專利名稱：地下水庫式地?zé)釗Q能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬空調(diào)節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域，尤其是涉及一種地下水庫式地?zé)釗Q能裝置技術(shù)。
發(fā)明背景地球表面水源和土壤是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層地能，包括地下水、地壤、或地表水等的既可供熱又可制冷的高效建筑節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)，通過輸入少量的高品位電能，可實現(xiàn)低溫位能量向高溫位能量的轉(zhuǎn)移，其中，水源熱泵是利用了地球表面或淺層水源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)之無愧地成為可再生能源一種形式。水源熱泵技術(shù)利用地下水以及地表水源的過程當(dāng)中，因存在地下水回灌的成本問題和地表水受環(huán)境溫度影響較大以及換熱對水體生態(tài)環(huán)境的影響等問題，使其應(yīng)用受到了一定的限制。
土壤埋管式熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的又一種方式，通過埋設(shè)土壤換熱器來實現(xiàn)載熱介質(zhì)與巖壤的換熱，如在冬季供熱過程中，載熱介質(zhì)從地下收集熱量，再通過系統(tǒng)把熱量帶到室內(nèi)；夏季制冷時系統(tǒng)逆向運行，即從室內(nèi)帶走熱量，再通過系統(tǒng)將熱量送到地下巖土中。因此，土壤埋管式熱泵系統(tǒng)保持了地下水源熱泵利用大地作為冷熱源的優(yōu)點，同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質(zhì)，是一種具有更大發(fā)展前途的可持續(xù)發(fā)展建筑節(jié)能新技術(shù)，埋地管式循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置可用作土壤埋管式熱泵系統(tǒng)的一個前端耦合部分，通常，按埋地?fù)Q熱器埋管方式分為水平埋管、垂直埋管及螺旋盤管，這種地源熱泵系統(tǒng)對土壤換熱器的材質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求比較高，其中，水平埋管占地面積較大，需要開挖，因此埋管深度淺，受地表氣溫、太陽輻射等因素影響較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性低；垂直埋管受地表環(huán)境溫度影響小，但埋管深，采用高承壓聚乙烯塑料U型管時相應(yīng)的地孔鉆掘費用及相關(guān)材料費用增加，螺旋管占地面積小，投資相對較小，但需要開挖，換熱效果不及垂直埋管，介于前兩者之間，由于土壤埋管式熱泵系統(tǒng)投資較其它地源熱泵方式要高，所以這種系統(tǒng)一般適用于面積比較小的居住類單體建筑，在大型工程中應(yīng)用相對困難。
例如中國專利ZL200420015826.7公開了一種采用地下淺層埋管汲取熱源的“淺層土壤地溫水源熱泵”，該裝置由熱泵機組和配置供水泵的循環(huán)水管及串接于循環(huán)水管中水平埋設(shè)于地下的地溫?fù)Q熱管組成，利用地溫?fù)Q熱管取代打豎井及在孔中埋設(shè)塑料管換熱器為水源熱泵提供水源，以解決現(xiàn)行水源熱泵回灌困難及造成地下水資源丟失的問題。由于該裝置采用了水平埋設(shè)于地下的淺層埋管地溫?fù)Q熱管，使得該裝置極易受地表環(huán)境溫度的影響，裝置的運行穩(wěn)定性較差，裝置的施工影響面積和地下占地面積較大，開挖施工還對地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成不利的影響，因此，只適用于使用設(shè)置要求較低、應(yīng)用面積較小的居住類單體建筑和建筑密度較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，不適合在建筑面積密度較大的城市和大型工程中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種換熱性能受地面環(huán)境溫度影響小而穩(wěn)定、能擴大單位面積上地?zé)釗Q熱能量級別、并適用于大中型空調(diào)節(jié)能工程應(yīng)用的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，使得其在土壤換熱器設(shè)置深度加深的同時，其地下部分結(jié)構(gòu)的施工簡便，施工影響面積或占地面積減小，同時，裝置能適合于在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，與現(xiàn)有對應(yīng)的埋地管淺層水平埋管技術(shù)相比應(yīng)能降低施工費用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，采用地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個或一個以上的地下水庫，地下水庫經(jīng)埋地管連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入地?zé)釗Q熱循環(huán)回路。
所述的地下水庫經(jīng)埋地管的連通，可以是一個地下水庫的上、下水層間經(jīng)分隔后設(shè)置換熱埋地管的相互連通、或是一個以上的地下水庫間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。所述的埋地管可以是直線管的、或是曲線管。所述的埋地管是經(jīng)非開挖方式埋設(shè)的，其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米。所述的埋地管表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。所述的所述的載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體。所述的埋地管可所述的載熱介質(zhì)的液體可是水、或礦物質(zhì)溶液、或乳化液。所述的埋地管可所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源。所述的地下水庫的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲水層的深度。所述的一個或一個以上的地下水庫是經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫。采暖模式下，所述的蒸發(fā)器及制冷時冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補償。
本實用新型的優(yōu)點是由于采用了地下水庫與埋地管組合的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，可使得換熱器設(shè)置深度加深，裝置受地面環(huán)境溫度的影響減小，單位面積上儲能容量得到大幅度增加，因而可適合于大中型建筑節(jié)能工程的應(yīng)用，并且，由于其地下結(jié)構(gòu)可適于采用非開挖方式進行深層施工作業(yè)，使得施工較為簡單，與對應(yīng)的現(xiàn)有淺層水平埋管技術(shù)相比，施工影響面積或占地面積減小，同時，裝置能適合在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，能減少施工費用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。


圖1是本實用新型地下水庫式地?zé)釗Q能裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例中地下水庫采用螺旋盤管型曲線連通換熱埋地管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是地下水庫、埋地管及連接管道的實施例平面連接示意圖。
具體實施方式
按圖1所示，本實用新型地下水庫式地?zé)釗Q能裝置實施例之一由埋地管1、地下水庫2、載熱介質(zhì)3、循環(huán)管路4、循環(huán)泵5、換熱單元6、儲能水箱7、保濕滲水管8等組成，其中，循環(huán)管路4中包括除污裝置411、溫度傳感器412、流量調(diào)節(jié)閥413、流量計414等組成。土壤換熱器部分包括了埋地管和地下水庫。
地下水庫包括一個或一個以上的地下水庫，可采用經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫。地下水庫經(jīng)埋地管連通，是指一個地下水庫2的上下水層間經(jīng)圖2中所示的分隔板201分隔后設(shè)置換熱埋地管1的相互連通、或是指經(jīng)圖3中所示的一個以上的地下水庫間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。對于單個地下水庫，埋地管的相互連通是指上、下層間經(jīng)直線埋地管或曲線埋地管方式的相互連通，對于一個以上的地下水庫，是指地下水庫間經(jīng)直線埋地管或曲線埋地管方式的相互連通。埋地管設(shè)置在地下水庫的供水與回水管口附近，冷、熱液流管是循環(huán)管路的一部分，載熱介質(zhì)分別經(jīng)通入地下水庫底部或頂部的冷、熱液流管流入換熱循環(huán)回路，從而形成如圖1所示的一個初級地?zé)釗Q熱的循環(huán)回路，所述的換熱循環(huán)回路可以設(shè)置在地面或地下安裝室的建筑結(jié)構(gòu)中。
初級地?zé)釗Q熱循環(huán)回路包括埋地管1、地下水庫2、載熱介質(zhì)3、初級循環(huán)管路4、初級循環(huán)泵5、換熱單元或其偶合端6等，初級地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還可連接儲能水箱7；次級換熱循環(huán)回路包括換熱單元的另一個偶合端6、次級循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、次級循環(huán)管路等，換熱裝置的循環(huán)換熱是通過初級地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中的初級地?zé)釗Q熱循環(huán)、以及與初級地?zé)釗Q熱循環(huán)回路相偶合的次級換熱循環(huán)回路中的循環(huán)換熱這兩個循環(huán)實現(xiàn)的，其中，上述兩個換熱循環(huán)回路中的換熱單元、循環(huán)泵和循環(huán)管路都可設(shè)置在地面或地下。
埋地管可采用金屬管或塑料管，表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料，金屬管的表面可經(jīng)金屬化學(xué)鍍或金屬表面涂塑等防腐處理，此外，也可采用高分子材料如高壓聚乙烯的螺紋管等。所述的埋地管是采用非開挖方式如水平鉆管方式埋設(shè)的，施工中先通過挖掘或爆炸成形的方法形成地下水庫，然后，利用地下水庫的空間設(shè)置小型非開挖水平導(dǎo)向埋管鉆機，完成埋地管的非開挖埋管施工，埋地管間其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米，最佳的相鄰間隔A為3到4米，具體根據(jù)土壤組成與地下的濕度控制條件而決定，一般地下埋設(shè)層的濕度狀況下，如選擇埋地管的間隔為3米，可以取得較好的換熱效率。地下水庫的最佳設(shè)置深度是距地表G以下第一儲水層的深度H左右，以取得巖土換熱層較理想的換熱濕度，此外，埋地管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設(shè)置吸水保濕填料，當(dāng)?shù)谝粌λ畬虞^深時，可在埋地管換熱影響區(qū)內(nèi)可按一定的間隔距離夯壓或鉆管設(shè)置保濕滲水管8，定時從地面灌水用于保持埋地管設(shè)置深度上換熱影響區(qū)域的傳熱濕度，以利于提高地?zé)釗Q熱的效率。
參見圖3所示給出了多個地下水庫、埋地管及連接管道之間的的一個平面連接示意圖，通常，地下水庫的供水與回水管口最適合分別設(shè)置在其頂端或底端附近，除了在每個地下水庫的供水與回水管口附近設(shè)置埋地管外，相鄰的地下水庫之間也可水平設(shè)置換熱連通埋地管，多個地下水庫可組成地下水庫的矩陣排列，由于采用了爆炸成形的地下固壁水庫，其相互間的換熱連通埋地管設(shè)置施工便可以利用地下水庫的容積空間，經(jīng)設(shè)置小型的非開挖鉆機進行鉆進與頂管或拉管實現(xiàn)埋管施工，并且，從地下水庫引出的換熱連通埋地管的鉆進與埋管可以采用直線管連通、或曲線管如圓弧型或螺旋盤管型(Φ)的曲線連通(參見圖2)，后者可使得土壤換熱器的換熱容量大大增加。又參見圖3地下水庫可先經(jīng)地面輸送管道作串接、并接或者混合連接后再與循環(huán)回路相連接。
地?zé)釗Q熱循環(huán)回路可設(shè)置在地下安裝室中，以免除建筑占地與地面環(huán)境溫度等對裝置保溫的不良影響，有利于通過土壤層等的隔聲與隔熱保溫性能屏蔽循環(huán)泵工作時產(chǎn)生的噪聲并提高換熱裝置的換熱效率，與現(xiàn)有設(shè)置在地面的地下水循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置相比可以最大限度地降低換熱效率損耗。循環(huán)泵可以采用潛水泵或抽水泵，當(dāng)采用潛水泵時，最有利于降低工作噪聲和摩擦散熱，有利于延長泵的工作壽命與裝置的可靠性。
換熱單元包括一個或一個以上的換熱單元。換熱單元可包括換熱器、散熱器、蒸發(fā)器、冷凝器和熱泵，換熱單元可以是散熱器如采暖用的散熱片、或是冷卻器如制冷用的風(fēng)機盤管、或是換熱器如板式或板翅式的液-液或液-氣換熱器，其選用根據(jù)載熱介質(zhì)被用作熱源或冷源而定。
所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路可以是開式的的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中可帶有儲存地表能源的儲能水箱。參見圖1所示，當(dāng)?shù)叵滤畮炫c循環(huán)回路間的初級地?zé)釗Q熱循環(huán)回路采用開式的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路時，初級的地?zé)釗Q熱循環(huán)閉式回路中可帶有儲存地表能源的儲能水箱7，地下水庫中的載熱介質(zhì)經(jīng)抽水泵儲入開式的儲能水箱7后，可在重力作用下回流進行換熱循環(huán)、或可通過設(shè)置增壓泵將載熱介質(zhì)進行回灌。當(dāng)?shù)叵滤畮炫c循環(huán)回路間采用閉式換熱回路時，其循環(huán)回路中可帶有排氣閥與儲能罐。
所述的載熱介質(zhì)可以采用人工儲入地下水庫的地表水、或是礦物質(zhì)溶液、或是乳化液等載熱介質(zhì)。循環(huán)泵可以采用抽水泵，當(dāng)載熱介質(zhì)為液體或液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體時，抽水泵可采用蠕動泵，這樣便可不破壞其中的固態(tài)相變儲能材料。
所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的載熱介質(zhì)可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源，以此進一步提升為高位的能量源供作終級裝置使用。采暖模式下，蒸發(fā)器及制冷時冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補償，因此，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還可帶有加熱水箱。地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源。
采暖模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下水庫上端的上層水層經(jīng)熱液流管或循環(huán)管道輸向地面G，經(jīng)地面的換熱單元換熱后流回相同或不同的地下水庫下端底部；制冷模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下水庫下端的下層水層經(jīng)冷液流管或循環(huán)管道輸向地面G，經(jīng)地面的換熱單元換出冷量后流回相同或不同的地下水庫的上部。如此，通過換熱循環(huán)不斷地送出地下的可再生能源。
儲入載熱介質(zhì)時，可以根據(jù)不同的地表資源，譬如利用地面反季節(jié)使用的載熱介質(zhì)預(yù)先經(jīng)季節(jié)自然環(huán)境溫度調(diào)溫后儲能輸入地下水庫中，例如，夏季可經(jīng)電控開關(guān)閥K切換后從地下水庫的底部取水上送供制冷，其開式的地表能源儲能水箱7內(nèi)儲備的大量夏季熱水可回灌送入地下水庫的上層水層供作反季節(jié)時利用，冬季時相反，可抽取地下水庫上層的熱水供作采暖熱源，將其地表能源儲能水箱7內(nèi)儲備的大量冬季冰水回灌送入地下水庫的底層水層供作反季節(jié)時利用，為了更有效的利用地下水庫儲存冷熱資源，還可采用多個地下子水庫進行冷熱分類隔離儲存，如此，可最大程度地反季節(jié)利用地表季節(jié)性天然能源資源。
權(quán)利要求1.地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個或一個以上的地下水庫，地下水庫經(jīng)埋地管連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入地?zé)釗Q熱循環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的地下水庫經(jīng)埋地管的連通，可以是一個地下水庫的上、下水層間經(jīng)分隔后設(shè)置換熱埋地管的相互連通、或是一個以上的地下水庫間經(jīng)設(shè)置換熱埋地管的相互連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管可以是直線管的、或是曲線管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管是經(jīng)非開挖方式埋設(shè)的，其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管表面可帶有翅片，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的載熱介質(zhì)包括液體及液體中含有固態(tài)相變儲能材料液態(tài)流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的埋地管可所述的地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中供作熱源或冷源的液流可作為終級的熱源或冷源、或作為次級的熱源或冷源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的地下水庫的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲水層的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，所述的一個或一個以上的地下水庫是經(jīng)爆炸成形的地下固壁水庫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，其特征在于，采暖模式下，所述的蒸發(fā)器及制冷時冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下水庫循環(huán)換熱回路，采暖模式下切換后可經(jīng)太陽能集熱器增溫補償。
專利摘要采用地下水庫式地?zé)釗Q能裝置，由埋地管、換熱單元、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、循環(huán)管路等組成地?zé)釗Q熱循環(huán)回路，其特征在于，地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還包括一個或一個以上的地下水庫，地下水庫經(jīng)埋地管相互連通、并分別經(jīng)冷、熱液流管接入換熱循環(huán)回路。由于采用了地下水庫與埋地管組合的循環(huán)地?zé)釗Q熱裝置，可使得換熱器設(shè)置深度加深，裝置受地面環(huán)境溫度的影響減小，單位面積上儲能容量得到大幅度增加，因而可適合于大中型建筑節(jié)能工程的應(yīng)用，并且，由于其地下結(jié)構(gòu)可適于采用非開挖方式進行深層施工作業(yè)，使得施工較為簡單，與對應(yīng)的現(xiàn)有淺層水平埋管技術(shù)相比，施工影響面積或占地面積減小，同時，裝置能適合在城市等建筑密集地帶施工與安裝使用，能減少施工費用、縮短施工周期，并能免除開挖施工對地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響。
文檔編號F25B30/06GK2800177SQ200520040449
公開日2006年7月26日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者潘戈 申請人:潘戈