利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法

摘要

本发明公开一种利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法。本发明提供的地源热泵换热装置包括：供水管、回水管和多个换热单元。各换热单元沿竖直方向层叠设置在地源施工场地的开挖坑内。本发明在水平盘管式换热器上下铺设的相变土工布和土工网格，不仅增加地下土体的热/冷储能量，还可以提升土体和地埋换热管的热转换率，提高地源热泵系统与土体的换热效率。同时，相变土工布和土工网格还能起到增强土体强度的作用，对土体有很好的加固效果。本发明提供的地源热泵换热装置的施工方法，操作工序简单，且地源热泵系统不用单独占用大量的面积或者额外的土地，节省了城市中宝贵的土地资源，降低了热泵系统的运行成本，有利于地源热泵的推广和应用。

权利要求

1.一种地源热泵换热装置，所述换热装置包括：供水管、回水管和多个换热单元；各所述换热单元沿竖直方向层叠设置在地源施工场地的开挖坑内，其特征在于，所述换热单元包括：填充有回填土的土工网格，所述土工网格的导热系数大于100W/(m·K)，所述土工网格上铺设有相变土工布，所述相变土工布上铺设有水平盘管式换热器，所述水平盘管式换热器的换热管之间填充有回填土，所述水平盘管式换热器上铺设有所述相变土工布；

各所述水平盘管式换热器的进水端与所述供水管连通；

各所述水平盘管式换热器的回水端与所述回水管连通。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述水平盘管式换热器包括至少两组并联的换热管。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，所述换热管为水平循环U型铜管。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述相变土工布为土工布复合相变材料。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述土工网格为金属土工网格或碳纤维土工网格。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述土工网格的高度大于或者等于

10cm。

7.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述回填土为原状土或添加有相变材料的改良土。

8.一种地源热泵换热装置的施工方法，其特征在于，所述施工方法用于权利要求1-7任一项所述的地源热泵换热装置，所述施工方法包括：步骤1：在安装地源热泵换热装置的场地进行开挖；

步骤2：在开挖坑的最底层铺设一层土工网格；

步骤3：铺一层回填土，使回填土填充整个土工网格；

步骤4：在土工网格上面铺设一层相变土工布；

步骤5：在相变土工布上铺设水平盘管式换热器；

步骤6：在水平盘管式换热器上铺一层回填土；

步骤7：铺设一层相变土工布，返回所述步骤2。

说明书

利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地源换热技术领域，特别是涉及一种利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法。

背景技术

[0002] 地源热泵技术是利用地下稳定适宜的温度，通过输入少量的电能，冬天可以把地下的热量提取出来应用到室内供暖，夏天可以将室内的多余热量传递到地下达到制冷的目的。地源热泵技术属于可再生能源利用技术，节能环保，所以其得到了越来越广泛的应用。

[0003] 目前，虽然地源热泵技术在我国已获得了较大应用，但由于地源热泵技术本身的特性限制，随之而来的问题也逐渐显现。现如今的地源热泵系统中，主要可分为垂直式和水平式两种类型。垂直式地源热泵通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在20m～100m深的岩土体与土壤中进行冷热交换，其需要周围有一定的空地，热泵系统施工难度大，且前期投入成本高。而对于水平式地源热泵，主要通过水平埋置于地表面以下的闭合换热系统与土壤进行冷热交换，虽然该热泵系统施工难度相对较小，但占地面积较大，并且浅层土体温度变化不稳定，换热效率低。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法，不仅可以增加地下土体的热/冷储能量，还可以提升土体和地埋换热管的热转换率，提高地源热泵系统与土体的换热效率。同时，相变土工布和土工网格还能起到增强土体强度的作用，对土体有很好的加固效果。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0006] 一种地源热泵换热装置，所述换热装置包括：供水管、回水管和多个换热单元；其中，

[0007] 各所述换热单元沿竖直方向层叠设置在地源施工场地的开挖坑内；

[0008] 所述换热单元包括：填充有回填土的土工网格，所述土工网格的导热系数大于100W/(m·K)，所述土工网格上铺设有相变土工布，所述相变土工布上铺设有水平盘管式换热器，所述水平盘管式换热器的换热管之间填充有回填土，所述水平盘管式换热器上铺设有所述相变土工布；

[0009] 各所述水平盘管式换热器的进水端与所述供水管连通；

[0010] 各所述水平盘管式换热器的回水端与所述回水管连通。

[0011] 可选的，所述水平盘管式换热器包括至少两组并联的换热管。

[0012] 可选的，所述换热管为水平循环U型铜管。

[0013] 可选的，所述相变土工布为土工布复合相变材料。

[0014] 可选的，所述土工网格为金属土工网格或碳纤维土工网格。

[0015] 可选的，所述土工网格的高度大于或者等于10cm。

[0016] 可选的，所述回填土为原状土或添加有相变材料的改良土。

[0017] 一种地源热泵换热装置的施工方法，所述施工方法用于所述的地源热泵换热装置，所述施工方法包括：

[0018] 步骤1：在安装地源热泵换热装置的场地进行开挖；

[0019] 步骤2：在开挖坑的最底层铺设一层土工网格；

[0020] 步骤3：铺一层回填土，使回填土填充整个土工网格；

[0021] 步骤4：在土工网格上面铺设一层相变土工布；

[0022] 步骤5：在相变土工布上铺设水平盘管式换热器；

[0023] 步骤6：在水平盘管式换热器上铺一层回填土；

[0024] 步骤7：铺设一层相变土工布，返回所述步骤2。

[0025] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0026] 本发明提供的地源热泵换热装置包括：供水管、回水管和多个换热单元。各换热单元沿竖直方向层叠设置在地源施工场地的开挖坑内。换热单元包括：填充有回填土的土工网格，土工网格的导热系数大于100W/(m·K)，土工网格上铺设有相变土工布，相变土工布上铺设有水平盘管式换热器，水平盘管式换热器的换热管之间填充有回填土，水平盘管式换热器上铺设有相变土工布。本发明在水平盘管式换热器上下铺设的相变土工布和土工网格，不仅可以增加地下土体的热/冷储能量，还可以提升土体和地埋换热管的热转换率，提高地源热泵系统与土体的换热效率。同时，相变土工布和土工网格还能起到增强土体强度的作用，对土体有很好的加固效果。

[0027] 本发明提供的地源热泵换热装置的施工方法，操作工序简单，且地源热泵系统不用单独占用大量的面积或者额外的土地，节省了城市中宝贵的土地资源，降低了热泵系统的运行成本，有利于地源热泵的推广和应用。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的结构示意图；

[0030] 图2为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的剖面图；

[0031] 图3为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的施工方法的流程图。

具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 本发明的目的是提供一种利用相变储能的地源热泵换热装置及施工方法，不仅可以增加地下土体的热/冷储能量，还可以提升土体和地埋换热管的热转换率，提高地源热泵系统与土体的换热效率。同时，相变土工布和土工网格还能起到增强土体强度的作用，对土体有很好的加固效果。

[0034] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0035] 图1为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的结构示意图。图2为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的剖面图。如图1和图2所示，所述换热装置包括：供水管7、回水管8和多个换热单元。

[0036] 各所述换热单元沿竖直方向层叠设置在地源施工场地的开挖坑内。

[0037] 所述换热单元包括：填充有回填土4的土工网格3，所述土工网格3的导热系数大于100W/(m·K)，所述土工网格3上铺设有相变土工布2，所述相变土工布2上铺设有水平盘管式换热器1，所述水平盘管式换热器1的换热管之间填充有回填土4，所述水平盘管式换热器
1上铺设有所述相变土工布2。本实施例中，所述相变土工布2的材料为土工布复合相变材料。所述回填土4可选为原状土或添加有相变材料，如相变微胶囊的改良土。

[0038] 各所述水平盘管式换热器1的进水端与所述供水管7连通。各所述水平盘管式换热器1的回水端与所述回水管8连通。实际应用中，各所述水平盘管式换热器1可采用串联、并联或者串并联的方式连接后，再与供水管7和回水管8连接。

[0039] 为了提高换热效率，所述水平盘管式换热器1包括至少两组并联的换热管。本实施例中，所述换热管为水平循环U型铜管。

[0040] 实际应用中，所述土工网格3可选为金属土工网格3、石墨土工网格3或碳纤维土工网格3，其高度大于或者等于10cm。

[0041] 地源热泵换热装置通过供水管7和回水管8连接着控制室5内的地源热泵，地源热泵通过供水管7和回水管8与用户末端6构成循环回路。所述换热装置仅为地源热泵的一种地下换热系统，其可以与太阳能集热器等各种地源热泵的其他补偿系统配合使用。

[0042] 本发明还提供了一种地源热泵换热装置的施工方法。图3为本发明实施例提供的一种地源热泵换热装置的施工方法的流程图。如图3所示，所述施工方法用于所述的地源热泵换热装置，所述施工方法包括：

[0043] 步骤1：在安装地源热泵换热装置的场地进行开挖；

[0044] 步骤2：在开挖坑的最底层铺设一层土工网格3；

[0045] 步骤3：铺一层回填土4，使回填土4填充整个土工网格3；

[0046] 步骤4：在土工网格3上面铺设一层相变土工布2；

[0047] 步骤5：在相变土工布2上铺设水平盘管式换热器1；

[0048] 步骤6：在水平盘管式换热器1上铺一层回填土4；

[0049] 步骤7：铺设一层相变土工布2，返回所述步骤2。

[0050] 本发明利用相变储能材料和土工网格不仅可以增加地下土体的热/冷储能量，还可以提升土体和地埋管的热转换率，促进地源热泵系统与土体的换热效率。另外，本发明设置的相变纤维土工布和金属土工网格，除了有效的提升热工性能外，还能起到增强土体强度的作用，对土体有很好的加固效果。并且，该地源热泵换热装置，地下换热土回填施工操作工序简单，且不用单独占大面积或者额外的土地，从而节省了城市中宝贵的土地资源，降低了热泵系统的运行成本，有利于地源热泵在城市的推广和应用。

[0051] 因此，综合考虑，本发明的优点在于不但能减少施工难度，降低前期成本，同时也能够提高地源热泵的换热效率；减少土地使用面积；加固土体强度。从而节省了城市中宝贵的土地资源，降低了热泵系统的运行成本，有利于地源热泵在城市中的推广和应用。

[0052] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0053] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。