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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410653341.9 (22)申请日 2014.11.17 F25B 30/06(2006.01) F24J 3/08(2006.01) (71)申请人湖南凌天科技有限公司 地址 411000 湖南省湘潭市雨湖区北二环线 先锋工业园1698号 (72)发明人李明 (54) 发明名称 不用回填的地源热泵地埋管换热器 (57) 摘要 针对现有的技术偏见，本发明提供了一种不 用回填的地源热泵地埋管换热器，在地埋管换热 孔中的常年地下水位以下部分留空，不用回填沙 土回填材料或者其他专用灌浆回填材料，即在常 年静水位以下的地埋管换热管的进水。
2、管道与出水 管道之间以及换热管和孔壁之间不用填充回填材 料，通过地下径流水的作用，增强地埋管换热器的 换热性能，减少了钻孔数量，简化了施工工序，降 低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回 填灌浆夯实的费用，社会效益和经济效益非常明 显。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104457028 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104457028 A 1/1页 2 1.不用回填的地源热泵地埋管换热器，由多个地埋管换热孔组成，其特征在于，地埋管 换热孔中有地埋管换热。
3、管。 2.根据权利要求l所述的不用回填的地源热泵地埋管换热器，其特征在于，地埋管换 热管设置在钻孔内，在常年静水位以上部分的地埋管换热管的进水管道与出水管道之间以 及地埋管换热管道与孔壁之间填充回填材料。 3. 根据权利要求l和权利要求2所述的不用回填的地源热泵地埋管换热器，其特征在 于，地埋管换热管设置在钻孔内，在常年静水位附近有挡岩土装置。 权 利 要 求 书CN 104457028 A 1/4页 3 不用回填的地源热泵地埋管换热器 技术领域 0001 本发明涉及土壤源热泵空调领域，具体为一种土壤源地源热泵地埋管换热器。 背景技术 0002 土壤源热泵空调系统通过地埋管换热器吸收地下土壤中。
4、的冷量和热量，实现建筑 制冷供热，比常规空调供暖系统高效节能，是一项极具发展前途的可再生能源利用新技术。 0003 地埋管换热器是土壤源热泵系统特有的设施，是关系到系统建设初投资和整体运 行效率的最关键的部分。地埋管换热器的建设费用一般约占系统总建设费用的2030%， 这使土壤源热泵建设费用高于常规空调系统。由于地下土壤的恒温性，地埋管换热器吸收 冷热量的效率高于常规系统，这决定了土壤源热泵空调系统具有的运行节能效果。由于地 埋管换热器的建设成本很高，对地埋管换热器的技术改进主要体现在提高地埋管换热器性 能，降低系统建设费用。 0004 影响地埋管换热性能的因素除了岩土体的导热性能外，最主要的。
5、就是孔内的地埋 管形式和回填材料。现有的回填材料分为普通导热系数的回填材料（如原浆回填）和高导 热系数的回填材料。高导热系数的回填材料可以降低钻孔内换热热阻。中国发明专利说明 书CN102351475公开了一种地源热泵专用灌浆回填材料，这种灌浆回填材料中含有金属及 其化合物组份，使导热系数提高到2.85. 6W/m-K。现有的提高地下埋管换热器热性能的 手段，如上述专利文献，都是从优化回填材料、增强回填材料的密实度等角度出发，千方百 计配制导热系数大的回填材料，千方百计提高地埋管回填材料的密实度，即使在南方地下 水丰富的地方，勘测发现存在地下径流的情况下，也没有考虑或者很少考虑地下水对换热 器。
6、的影响，仍然是使用各种回填材料回填，并且同样要求尽量回填密实。 0005 地埋管换热器一般由多个地埋管换热孔组成，地埋管换热孔内布置地埋管换热 管，并在地埋管换热孔内的换热管之间和换热管与孔壁之间填充回填材料，迄今为止，没有 不需要回填的地埋管换热孔。 0006 众所周知，水在4时的导热系数为0.58 W/m-K，水在30时的导热系数为0.62 W/m-K，虽然在非金属液体中，水的导热系数最大，且其导热系数随温度升高而略有增加。但 是，一般回填沙土材料的导热系数在0.9-3.8W/m-K，水的导热系数和一般沙土回填材料相 比，仍然要小得多，水的导热系数太小，水不是一种合适的回填材料，所以，业内。
7、人士普遍认 为，地埋管必须进行回填，即地埋管必须使用沙土等回填材料或者其他专用灌浆回填材料 进行回填，回填越密实越好。 0007 本公司通过大量的实地检测分析证明，这是一种技术偏见。 发明内容 0008 针对现有的技术偏见，本发明提供了一种不用回填的地源热泵地埋管换热器，由 多个地埋管换热孔组成，其特征在于，地埋管换热孔中放置有地埋管换热管，在常年静水位 以下的地埋管换热孔中留空，不用填充回填材料。即地埋管换热器一般由多个地埋管换热 说 明 书CN 104457028 A 2/4页 4 孔组成，地埋管换热孔内布置地埋管换热管，在地埋管换热孔内的换热管之间或者换热管 与孔壁之间都不用填充回填材料。
8、。 0009 在地下水位较高，存在地下径流的情况下，如果在地埋管换热孔中回填了回填材 料，不仅没有提高地埋管的换热量，反而阻碍了地埋管的换热，降低了地埋管的换热系数， 也就是减少了地埋管单位井深换热量。 0010 本发明的目的在于，通过在地埋管换热孔中的常年地下水位以下部分留空，不用 回填沙土回填材料或者其他专用灌浆回填材料，由此增强地埋管换热器的换热性能，减少 了钻孔数量，简化了施工工序，降低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回填灌浆夯 实的费用，社会效益和经济效益非常明显。 0011 不用回填的地源热泵地埋管换热器，由多个不用回填的地源热泵地埋管换热孔组 成，而每个地源热泵地埋管换热孔。
9、，根据孔中是否有回填材料可以分成上下两个部分。 0012 施工中，在钻孔洗孔工序完成后，将地埋管换热管设置在钻孔内，打压检漏合格， 再进入下一步工序。 0013 在地下水常年静水位以下，这部分不用填充沙土等回填材料，也不用填充其他专 用灌浆回填材料，地埋管换热管的进水管道与出水管道之间是地下水而不是回填材料，钻 孔壁与地埋管换热管之间也是地下水而不是回填材料。即地埋管换热管设置在钻孔内，在 常年静水位以下的地埋管换热管不用填充回填材料。 0014 在南方地下水量丰富的地区，一般都存在地下径流的现象，也就是说地下水是流 动的，不用回填的地源热泵地埋管换热孔中有地埋管换热管和流动的地下水，与回填沙。
10、土 的地埋管换热管相比，由于没有回填密实的沙土的阻碍作用，流动的地下水可以及时把换 热孔中的热量带走，从而可以加强换热管的热传递，很好地改善地埋管换热管的换热性能。 通过我们大量的实地测试证明，存在有地下径流的情况下，不回填的地埋管换热器和填充 密实的使用沙土回填材料的地埋管换热器相比，单位井深换热量大很多，从而可以减少换 热管的长度，即可以减少钻孔数量，降低工程造价。而且，有过地埋管换热器实际施工经验 的技术人员都知道，由于地埋管的口径一般在110-150mm左右，和地埋管60-100米的深度 比起来实在是太小了，这导致了回填非常困难，地埋管越深，回填越困难，为了达到设计要 求的密实度，施工。
11、人员必须花费大量的人力物力，事实上，这部分回填材料的材料人工费用 和工作不仅无效，反而降低了换热效果，劳民伤财。 0015 在地下水常年静水位以上，没有足够的地下水参与换热，这部分填充沙石等回填 材料，或者填充其他专用灌浆回填材料，地埋管换热管的进水管道与出水管道之间是回填 材料，钻孔壁与地埋管换热管之间也是回填材料，要求回填尽量密实，保证换热管道和岩土 体之间的换热效果。作为一种特殊情况，埋管位置地下水位很高，几乎和地面持平，则上部 分的回填材料和中间的挡岩土装置都可以全部取消，整个换热孔中都不用填充回填材料。 0016 在地下水常年静水位附近，设置有挡岩土装置，施工时可以绑扎在换热管上，或。
12、者 采用其他方式固定在适当位置，主要作用是隔离上下两部分，保证上部沙土回填材料在回 填、夯实施工过程中和施工完成后不会掉落到换热孔下部的地下水中。挡岩土装置可以是 PE、PP等有机材料，也可以是不锈钢网、混凝土、钢筋混凝土、石块、泥巴等无机材料，还可以 是两种或者多种材料的组合。挡土材料可以做成板状、面团状、丝网状、鸟窝状等各种形状， 也可以直接使用PE管的废料折叠缠绕而成。 说 明 书CN 104457028 A 3/4页 5 0017 本发明的有益技术效果体现在：不用回填的地源热泵地埋管，和常规的地源热泵 地埋管相比，不用回填沙土回填材料或者其他专用灌浆回填材料，由此增强了地埋管换热 管的。
13、换热性能，减少了钻孔数量，简化了施工工序，加快了施工进度、节省了施工作业时间， 降低了施工成本，同时节省了大量的回填材料和回填灌浆夯实的费用，社会效益和经济效 益非常明显。 0018 本发明中所述的常年静水位，可以通过现场实测或者查找该区域的地勘资料或其 他地质调查资料确定。该地源热泵地埋管换热器的埋管区域，一般是枯水季节的地下水的 最低静水位，在某些工程中，也可以是丰水季节的静水位，或者年平均的地下水静水位。 附图说明 0019 图l是本发明不用回填的地源热泵地埋管换热器的示意图。 0020 在附图中：1.地埋管换热管的进水管道、2.地埋管换热管的出水管道、3.沙土回 填材料、4.挡岩土装置。
14、、5.地下水、6.孔壁。 具体实施方式 0021 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。下列具体实施方式中的打压检漏及其操作流程，是所有地埋 管都应该进行的确保施工质量的技术措施，是否进行打压检漏都属于本发明专利覆盖范 围。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 0022 具体实施方式一：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成， 如图l所示，地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中 灌满水，进行打压检漏合格，在换热管道1、2的适当位置4处（在地下水5的常年静水位。
15、处）， 使用PE管的废料折叠缠绕成网状的挡岩土装置4固定在换热管上。在钻孔洗孔工序完成 后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。然后将沙 土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置 以下。换热孔中，挡岩土装置4以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管 道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁 6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。 0023 具体实施方式二：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成， 如图l所示，地埋管。
16、施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2 中灌满水，进行打压检漏合格，在换热管道1、2的适当位置4处（在地下水5的常年静水位 处），使用1-2根PE管的短废料作为挡岩土装置4固定在换热管上。在钻孔洗孔工序完成 后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。然后将沙 土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置 以下。换热孔中，挡岩土装置4以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管 道1、地埋管换热管的出水管道2和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁 6范围内有地埋管换热管的进水管道。
17、1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。 0024 具体实施方式三：作为一种不够精确的施工方式，不用回填的地源热泵地埋管换 热器由多个地埋管换热孔组成，在换热管道上没有挡岩土装置4。在钻孔洗孔工序完成后， 说 明 书CN 104457028 A 4/4页 6 将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格。向换热孔中 投入泥巴团或者土块，卡住换热管道和孔壁，然后将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于泥 巴团或者土块的遮挡作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置以下。换热孔中，泥巴团或者 土块以上部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水 管道2。
18、和回填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管 的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。 0025 具体实施方式四：不用回填的地源热泵地埋管换热器由多个地埋管换热孔组成， 地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进 行打压检漏合格。在钻孔洗孔工序完成后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置 在钻孔内，再次打压检漏合格。然后用一根绳子系住挡岩土装置4，伸入到换热孔中，下沉 到适当深度（在地下水5的常年静水位处），再将沙土回填材料3灌入测试孔中，由于挡岩土 装置4的作用，回填材料3不会下沉到挡岩土装置4以下。
19、。换热孔中，挡岩土装置4以上部 分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道2和回 填材料3；挡岩土回填装置4以下部分，在换热孔孔壁6范围内有地埋管换热管的进水管道 1、地埋管换热管的出水管道2，没有回填材料3。 0026 具体实施方式五：如果埋管位置地下水位很高，几乎和地面持平，则不用回填的地 源热泵地埋管换热器不需要分成上下两个部分，在地埋管施工时，预先焊接好地源热泵地 埋管换热管道1、2，并在换热管道1、2中灌满水，进行打压检漏合格。在钻孔洗孔工序完成 后，将预先打压检漏合格的地埋管换热管1、2放置在钻孔内，再次打压检漏合格，然后直接 封闭地埋管口。在整个换热孔内有地埋管换热管的进水管道1、地埋管换热管的出水管道 2，没有回填材料3。 说 明 书CN 104457028 A 1/1页 7 图1 说 明 书 附 图CN 104457028 A 。