本發(fā)明屬于地源熱泵領(lǐng)域，具體涉及一種封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管。

背景技術(shù)：

地?zé)崮茉醋鳛閮α烤薮?、穩(wěn)定可控、清潔環(huán)保的能源，現(xiàn)階段在我國部分地區(qū)已得到了一定規(guī)模的應(yīng)用。地?zé)崮茉吹拈_發(fā)主要是通過地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行采暖與制冷，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理就是通過同軸套管將冷/熱媒輸送至中深層地層內(nèi)進行熱交換，將熱交換后的冷/熱媒抽取至地層上的地源熱泵機組，地源熱泵機與室內(nèi)的空調(diào)末端系統(tǒng)進行熱交換，從而實現(xiàn)對建筑物的制冷或制熱。地源熱泵技術(shù)是一種高效的空調(diào)系統(tǒng)形式，在建筑供冷暖領(lǐng)域得到較大的應(yīng)用。其中地源熱泵可以分為水地源熱泵，和土壤源地源熱泵。水地源熱泵需要開鑿復(fù)數(shù)個地下水井，通過其中部分水井抽取地下水，通過另一部分水井進行回灌，其成本低，能源效率高，然而其地下水回灌不充分，甚至有些項目不進行回灌，將抽走的地下水直接排放。這種方式容易造成地面沉降，大部分地區(qū)已經(jīng)不予采用。而土壤源熱泵，是通過將垂直的埋管，埋入地下，通過埋管與土壤進行換熱，整個系統(tǒng)不影響地層結(jié)構(gòu)，也不抽取地下水，但是其換熱效率低，保溫效果差，單井所能提供的換熱量有限，為滿足建筑冷熱負(fù)荷需求，其需要打井?dāng)?shù)量大，投資成本高。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，人們進行了長期的探索，提出了各種各樣的解決方案，例如，中國專利文獻公開了一種用于地源熱泵換熱器的保溫管[申請?zhí)枺?01420866518.9]：包括用于抽取冷/熱媒的內(nèi)管，所述內(nèi)管外套設(shè)有外管，所述外管與內(nèi)管之間間隙設(shè)置，該間隙填充有保溫材料。

上述方案雖然在一定程度上緩解了換熱管體保溫效果差的問題，但是該方案依然存在著：換熱效率低，單井所能提供的換熱量有限等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種換熱效率高的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：本封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管，包括由若干自上向下設(shè)置且呈筒狀的換熱井依次直接相連或間接相連而成換熱管體，每一個換熱井均包括呈筒狀的透水濾層，所述透水濾層的周向外壁均設(shè)置有透水保護層，所述換熱管體的周向內(nèi)側(cè)設(shè)有向下延伸且具有開式U型管高位管和開式U型管低位管的開式U型管體，所述開式U型管低位管延伸至換熱管體的下端且位于開式U型管高位管下方，所述開式U型管高位管和開式U型管低位管的上端均穿過設(shè)置在換熱管體上方的不透水混凝土回灌模塊且分別延伸至不透水混凝土回灌模塊的上方并與第一外部換熱管相連接，所述開式U型管高位管下端設(shè)有高位透水結(jié)構(gòu)，所述開式U型管低位管的下端設(shè)有低位透水結(jié)構(gòu)，且所述高位透水結(jié)構(gòu)位于低位透水結(jié)構(gòu)的上方。

即本發(fā)明通過水流流動增強了地埋井系統(tǒng)的換熱能力，同時利用管道土壤的透水性，進一步提高地下冷熱量的擴散，進一步提高單井的換熱量，減少了打井?dāng)?shù)量，地埋井內(nèi)含有一組開式循環(huán)U型管，開式U型管高位管和開式U型管低位管可以采用PE或者不銹鋼材質(zhì)，其管道直徑與井設(shè)計尺寸相對應(yīng)，一般可以取DN25到DN100之間，優(yōu)選為長度100-200米，其中，不透水混凝土回灌模塊為管道的封閉模塊，為了避免管道中的水溢出地面，不透水混凝土回灌模塊的高度3-10米，透水濾層為井內(nèi)部換熱井的內(nèi)井壁，采用透水混凝土澆筑而成，主要起到透水過濾的左右，避免大顆粒沙石進入井內(nèi)，厚度在5-20mm之間，透水保護層為井內(nèi)部換熱井的外井壁，采用透水混凝土澆筑而成，主要起到保護左右。管的大小可以按實際需求不同而進行不同的設(shè)計，一般情況下可以考慮135mm到500mm之間，厚度在10-50mm之間。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述開式U型管體的一旁設(shè)置有具有閉式U型管回水管和閉式U型管出水管的閉式U型管體，且所述閉式U型管體延伸至換熱管體的下端，所述閉式U型管回水管和閉式U型管出水管的上端均穿過不透水混凝土回灌模塊且分別延伸至不透水混凝土回灌模塊的上方與第二外部換熱管相連接。即可以在地埋井內(nèi)增加一組閉式循環(huán)U型管，閉式U型管回水管和閉式U型管出水管可以采用PE或者不銹鋼材質(zhì)，其管道直徑與井設(shè)計尺寸相對應(yīng)，一般可以取DN25到DN50之間，長度0-200米。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述不透水混凝土回灌模塊與換熱管體之間設(shè)有供閉式U型管體和開式U型管體均貫穿的隔水板，且所述隔水板一側(cè)與不透水混凝土回灌模塊相連，另一側(cè)與換熱管體相連且能將換熱管體上端封閉。隔水板為換熱井內(nèi)部的井蓋，起到隔斷井內(nèi)循環(huán)水溢出的作用。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述換熱管體的周向內(nèi)部設(shè)置有用于支撐開式U型管體和/或閉式U型管體的管道支架結(jié)構(gòu)。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述管道支架結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在換熱管體中心且呈圓柱狀或圓筒狀的中心柱，所述開式U型管低位管、開式U型管高位管、閉式U型出水管和閉式U型回水管均固定于中心柱的外壁上，所述每一個中心柱的周向外側(cè)設(shè)置有若干呈扁平片狀的支撐條，所述支撐條均沿中心柱軸向設(shè)置，所述支撐條一側(cè)均設(shè)置在中心柱上，且所述支撐條的另一端固定于換熱管體的內(nèi)側(cè)壁。支撐條采用扁條型的支架，支撐條從上往下觀察的俯視面為窄條形，從而不影響水流流動。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述每一個中心柱上的支撐條的數(shù)量為四條且周向均勻設(shè)置，所述閉式U型管回水管、開式U型管低位管、閉式U型管出水管和開式U型管高位管分別順次穿設(shè)于相鄰兩個支撐條之間。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述換熱井自上向下依次同軸設(shè)置，且每一個換熱井的長度相等或不等。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述換熱井兩端均設(shè)有用于固定卡箍件的卡箍預(yù)留口，且相鄰兩個換熱井通過卡箍件直接相連；或者，相鄰兩個換熱井之間通過下管支撐套管相連，且所述下管支撐套管兩端均設(shè)有用于固定卡箍件的卡箍預(yù)留口且下管支撐套管兩端通過卡箍件與換熱井上端或下端相連。這里的下管支撐套管混凝土預(yù)制件的頂部和底部一般得需要安裝卡箍預(yù)留口，卡箍預(yù)留口可以在混凝土預(yù)制時，埋入混凝土中，在下管支撐套管外側(cè)設(shè)有套管式墊片，這樣在下管的時候給管道一定的保護和支撐作用，且套管式墊片與保護層的管徑一致，下管支撐套管材質(zhì)可以是PE、金屬管道，下管支撐套管可以將換熱管體分割成多個部分，在下管過程中對口鏈接，頂部采用卡箍與混凝土卡箍預(yù)留口連接，對于大口徑井管，可以不采用支撐，直接將換熱管體現(xiàn)場拼裝安裝。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述低位透水結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在開式U型管低位管下端管壁側(cè)部且用于抽取地下水的抽水口，所述高位透水結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在開式U型管低位管下端管壁側(cè)部且用于回灌地下水的回灌口，所述閉式U型管出水管的周向外側(cè)和開式U型管低位管的周向外側(cè)均包裹有保溫層。即回灌口與抽水口均采用管道壁面開孔的方式側(cè)向出水。

在上述的封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管中，所述換熱管體下端設(shè)有圓錐頭，且所述圓錐頭上端具有透水層，且所述開式U型管體和閉式U型管體均延伸至圓錐頭上方。這樣起到便于下管的作用。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、通過開式循環(huán)U型管和閉式循環(huán)U型管，帶動地埋井內(nèi)水流流動，以增強換熱管的換熱量，換熱效率高，換熱量大；2、管采用整體式制作后下井，提高了管體穩(wěn)定性以及降低了施工難度；3、隔熱效果好，開式循環(huán)U型管和閉式循環(huán)U型管固定牢固。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的縱剖面圖；

圖2是本發(fā)明的橫剖面圖；

圖中，換熱管體1、換熱井11、透水濾層111、透水保護層112、開式U型管體2、開式U型管高位管21、開式U型管低位管22、抽水口221、回灌口222、保溫層223、不透水混凝土回灌模塊3、隔水板4、閉式U型管體5、閉式U型管回水管51、閉式U型管出水管52、下管支撐套管6、管道支架結(jié)構(gòu)7、中心柱71、支撐條72、卡箍預(yù)留口8、圓錐頭9、透水層91。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本封閉式內(nèi)井循環(huán)換熱管包括由若干自上向下設(shè)置且呈筒狀的換熱井11依次直接相連或間接相連而成換熱管體1，每一個換熱井11均包括呈筒狀的透水濾層111，透水濾層111的周向外壁均設(shè)置有透水保護層112，換熱管體1的周向內(nèi)側(cè)設(shè)有向下延伸且具有開式U型管高位管21和開式U型管低位管22的開式U型管體2，開式U型管低位管22延伸至換熱管體1的下端且位于開式U型管高位管21下方，開式U型管高位管21和開式U型管低位管22的上端均穿過設(shè)置在換熱管體1上方的不透水混凝土回灌模塊3且分別延伸至不透水混凝土回灌模塊3的上方并與第一外部換熱管相連接，開式U型管高位管21下端設(shè)有高位透水結(jié)構(gòu)，開式U型管低位管22的下端設(shè)有低位透水結(jié)構(gòu)，且高位透水結(jié)構(gòu)位于低位透水結(jié)構(gòu)的上方，其中，低位透水結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在開式U型管低位管22下端管壁側(cè)部且用于抽取地下水的抽水口221，高位透水結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在開式U型管低位管22下端管壁側(cè)部且用于回灌地下水的回灌口222，閉式U型管出水管52的周向外側(cè)和開式U型管低位管22的周向外側(cè)均包裹有保溫層223，即回灌口222與抽水口221均采用管道壁面開孔的方式側(cè)向出水。

即本發(fā)明通過水流流動增強了地埋井系統(tǒng)的換熱能力，同時利用管道土壤的透水性，進一步提高地下冷熱量的擴散，進一步提高單井的換熱量，減少了打井?dāng)?shù)量，地埋井內(nèi)含有一組開式循環(huán)U型管2，開式U型管高位管21和開式U型管低位管22可以采用PE或者不銹鋼材質(zhì)，其管道直徑與井設(shè)計尺寸相對應(yīng)，一般可以取DN25到DN100之間，優(yōu)選為長度100-200米，其中，不透水混凝土回灌模塊3為管道的封閉模塊，為了避免管道中的水溢出地面，不透水混凝土回灌模塊3的高度3-10米，透水濾層111為井內(nèi)部換熱井的內(nèi)井壁，采用透水混凝土澆筑而成，主要起到透水過濾的左右，避免大顆粒沙石進入井內(nèi)，厚度在5-20mm之間，透水保護層112為井內(nèi)部換熱井的外井壁，采用透水混凝土澆筑而成，主要起到保護左右。管的大小可以按實際需求不同而進行不同的設(shè)計，一般情況下可以考慮135mm到500mm之間，厚度在10-50mm之間。

進一步地，為了增大換熱量，這里的開式U型管體2的一旁設(shè)置有具有閉式U型管回水管51和閉式U型管出水管52的閉式U型管體5，且閉式U型管體5延伸至換熱管體1的下端，閉式U型管回水管51和閉式U型管出水管52的上端均穿過不透水混凝土回灌模塊3且分別延伸至不透水混凝土回灌模塊3的上方與第二外部換熱管相連接，即可以在地埋井內(nèi)增加一組閉式循環(huán)U型管5，閉式U型管回水管51和閉式U型管出水管52可以采用PE或者不銹鋼材質(zhì)，其管道直徑與井設(shè)計尺寸相對應(yīng)，一般可以取DN25到DN50之間，長度0-200米，這樣增加換熱效率。這里的不透水混凝土回灌模塊3與換熱管體1之間設(shè)有供閉式U型管體5和開式U型管體2均貫穿的隔水板4，且隔水板4一側(cè)與不透水混凝土回灌模塊3相連，另一側(cè)與換熱管體1相連且能將換熱管體1上端封閉，隔水板4為換熱井11內(nèi)部的井蓋，起到隔斷井內(nèi)循環(huán)水溢出的作用。

更進一步地，這里的換熱管體1的周向內(nèi)部設(shè)置有用于支撐開式U型管體2和/或閉式U型管體5的管道支架結(jié)構(gòu)7，這樣起到固定開式U型管體2和閉式U型管體5的作用，其中，這里的管道支架結(jié)構(gòu)7包括設(shè)置在換熱管體1中心且呈圓柱狀或圓筒狀的中心柱71，開式U型管低位管22、開式U型管高位管21、閉式U型管回水管51和閉式U型管出水管52均固定于中心柱71的外壁上，每一個中心柱71的周向外側(cè)設(shè)置有若干呈扁平片狀的支撐條72，支撐條72均沿中心柱71軸向設(shè)置，支撐條72一側(cè)均設(shè)置在中心柱71上，且支撐條72的另一端固定于換熱管體1的內(nèi)側(cè)壁，支撐條72采用扁條型的支架，支撐條72從上往下觀察的俯視面為窄條形，從而不影響水流流動，為了分局更加合理，這里的每一個中心柱71上的支撐條72的數(shù)量為四條且周向均勻設(shè)置，閉式U型管回水管51、開式U型管低位管22、閉式U型管出水管52和開式U型管高位管21分別順次穿設(shè)于相鄰兩個支撐條72之間。

這里的換熱井11自上向下依次同軸設(shè)置，且每一個換熱井11的長度相等或不等，這里的換熱井11兩端均設(shè)有用于固定卡箍件的卡箍預(yù)留口8，且相鄰兩個換熱井11通過卡箍件直接相連；或者，相鄰兩個換熱井11之間通過下管支撐套管6相連，且下管支撐套管6兩端均設(shè)有用于固定卡箍件的卡箍預(yù)留口8且下管支撐套管6兩端通過卡箍件與換熱井11上端或下端相連，這里的下管支撐套管6混凝土預(yù)制件的頂部和底部一般得需要安裝卡箍預(yù)留口8，卡箍預(yù)留口8可以在混凝土預(yù)制時，埋入混凝土中，在下管支撐套管6外側(cè)設(shè)有套管式墊片，這樣在下管的時候給管道一定的保護和支撐作用，且套管式墊片與保護層的管徑一致，下管支撐套管6材質(zhì)可以是PE、金屬管道，下管支撐套管6可以將換熱管體分割成多個部分，在下管過程中對口鏈接，頂部采用卡箍與混凝土卡箍預(yù)留口連接，對于大口徑井管，可以不采用支撐，直接將換熱管體現(xiàn)場拼裝安裝，套管支撐件也可以采用波紋軟管，波紋軟管外部附帶鋼結(jié)構(gòu)件，作為管道受力支撐件，在下管過程中，將鋼結(jié)構(gòu)件固定，承擔(dān)管道重力

另外，為了便于施工時下管，換熱管體1下端設(shè)有圓錐頭9，且圓錐頭9上端具有透水層91，且開式U型管體2和閉式U型管體5均延伸至圓錐頭9上方。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(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換熱管體1、換熱井11、透水濾層111、透水保護層112、開式U型管體2、開式U型管高位管21、開式U型管低位管22、抽水口221、回灌口222、保溫層223、不透水混凝土回灌模塊3、隔水板4、閉式U型管體5、閉式U型管回水管51、閉式U型管出水管52、下管支撐套管6、管道支架結(jié)構(gòu)7、中心柱71、支撐條72、卡箍預(yù)留口8、圓錐頭9、透水層91等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語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。