第二有孔區(qū)域呈等分設(shè)置。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在淺層井管上且能將第一有孔區(qū)域和第二有孔區(qū)域分別與淺層井管外側(cè)地下土壤內(nèi)的地下水相連通的連通組件，且所述的淺層井管內(nèi)設(shè)有能將位于第一有孔區(qū)域內(nèi)的地下水引流至第二有孔區(qū)域或能將位于第二有孔區(qū)域內(nèi)的地下水引流至第一有孔區(qū)域的引流組件。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的連通組件包括若干設(shè)置在淺層井管位于第一有孔區(qū)域周向內(nèi)壁上以及設(shè)置在淺層井管位于第二有孔區(qū)域周向內(nèi)壁上的通孔。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的引流組件包括設(shè)置在第一有孔區(qū)域內(nèi)的泵體，所述的泵體的進(jìn)口端連接有引流管，且所述的引流管貫穿于無(wú)孔區(qū)域且延伸至第二有孔區(qū)域內(nèi)。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的中層地埋換熱管貫穿于淺層井管的區(qū)域?yàn)楸貐^(qū)，所述的中層地埋換熱管上位于淺層井管下方的區(qū)域?yàn)榧療釁^(qū)，且所述的中層地埋換熱管位于保溫區(qū)的周向外側(cè)設(shè)有保溫層，以減小熱量損失，可將熱量遠(yuǎn)距離高效輸送給用戶側(cè)使用。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的保溫層由聚氨酯保溫隔熱材料、離心玻璃棉氈、復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱砂漿與泡沫石棉制品中的任意一種或多種組合制成。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的中層地埋換熱管為U型管，所述淺層地埋換熱管為單管雙通道超導(dǎo)管，且中層地埋換熱管與淺層地埋換熱管均呈豎直設(shè)置，所述的中層地埋換熱管長(zhǎng)度為2000-4000米，且所述中層地埋換熱管的底層溫度為60-150度；所述的淺層井管的深度為100-300米且所述的淺層井管底層溫度為10-20度。

在上述中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置中，所述的第一導(dǎo)熱工質(zhì)為超導(dǎo)工質(zhì)；所述的第二導(dǎo)熱工質(zhì)為納米流體。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、該裝置設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入成本低；2、該裝置通過(guò)換熱管與地下水進(jìn)行換熱，利用地?zé)崮苣茉?，能耗低，且不?huì)污染地下水和土壤；3、由水泵帶動(dòng)地下水的擾動(dòng)，將淺層井管設(shè)置為分隔的多個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了井管內(nèi)外地下水的循環(huán)流動(dòng)，自動(dòng)平衡地下溫度；4、中層地埋管利用中深層的地?zé)崮芄┙o給用戶端，同時(shí)在保溫區(qū)將熱量補(bǔ)給給淺層地埋換熱管，提高地?zé)崮艿睦寐省?/p>

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，淺層井管1、第一有孔區(qū)域11、第二有孔區(qū)域12、無(wú)孔區(qū)域13、隔板14、引流組件15、泵體151、引流管152、淺層地埋換熱管2、用戶側(cè)換熱器3、中層地埋換熱管4、保溫區(qū)41、集熱區(qū)42、擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)5、連通組件51、通孔511。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置包括設(shè)置在地下土壤內(nèi)的淺層井管1，淺層井管1內(nèi)設(shè)有能將淺層井管1內(nèi)部自上向下依次分隔成第一有孔區(qū)域11、無(wú)孔區(qū)域13與第二有孔區(qū)域12的分隔結(jié)構(gòu)，在淺層井管1內(nèi)設(shè)有能帶動(dòng)淺層井管1外側(cè)的地下土壤內(nèi)的地下水?dāng)_動(dòng)從而能使淺層井管1外側(cè)、第一有孔區(qū)域11和第二有孔區(qū)域12三者之間形成地下水循環(huán)的擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)5，在淺層井管1內(nèi)設(shè)有淺層地埋換熱管2，且淺層地埋換熱管2上端延伸至淺層井管1外側(cè)且與用戶側(cè)換熱器3相連，用戶側(cè)換熱器3與用戶側(cè)換熱管相連且兩者內(nèi)均充填有第一導(dǎo)熱工質(zhì)，用戶側(cè)換熱管與用戶端相連，在淺層井管1內(nèi)穿設(shè)有貫穿整個(gè)淺層井管1且向下延伸設(shè)置的中層地埋換熱管4，中層地埋換熱管4內(nèi)充填有第二導(dǎo)熱工質(zhì)且中層地埋換熱管4兩端分別與用戶端相連。

本方案中，通過(guò)淺層地埋換熱管2與淺層地下水進(jìn)行換熱，分隔結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)5帶動(dòng)淺層井管1內(nèi)外側(cè)的地下土壤內(nèi)的地下水?dāng)_動(dòng)，以達(dá)到增大換熱效果的目的，同時(shí)利用中層換熱管從深層收集的地?zé)崮芙o淺層補(bǔ)給熱量，提高地?zé)崮艿睦寐省?/p>

進(jìn)一步地，分隔結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)分別自上向下橫向設(shè)置在淺層井管1內(nèi)的隔板14，兩個(gè)隔板14之間形成上述的無(wú)孔區(qū)域13，且位于上方的隔板14上端與淺層井管1上端之間形成第一有孔區(qū)域11，位于下方的隔板14下端與淺層井管1底部之間形成第二有孔區(qū)域12以分隔第一有孔區(qū)域11和第二有孔區(qū)域12，增強(qiáng)循環(huán)擾動(dòng)效果。

為了增強(qiáng)擾動(dòng)效果，本實(shí)施例中淺層井管1位于無(wú)孔區(qū)域13的周向內(nèi)側(cè)與淺層井管1底部均呈密封設(shè)置，隔板14相互平行設(shè)置且隔板14周向外側(cè)與淺層井管1周向內(nèi)側(cè)密封設(shè)置，第一有孔區(qū)域11和第二有孔區(qū)域12呈等分設(shè)置。

進(jìn)一步地，擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)5包括設(shè)置在淺層井管1上且能將第一有孔區(qū)域11和第二有孔區(qū)域12分別與淺層井管1外側(cè)地下土壤內(nèi)的地下水相連通的連通組件51，且淺層井管1內(nèi)設(shè)有能將位于第一有孔區(qū)域11內(nèi)的地下水引流至第二有孔區(qū)域12或能將位于第二有孔區(qū)域12內(nèi)的地下水引流至第一有孔區(qū)域11的引流組件15。

更具體地，連通組件51包括若干設(shè)置在淺層井管1位于第一有孔區(qū)域11周向內(nèi)壁上以及設(shè)置在淺層井管1位于第二有孔區(qū)域12周向內(nèi)壁上的通孔511；同樣的，引流組件15包括設(shè)置在第一有孔區(qū)域11內(nèi)的泵體151，泵體151的進(jìn)口端連接有引流管152，且引流管152貫穿于無(wú)孔區(qū)域13且延伸至第二有孔區(qū)域12內(nèi)，引流管152和水泵將淺層井管1內(nèi)底層的地下水向上層運(yùn)輸，或者將上層的地下水向下層運(yùn)輸，同時(shí)由于通孔511的存在同時(shí)帶動(dòng)淺層井管1外部的地下水進(jìn)入淺層井管1內(nèi)或流出淺層井管1外，達(dá)到淺層井管1外部以及內(nèi)部地下水循環(huán)平衡的目的。

中層地埋換熱管4貫穿于淺層井管1的區(qū)域?yàn)楸貐^(qū)41，中層地埋換熱管4上位于淺層井管1下方的區(qū)域?yàn)榧療釁^(qū)42，且中層地埋換熱管4位于保溫區(qū)41的周向外側(cè)設(shè)有保溫層，以減小熱量損失，可將熱量遠(yuǎn)距離高效輸送給用戶側(cè)使用。

為保證保溫效果，保溫層可以由聚氨酯保溫隔熱材料、離心玻璃棉氈、復(fù)合硅酸鹽保溫隔熱砂漿與泡沫石棉制品中的任意一種或多種組合制成。

更具體地，中層地埋換熱管4為U型管，淺層地埋換熱管2為單管雙通道超導(dǎo)管，U型管又包括第一支管和第二支管，為提高換熱效果，淺層地埋換熱管2位于第一支管和第二支管之間；中層地埋換熱管4與淺層地埋換熱管2均呈豎直設(shè)置，且隔板14上設(shè)置有相應(yīng)穿孔恰好供中層地埋換熱管4和中層地埋換熱管4穿越，中層地埋管與中層地埋換熱管4之間可以設(shè)置有連接支架以保持兩者的穩(wěn)定性，同時(shí)可避免地下水晃動(dòng)等原因造成隔板14與換熱管之間，換熱管與換熱管之間的撞擊而損壞換熱管；中層地埋換熱管4長(zhǎng)度為2000-4000米，且中層地埋換熱管4的底層溫度為60-150度；淺層井管1的深度為100-300米且淺層井管1底層溫度為10-20度；本實(shí)施例中，中層地埋換熱管4采用長(zhǎng)度為3000米，淺層井管1深度為200米。

為達(dá)到良好、快速的傳熱效果等目的，本實(shí)施例中的第一導(dǎo)熱工質(zhì)為超導(dǎo)工質(zhì)；第二導(dǎo)熱工質(zhì)為納米流體；這里的超導(dǎo)工質(zhì)具有啟動(dòng)溫度低，傳遞速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，而納米流體具有均勻，穩(wěn)定，高導(dǎo)熱等優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，該中淺層復(fù)合模式地埋管熱傳導(dǎo)裝置工作過(guò)程如下：

狀態(tài)1：關(guān)閉中層地埋換熱管4所對(duì)應(yīng)的閥門，由淺層地埋換熱管2單獨(dú)工作，淺層地埋換熱管2與淺層地下水進(jìn)行換熱，通過(guò)淺層地埋換熱管2與換熱器進(jìn)行換熱向用戶側(cè)傳熱；由于淺層地下水常年保持10-20度的恒溫狀態(tài)，其在供冷期進(jìn)行供冷，供熱期進(jìn)行供熱，應(yīng)用十分靈活；此時(shí)可同時(shí)開(kāi)啟水泵，通過(guò)引流管152將第一有孔區(qū)域11的水引流至第二有孔區(qū)域12，或者將第二有空區(qū)域的水引流至第一有孔區(qū)域11，此處以第一種情況為例進(jìn)行說(shuō)明：第一有孔區(qū)域11的水被引流至第二有孔區(qū)域12后，第一有孔區(qū)域11的水量下降，該處淺層井管1內(nèi)的水壓小于淺層井管1外部的水壓，外部地下水通過(guò)第一有孔區(qū)域11的通孔511進(jìn)入第一有孔區(qū)域11以使內(nèi)外水壓平衡，同樣的，此時(shí)第二有孔區(qū)域12由于抽吸了第一有孔區(qū)域11內(nèi)的水，水壓大于淺層井管1外部的水壓，從而通過(guò)第二有孔區(qū)域12的通孔511流出于淺層井管1的外部，以使內(nèi)外水壓平衡，而淺層井管1外部的地下水是相互連通的，在進(jìn)行上述動(dòng)作的過(guò)程中帶動(dòng)了地下水的擾動(dòng)循環(huán)，從而平衡地下水溫度，避免地下水溫度不平衡。

狀態(tài)2：關(guān)閉淺層地埋換熱管2所對(duì)應(yīng)的閥門，由中層地埋換熱管4進(jìn)行單獨(dú)工作，中層地埋換熱管4與中層地下水進(jìn)行換熱，通過(guò)中層地埋換熱管4內(nèi)的納米流體工質(zhì)向用戶側(cè)傳熱，由于用戶側(cè)換熱管與淺層地埋換熱管2內(nèi)填充的為不同工質(zhì)，所以傳熱方式采用豐混合換熱，使換熱有序進(jìn)行，同時(shí)也可以打開(kāi)水泵進(jìn)行擾動(dòng)循環(huán)，工作過(guò)程與狀態(tài)1中一致。

狀態(tài)3：同時(shí)打開(kāi)淺層地埋換熱管2和中層地埋換熱管4所對(duì)應(yīng)的閥門，使兩者同時(shí)進(jìn)行工作，中層地埋換熱管4用于對(duì)熱量需求量較大的用戶側(cè)進(jìn)行供熱，例如供應(yīng)熱水等；淺層地埋換熱管2用于熱量需求量較小的用戶側(cè)，例如20幾度的供暖/供冷需求；在投入使用時(shí)，中層地埋換熱管4收集中深層的熱量，將熱量通過(guò)納米流體向保溫區(qū)41域以及用戶側(cè)傳遞；淺層地埋換熱管2收集淺層地下能源，得到10-20度的溫度，然后在保溫區(qū)41得到中層換熱管熱量的供給，得到足夠多的熱量后向用戶側(cè)進(jìn)行傳熱，節(jié)約用戶側(cè)其他設(shè)備為調(diào)節(jié)供暖熱量所需要消耗的能量，充分利用中深層地?zé)崮?，提高熱傳遞效率，同時(shí)也可以打開(kāi)水泵進(jìn)行擾動(dòng)循環(huán)，工作過(guò)程與狀態(tài)1一致。

該裝置設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，運(yùn)行能耗低換熱效果好，不會(huì)污染地下水和土壤，且具有溫度自平衡能力；可根據(jù)具體環(huán)境和用戶側(cè)需求選擇淺層地下熱量或者深層地下熱量，以復(fù)合模式進(jìn)行熱傳導(dǎo)，給淺層補(bǔ)給熱量，提高了地?zé)崮艿睦眯?，在供?供冷、供熱水等應(yīng)用方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了淺層井管1、第一有孔區(qū)域11、第二有孔區(qū)域12、無(wú)孔區(qū)域13、隔板14、引流組件15、泵體151、引流管152、淺層地埋換熱管2、用戶側(cè)換熱器3、中層地埋換熱管4、保溫區(qū)41、集熱區(qū)42、擾動(dòng)水循環(huán)結(jié)構(gòu)5、連通組件51、通孔511等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。