專利名稱：循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫及其建造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬可再生能源與環(huán)保節(jié)能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫及其建造方法。
背景技術(shù)：
地表水源和土壤是一個(gè)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可再生能源，包括地下水、土壤、或地表水等的高效循環(huán)換熱系統(tǒng)，通過向熱泵輸入少量的高品位能源，獲取大量低溫位能量向高溫位能量的轉(zhuǎn)移輸出。
現(xiàn)有熱泵技術(shù)中采用的主要形式是空氣源熱泵、水源熱泵或地源熱泵，其中，地表水源如江河水源或深井水源是水源熱泵的主要換熱來源，應(yīng)用江河水源時(shí)，因在需要采暖的冬季從江河水源的下部大量吸取熱量或在需要制冷的夏季從江河水源的下部大量排放出熱量，會(huì)對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成冷熱污染和不良影響。應(yīng)用深井水源時(shí)，深井回灌水源熱泵由于向地下回灌比取水要困難，此外，還有地下水源，應(yīng)用地下水源時(shí)受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的限制較大，地下水文地質(zhì)條件的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響很大，系統(tǒng)難以大規(guī)模復(fù)制生產(chǎn)。水源熱泵技術(shù)在利用地下水以及地表水源中，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(duì)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。
土壤埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的一種方式，通過埋設(shè)土壤換熱器來實(shí)現(xiàn)載熱介質(zhì)與巖土的換熱，不存在冷熱污染等不良影響。埋地?fù)Q熱管式循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫可用作土壤埋管式熱泵系統(tǒng)的一個(gè)前端耦合部分，通常分為水平埋管、垂直埋管及螺旋盤管，其中，最有效的土壤埋管設(shè)置方法是利用開挖埋管或每相隔一定間距垂直埋設(shè)一個(gè)地下U形管的方式設(shè)置土壤埋管，這些技術(shù)在北美各國已經(jīng)得到大量使用，被證實(shí)能夠用來解決諸如建筑空調(diào)與熱水的能源供應(yīng)問題(參見“地源熱泵的節(jié)能機(jī)理”，太陽能學(xué)報(bào)vol.25，No.1)，其中，水平開挖埋管的方式如中國專利ZL200420015826.7所公布的“淺層土壤地溫水源熱泵”，由于需要進(jìn)行大量的土方作業(yè)而成本劇增，已不常使用，螺旋管埋管也需要開挖埋管，換熱效果不及U形管垂直埋管；非開挖埋管的方式僅靠U形管土壤埋管進(jìn)行換熱，對(duì)土壤換熱器的材質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求比較高，因此效率不夠高，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(duì)困難，且垂直埋管的地下鉆孔深度大、工程周期長、成本高，通常地下鉆孔工程費(fèi)用要占到整個(gè)工程的50％，特別是在城市中應(yīng)用時(shí)，因建筑與公共設(shè)施密集分布使施工非常不便，且由于城市土地價(jià)格昂貴，進(jìn)行上述工程作業(yè)建造土壤埋管除了受地面建筑間距的影響較大外還占用了大量地表面積，并且，U形管土壤加熱器還受到近地表層土壤段大量接觸傳熱的不利影響，許多場(chǎng)合下的應(yīng)用都受到限制。
綜上所述，由于現(xiàn)有技術(shù)還存在著上述種種缺陷與使用限制，為了更好地解決利用大地儲(chǔ)熱等可再生能源提供建筑空調(diào)與熱水能源供應(yīng)及生產(chǎn)所需的低位冷熱能源的大規(guī)模推廣應(yīng)用問題，還需要從新的角度來考慮對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的制約進(jìn)行全面的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之一的目的在于提供一種比現(xiàn)有土壤埋地?fù)Q熱管技術(shù)換熱性能更穩(wěn)定的，占地面積小、施工費(fèi)用低、施工周期短，并適宜于在城市大中型地源熱泵節(jié)能工程中施工與使用的，可采用非開挖方式建造與大規(guī)模推廣應(yīng)用的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫。
本發(fā)明之一是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用一種循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，由一個(gè)或以上的經(jīng)非開挖方式建造在地下的地下液庫、載熱介質(zhì)、埋地?fù)Q熱管、循環(huán)輸送管路等組成，地下液庫內(nèi)的載熱介質(zhì)中聚集儲(chǔ)存有包括地?zé)崮茉趦?nèi)的自然界冷量或熱量，埋地?fù)Q熱管連接于地下液庫之間或地下液庫的上、下液層間，循環(huán)輸送管路的輸送管道設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中。所述的載熱介質(zhì)包括液體或液體中含有固態(tài)儲(chǔ)能物質(zhì)的液態(tài)流體或液體與固體的組合，其中，液體包括水、乳化液、水性溶液或化合物溶液。所述的地下液庫的砂漿固壁層內(nèi)表面、或是地下液庫的埋管或頂管的內(nèi)管表面上可敷設(shè)保護(hù)載熱介質(zhì)的隔離保護(hù)層，所述的地下液庫內(nèi)可設(shè)置柔性的薄膜內(nèi)襯溶液袋。所述的經(jīng)非開挖方法建造的地下液庫是經(jīng)爆炸成形和砂漿固壁法建筑的地下液庫、或是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管或頂管法建筑的地下液庫，所述的地下液庫的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲(chǔ)水層的深度。所述的埋地?fù)Q熱管是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管法在地下直線鉆探埋設(shè)的可彎管、或半硬管或硬管，或是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管法在地下彎曲成型鉆探埋設(shè)的可彎管或半硬管，所述的埋地?fù)Q熱管的相鄰埋設(shè)間隔A的范圍在1.5到6米。所述的埋地?fù)Q熱管的材質(zhì)可以采用金屬、或是高分子塑料、或是玻璃纖維、或是上述材料的組合所制成，埋地?fù)Q熱管的表面可帶有增強(qiáng)換熱的翅片或翅紋，所述的翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。所述的設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中的循環(huán)輸送管路中還帶有輸送泵，地下液庫內(nèi)載熱介質(zhì)中儲(chǔ)存的冷、熱量經(jīng)循環(huán)輸送管路直接或間接連接于地面終端使用裝置進(jìn)行循環(huán)換熱。
本發(fā)明之一的優(yōu)點(diǎn)是由于采用了地下儲(chǔ)能液庫與埋地?fù)Q熱管組合的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，使得地下?lián)Q熱設(shè)置深度加大，地下儲(chǔ)存的載熱介質(zhì)與地表的溫差大、儲(chǔ)存的能量也大，與利用江河作為冷熱水源的方法相比，避免了對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的熱污染與不良影響；又由于采用非開挖方式進(jìn)行深層施工，埋地?fù)Q熱管連接于地下液庫之間或地下液庫的上、下液層間，施工費(fèi)用與周期減少，與現(xiàn)有U形管土壤埋管技術(shù)相比，施工影響面積或占地面積減小，適合在城市大中型地源熱泵節(jié)能工程中施工與使用，能免除開挖施工對(duì)地面結(jié)構(gòu)與環(huán)境造成的不利影響，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用；還由于循環(huán)輸送管路的輸送管道設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中，避免了類似U形管土壤加熱器中受近地表層土壤段大量接觸傳熱的不利影響，系統(tǒng)換熱效率與穩(wěn)定性都得到很大提高。
本發(fā)明之二的目的在于提供一種適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用的采用非開挖方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法。
本發(fā)明之二的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用非開挖方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，其特征在于，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先采用樁孔機(jī)械形成地下安裝炸藥的孔洞，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(2)后采用爆炸形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的地下液庫及經(jīng)爆炸進(jìn)行地下液庫的擴(kuò)孔，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(3)再通過爆炸使得炸藥外經(jīng)砂漿包設(shè)置的砂漿形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(4)又經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)或以上的地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管；(5)地下液庫經(jīng)與連通地面的輸送連通管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。
所述的形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層的砂漿，除了采用標(biāo)準(zhǔn)的混凝土砂漿外還可以采用固化灰漿、黏土混凝土、水泥膨潤土、塑性混凝土、自凝灰漿、纖維混凝土、聚合物混凝土的砂漿。所述的砂漿包是在底端封閉的塑料纖維或玻璃纖維制成的條型管帶內(nèi)灌入了通過爆炸形成固壁層的砂漿。
本發(fā)明之二的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用了樁孔機(jī)械并配以采用泵吸排水，使得地下炸藥安裝孔洞的施工工效大幅度提高，且工藝適用性好，施工適應(yīng)地區(qū)不受限制；又由于采用了爆炸形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的地下液庫及經(jīng)爆炸進(jìn)行地下液庫的擴(kuò)孔并配以采用泵吸排水，使得施工操作簡(jiǎn)便、工效提高成本降低；還由于采用了通過爆炸使得炸藥外經(jīng)砂漿包設(shè)置的砂漿形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層，并經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)或以上的地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管，使得施工工效提高，與利用地下埋設(shè)U型管土壤換熱器作為冷熱源的方法相比，工期縮短和成本降低，可適應(yīng)各種不同的土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地下水位施工條件及建造各種中小型的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。
本發(fā)明之三的目的在于提供另一種適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用的采用非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法。
本發(fā)明之三的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，其特征在于，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式鋪設(shè)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(2)后經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)以上的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(3)再作管道式地下液庫容腔兩端的完全封閉，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(4)采用樁孔機(jī)械形成地下安裝輸液管道的孔洞，管道式地下液庫經(jīng)與連通地面的輸液管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。
本發(fā)明之三的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用了先經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式鋪設(shè)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫，并配以采用泵吸排水，地下結(jié)構(gòu)建造的適應(yīng)性幾乎不受地面建筑與通常地質(zhì)條件的限制；又由于采用了經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)以上的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管，循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的建造容積可以做的較大，能適應(yīng)大型建筑的地下空調(diào)儲(chǔ)能等配套與利用地下空腔大規(guī)模儲(chǔ)存的應(yīng)用場(chǎng)合；此外，管道式地下液庫最后作容腔兩端的完全封閉并配以采用泵吸排水，使得施工適應(yīng)地區(qū)不受限制，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用；采用樁孔機(jī)械形成地下安裝輸液管道的孔洞，則管道式地下液庫經(jīng)與連通地面的輸液管路相連接可使得循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫既可與地面應(yīng)用終端相連、又可與地面應(yīng)用終端相分離設(shè)置，配套方式靈活方便。
在達(dá)到相同的系統(tǒng)土壤換熱能力下，采用本發(fā)明的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫和建造地下液庫的方法與現(xiàn)有埋設(shè)U型管作為地源熱泵進(jìn)行對(duì)比，應(yīng)用在輸出功率50KWH以上的大中型工程中相比較有如下有益結(jié)果(1)可節(jié)省地表的占地面積10倍以上；(2)運(yùn)行成本降低30％以上；(3)采用爆炸成形和砂漿固壁方法或是非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管或頂管方法建筑地下液庫的施工，比U型管土壤鉆孔埋管施工工期可縮短60％以上，施工成本降低30％以上；(4)地下液庫經(jīng)埋地?fù)Q熱管路與地面應(yīng)用終端裝置連通，由于儲(chǔ)能容量大，使得循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫無論與地面應(yīng)用終端相連或相分離一定距離時(shí)，都不受近地表層土壤段大量接觸傳熱損失的不利影響，配套方式適應(yīng)性強(qiáng)和使用方便；(5)進(jìn)行大規(guī)模推廣復(fù)制應(yīng)用時(shí)，系統(tǒng)輸出效率穩(wěn)定，不受地下巖土層含水量高低變化的影響，且可適合于絕大部分地區(qū)和水文條件下的施工。
以下通過實(shí)施例及


對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

圖1是本發(fā)明采用爆炸成型與砂漿固壁建造的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中地下儲(chǔ)能液庫采用螺旋盤管型曲線連通埋地?fù)Q熱管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是用爆炸成型與砂漿固壁建造的地下儲(chǔ)能液庫、埋地?fù)Q熱管及連接管道的實(shí)施例平面連接示意圖；圖4是用非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管或頂管建造的地下儲(chǔ)能液庫又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是用集中裝藥爆炸形成球形空腔時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是用集中裝藥爆炸形成的球形空腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是用柱形裝藥爆炸形成柱形空腔時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是用柱形裝藥爆炸形成柱形空腔時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是對(duì)球形空腔采用砂漿爆炸噴漿固壁時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是對(duì)柱形空腔采用砂漿爆炸噴漿固壁時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例之一按圖1至圖3所示，本發(fā)明的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫實(shí)施例之一由一個(gè)或以上的經(jīng)非開挖方式建造在地下的地下液庫1、埋地?fù)Q熱管2、載熱介質(zhì)3、循環(huán)輸送管路4、人孔5、孔蓋6、保濕滲水管7、儲(chǔ)能水箱8、內(nèi)襯溶液袋13、吸水保濕填料14等組成，其中，地下液庫1包括分隔板111，循環(huán)輸送管路4可分為初級(jí)循環(huán)輸送管路和次級(jí)循環(huán)輸送管路，前者中包括除污裝置411、溫度傳感器412、流量調(diào)節(jié)閥413、流量計(jì)414、輸送管道415、輸送泵416、換熱單元417。
循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫包括一個(gè)或以上的地下液庫，可采用經(jīng)爆炸成形的地下固壁液庫。埋地?fù)Q熱管連接于地下液庫的上、下液層間或地下液庫之間是指按圖2所示的包括在同一個(gè)地下液庫外的上、下部分間設(shè)置了螺旋曲線埋地?fù)Q熱管埋設(shè)與連接，或是圖1與圖3所示的在一個(gè)以上的地下液庫間設(shè)置了直線埋地?fù)Q熱管埋設(shè)與連接，其中，單個(gè)地下液庫的上下水層間經(jīng)圖2中所示的帶孔的分隔板111分隔以減少上下層的換熱對(duì)流。
埋地?fù)Q熱管設(shè)置在地下儲(chǔ)能液庫的供水與回水管口附近，冷、熱液流管是循環(huán)輸送管路的一部分，載熱介質(zhì)分別經(jīng)通入地下儲(chǔ)能液庫底部或頂部的冷、熱液流管流入循環(huán)輸送管路，形成如圖1所示的單個(gè)初級(jí)地?zé)釗Q熱的循環(huán)輸送回路。
初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路包括埋地?fù)Q熱管、地下儲(chǔ)能液庫、載熱介質(zhì)、初級(jí)循環(huán)輸送管路、循環(huán)泵、換熱單元或其偶合端等，初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中還可連接儲(chǔ)能水箱8；次級(jí)換熱循環(huán)回路包括換熱單元的另一個(gè)偶合端、循環(huán)泵、載熱介質(zhì)、次級(jí)循環(huán)輸送管路等，循環(huán)換熱是通過初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路中的初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)、以及與初級(jí)地?zé)釗Q熱循環(huán)回路相偶合的次級(jí)換熱循環(huán)回路中的循環(huán)換熱這兩個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)的，其中，上述兩個(gè)換熱循環(huán)回路中的換熱單元、循環(huán)泵和循環(huán)輸送管路都可設(shè)置在地面或地下。
所述的埋地?fù)Q熱管可采用金屬管、或塑料管或是上述材料的組合，其表面可帶有翅片或增強(qiáng)換熱的翅紋，翅片間可設(shè)置吸水保濕填料14，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。
埋地?fù)Q熱管是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下直線鉆探埋設(shè)的硬管，或是可經(jīng)彎曲埋管成型的可彎管或半硬管，所述的埋地?fù)Q熱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儲(chǔ)能液庫，然后，利用地下儲(chǔ)能液庫的空間設(shè)置小型非開挖水平導(dǎo)向埋管鉆機(jī)，完成埋地?fù)Q熱管的非開挖埋管施工，埋地?fù)Q熱管間其相鄰間隔A的范圍在1.5到6米，最佳的相鄰間隔Λ為3至4米，具體根據(jù)土壤組成與地下的濕度控制條件決定，一般地下埋設(shè)層的濕度狀況下，如選擇間隔為3米，可以取得較好的換熱效率。
經(jīng)上述非開挖方法建造在地下的儲(chǔ)能液庫，其地下液庫間可經(jīng)埋地?fù)Q熱管相互連通而組合成的同一個(gè)水系的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫群。地下儲(chǔ)能液庫的最佳設(shè)置深度是距地表G以下第一儲(chǔ)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?fù)Q熱管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設(shè)置吸水保濕填料，當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)水層較深時(shí)，可在埋地?fù)Q熱管換熱影響區(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7，定時(shí)從地面灌水用于保持埋地?fù)Q熱管設(shè)置深度上換熱影響區(qū)域的傳熱濕度，以利于提高循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫的地?zé)釗Q熱效率。
參見圖3所示給出了多個(gè)地下儲(chǔ)能液庫、埋地?fù)Q熱管及連接管道之間的的一個(gè)平面連接示意圖，通常，地下儲(chǔ)能液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(gè)地下儲(chǔ)能液庫的供水與回水管口附近設(shè)置埋地?fù)Q熱管外，相鄰的地下儲(chǔ)能液庫之間也可水平設(shè)置換熱連通埋地?fù)Q熱管，多個(gè)地下儲(chǔ)能液庫可組成地下儲(chǔ)能液庫的矩陣排列，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?fù)Q熱管設(shè)置施工便可以利用地下儲(chǔ)能液庫的容積空間，經(jīng)設(shè)置小型的非開挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)與頂管或拉管實(shí)現(xiàn)埋管施工，并且，從地下儲(chǔ)能液庫引出的換熱連通埋地?fù)Q熱管的鉆進(jìn)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地下儲(chǔ)能液庫可先經(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(duì)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(shí)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熱式地下儲(chǔ)能液庫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(shí)，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(gè)或以上的換熱單元。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(jī)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。
循環(huán)輸送管路4的輸送管道415設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中，采用直接連接時(shí)，地下液庫內(nèi)載熱介質(zhì)中儲(chǔ)存的冷量或熱量經(jīng)循環(huán)輸送管路循環(huán)輸送管路中的輸送泵416直接連接于地面終端使用裝置如風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行循環(huán)換熱，采用間接連接時(shí)，地下液庫內(nèi)載熱介質(zhì)中儲(chǔ)存的冷量或熱量經(jīng)液流輸送泵和換熱單元如換熱器或熱泵等后間接連接于地面終端使用裝置進(jìn)行循環(huán)換熱。
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(chǔ)存地表能源的儲(chǔ)能水箱。參見圖1所示，當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)能液庫與循環(huán)回路間的初級(jí)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(shí)，初級(jí)的地?zé)釗Q熱循環(huán)閉式回路中可帶有儲(chǔ)存地表能源的儲(chǔ)能水箱8，地下儲(chǔ)能液庫中的載熱介質(zhì)經(jīng)抽水泵儲(chǔ)入開式的儲(chǔ)能水箱8后，可在重力作用下回流進(jìn)行換熱循環(huán)、或可通過設(shè)置增壓泵將載熱介質(zhì)進(jìn)行回灌。當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)能液庫與循環(huán)回路間采用閉式換熱回路時(shí)，其循環(huán)回路中可帶有排氣閥與儲(chǔ)能罐。
載熱介質(zhì)中聚集儲(chǔ)存有包括地?zé)崮茉趦?nèi)的自然界冷量或熱量，所述的載熱介質(zhì)是儲(chǔ)能載熱介質(zhì)，包括液體或液體中含有固態(tài)儲(chǔ)能物質(zhì)的液態(tài)流體或液體與固體的組合，其中，液體包括水、乳化液、水性溶液如甲醇水溶液或化合物溶液如水合鹽磷酸氫二鈉的溶液，固態(tài)儲(chǔ)能物質(zhì)包括相變儲(chǔ)熱維膠囊，固體可為經(jīng)過表面處理的膨脹石墨相變材料等。循環(huán)輸送泵可以采用抽水泵，當(dāng)載熱介質(zhì)為液體或液體中含有固態(tài)相變儲(chǔ)能材料液態(tài)流體時(shí)，抽水泵可采用蠕動(dòng)泵，這樣便可不破壞其中的固態(tài)相變儲(chǔ)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(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源，以此進(jìn)一步提升為高位的能量源供作終級(jí)裝置使用。采暖模式下，蒸發(fā)器及制冷時(shí)冷凝器經(jīng)換熱器切換連接地下儲(chǔ)能液庫循環(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(bǔ)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(jí)的熱源或冷源、或作為次級(jí)的熱源或冷源。
采暖模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下儲(chǔ)能液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儲(chǔ)能液庫下端底部；制冷模式下，其載熱介質(zhì)的換熱循環(huán)是從地下儲(chǔ)能液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儲(chǔ)能液庫的上部，不斷地送出地下的可再生能源。
地下液庫與地面間保留爆炸成形時(shí)設(shè)置的送藥孔洞，為了便于日后的維修維護(hù)進(jìn)出，可將此孔洞經(jīng)擴(kuò)孔設(shè)置成直徑約660毫米的人孔5，因冷、熱液流管設(shè)置在該人孔內(nèi)，地面出口處設(shè)有封閉的孔蓋6，因此，避免了采用U型管土壤埋地方式中與表層土壤段接觸傳熱的不利影響，可適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
可采循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫除了采用經(jīng)爆炸成形的一個(gè)或以上的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，還用如圖4所示的經(jīng)非開挖水平鉆進(jìn)與頂管方式埋管鋪設(shè)的、適于建造直徑大于600毫米以上的封閉管狀容腔式循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，封閉管狀容腔式循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫的管徑增大時(shí)還可在地下液庫上設(shè)置直徑約660毫米的人孔供作日后的維修維護(hù)進(jìn)出，所述的封閉管狀容腔是金屬管、或塑料管、或玻璃纖維管、或是上述的組合、或鋼筋混凝土預(yù)制管，金屬管如采用鋼管時(shí)，其內(nèi)外表面均可經(jīng)表面防腐蝕涂層處理，用作地下儲(chǔ)能液庫時(shí)，其埋管孔內(nèi)還可設(shè)置吸水保濕填料以利加強(qiáng)換熱。
經(jīng)非開挖方法建造的地下液庫是經(jīng)爆炸成形和砂漿固壁方法建筑的地下液庫、或是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管或頂管方法建筑的地下液庫(參見圖4所示)。地下液庫的砂漿固壁層內(nèi)表面、或是地下液庫的埋管或頂管的內(nèi)管表面上可敷設(shè)保護(hù)載熱介質(zhì)的隔離保護(hù)層，對(duì)砂漿固壁層的表面敷設(shè)可保護(hù)載熱介質(zhì)或水源等儲(chǔ)存物免受砂漿中有害物質(zhì)逸出的不良影響?？梢圆捎玫谋砻嫱扛哺綦x保護(hù)層包括耐油的瓷面聚胺脂漆、耐水的無毒水性丙烯酸漆或防水涂料等等隔離保護(hù)層。
為了更好地預(yù)防地下液庫內(nèi)壁材料中有害物質(zhì)的逸出和載熱介質(zhì)的泄漏，所述的地下液庫內(nèi)可設(shè)置柔性的薄膜內(nèi)襯溶液袋13，如采用橡塑等柔性材料制作的薄膜內(nèi)襯溶液袋，其尺寸與形狀與地下液庫的內(nèi)部形狀相配，通過人孔進(jìn)行安放與更換，用以盛放灌入的載熱介質(zhì)。
儲(chǔ)入載熱介質(zhì)時(shí)，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(chǔ)能輸入地下儲(chǔ)能液庫中，例如，夏季可經(jīng)電控開關(guān)閥K切換后從地下儲(chǔ)能液庫的底部取水上送供制冷，其開式的地表能源儲(chǔ)能水箱7內(nèi)儲(chǔ)備的大量夏季熱水可回灌送入地下儲(chǔ)能液庫的上層水層供作反季節(jié)時(shí)利用，冬季時(shí)相反，可抽取地下儲(chǔ)能液庫上層的熱水供作采暖熱源，將其地表能源儲(chǔ)能水箱7內(nèi)儲(chǔ)備的大量冬季冰水回灌送入地下儲(chǔ)能液庫的底層水層供作反季節(jié)時(shí)利用，為了更有效的利用地下儲(chǔ)能液庫儲(chǔ)存冷熱資源，還可采用多個(gè)地下儲(chǔ)能子液庫進(jìn)行冷熱分類隔離儲(chǔ)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。
本發(fā)明實(shí)施例之二的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的建造方法如圖5至圖10所示，包括地下液庫1、裝藥孔或人孔5、引爆線9、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)爆索10、砂漿11、砂漿包12、炸藥15、雷管16，其中，地下液庫1包括地下液庫的球形空腔結(jié)構(gòu)112或地下液庫的柱形空腔結(jié)構(gòu)113，采用非開挖方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先采用樁孔機(jī)械形成地下安裝炸藥的孔洞1，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水。用樁孔機(jī)械形成地下安裝炸藥的孔洞時(shí)可采用銑抓鉆法工藝，即上部風(fēng)化砂用液壓銑削，中部砂卵石用抓斗抓取，下部塊球體及基巖用沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)，旋挖(或沖抓)樁孔機(jī)械，主要用于打孔，多頭鉆(亦稱為垂直軸型回轉(zhuǎn)式成槽機(jī))和旋挖(或沖抓)樁孔鉆機(jī)，另加擴(kuò)孔與設(shè)置井臺(tái)沉井處理。為了便于日后的維修維護(hù)進(jìn)出，可將此孔洞經(jīng)擴(kuò)孔設(shè)置成直徑約660毫米的人孔5。
鉆孔中可采用的自凝灰漿是用水泥、膨潤土、緩凝劑和水配制而成的一種漿液，在地下連續(xù)鉆挖過程中，它起固壁泥漿的作用，鉆孔完成后，混入地層中土砂顆粒的漿液能自行凝結(jié)成防水的低強(qiáng)度的柔性墻體。此外，為提高井臺(tái)與沉井接頭接縫處的防滲能力，采用加設(shè)橡膠止水帶的工藝。
(2)后采用爆炸形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的地下液庫及經(jīng)爆炸進(jìn)行地下液庫的擴(kuò)孔，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水。
首先通過爆炸成形初始空腔，所述爆炸成形初始空腔，分為球形空腔112和柱形空腔113兩種情況，其中球形空腔由集中裝藥方式爆炸形成，其炸藥的裝藥量及裝藥深度分別由下式確定
(A)根據(jù)球形空腔半徑確定裝藥量R=KQ3]]>Q＝(R/K)3式中R——球形空腔半徑，單位mK——系數(shù)，單位m/kg1/3Q——裝藥量，單位kg.
系數(shù)k取值范圍0.1至0.9，對(duì)強(qiáng)度較高的巖石k取小值，對(duì)強(qiáng)度較小的巖石和土壤k取大值，Q是炸藥TNT的重量，采用其他炸藥時(shí)可換算成TNT炸藥當(dāng)量，采用能量更高的烈性炸藥如乳化炸藥時(shí)，炸藥的裝藥量可以減少，這對(duì)于減小裝藥孔徑尺寸和減少鉆孔施工成本都是有利的。
(B)計(jì)算裝藥深度W≥Q/q13]]>式中W——裝藥中心到地表的最小距離，單位mq1——系數(shù)，單位kg/m3Q——裝藥量，單位kg。
系數(shù)q1是根據(jù)炸藥品種，裝藥密度和土巖介質(zhì)的性質(zhì)所確定的常數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)得出，TNT裝藥密度為1.1g/cm3時(shí)，q1＝0.01至0.3，對(duì)強(qiáng)度低、容重小的土巖q1取小值，對(duì)強(qiáng)度高、容重大的土巖q1取大值其中柱形空腔由柱形裝藥方式爆炸形成，其炸藥的裝藥量及裝藥深度分別由下式確定(C)跟據(jù)圓柱空腔半徑確定裝藥量R＝kr式中R——圓柱空腔半徑，單位mK——系數(shù)r——裝藥半徑，單位m.
系數(shù)K根據(jù)土巖介質(zhì)的性質(zhì)，炸藥品種，裝藥密度所確定的常數(shù)；對(duì)于TNT炸藥裝藥密度為1.1g/cm3時(shí)，K＝1.2至40，強(qiáng)度高的巖石K取小值，對(duì)強(qiáng)度低的巖石和土壤K取大值。
(D)計(jì)算裝藥深度 h＝q2H式中h——裝藥深度，單位mq2——系數(shù)H——鉆孔深度，單位m.
系數(shù)q2是根據(jù)炸藥品種、裝藥密度與鉆孔直徑確定的常數(shù)，由試驗(yàn)得到，對(duì)于TNT裝藥密度為1.1g/cm3時(shí)，q2＝0.5至0.9。當(dāng)裝藥半徑較小時(shí)q2取大值，當(dāng)裝藥半徑較大時(shí)q2取小值。
(E)計(jì)算裝藥量 Q＝πr2hρ式中Q——裝藥量，單位kgr——裝藥半徑，單位mh——裝藥深度，單位mρ——裝藥密度單位kg/m3。
在實(shí)際操作過程中，所述球形初始空腔常需分次擴(kuò)腔完成；首次用小藥量，爆炸后形成小球腔，使其體積大小能裝下計(jì)算總藥量。小球腔體積大小與裝藥量按公式R＝K3Q計(jì)算。對(duì)粘土來說，通常只需兩次爆炸即可完成擴(kuò)腔任務(wù)。對(duì)風(fēng)化巖石，需多次擴(kuò)腔，用藥量逐次增加。
(3)再通過爆炸使得炸藥外經(jīng)砂漿包設(shè)置的砂漿形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水。
通過爆炸固化腔壁，所述固化腔壁是在初始空腔形成后，將炸藥和水泥砂漿放置在底端經(jīng)軋結(jié)封閉的砂漿包內(nèi)，連同砂漿包一起放入空腔內(nèi)，然后再起爆炸藥，則炸藥爆炸產(chǎn)生沖擊波，將砂漿噴射到空腔的腔壁上，使腔壁固化。砂漿包是在底端封閉的塑料纖維或玻璃纖維制成的條型管帶內(nèi)灌入了通過爆炸形成固壁層的砂漿，砂漿中也能夠加入鋼纖維或尼綸纖維或石棉纖維或碳素纖維或玻璃纖維等，其中所述纖維的摻量占混凝土體積的0.1％至40％。
其中炸藥及砂漿的配比及用量分別由以下公式計(jì)算得到(A)裝藥量 Q1＝K1Q式中Q1——裝藥量，單位kgQ——形成初始空腔用總炸藥量，單位kgK1——系數(shù)，K1＝0.05至0.3。
(B)選擇砂漿及確定配比參數(shù)及用量對(duì)于混凝土砂漿各組分的重量配比為水泥∶砂∶石子(粒徑小于20mm)＝0.5-2∶1-3∶0-5球形空腔混凝土砂漿用量V＝4πR2δ式中V——砂漿體積，單位m3R——球形空腔半徑，單位mδ——砂漿層厚度，單位m柱形空腔混凝土砂漿用量V＝2πRhδ式中V——砂漿體積，單位m3R——圓柱空腔半徑，單位mδ——砂漿層厚度，單位mh——柱形空腔高度形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層的砂漿，除了采用標(biāo)準(zhǔn)的混凝土砂漿外還可以采用固化灰漿、黏土混凝土、水泥膨潤土、塑性混凝土、自凝灰漿、纖維混凝土、聚合物混凝土的砂漿。
(C)炸藥與砂漿的放置方式球形空腔炸藥置于腔底中部，砂漿覆蓋在炸藥上面，經(jīng)雷管的引爆線穿過砂漿層引出，通向起爆點(diǎn)圓柱形空腔將與鉆孔深度相同的一根或多根標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)爆索放入相應(yīng)長度的砂漿包管帶里，然后置于孔中，從砂漿包口部向下倒砂漿并使導(dǎo)爆索在孔的中心位置，所述導(dǎo)爆索使用根數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是圓柱空腔半徑R＝0.5至2m時(shí)用3至10根，圓柱空腔半徑R＜0.5m時(shí)用1至2根。
地下連續(xù)固壁墻體材料可以根據(jù)地下水位與地質(zhì)情況選用塑性或柔性的固壁砂漿，如黏土混凝土、固化灰漿、塑性混凝土和自凝砂漿；也可選用標(biāo)準(zhǔn)混凝土，包括普通與高其標(biāo)號(hào)品種的混凝土，其中，混凝土砂漿包括水泥膨潤土砂漿；此外，還也可選用高強(qiáng)(＞C50)混凝土、纖維混凝土，聚合物混凝土等的砂漿。聚合物混凝土是以聚丙烯酰銨為主材的高分子聚合物材料，制得的泥漿無毒，不與地下液庫中的土砂發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，可采用超薄型(墻厚5～15cm)地下防水固壁技術(shù)，主要適用于黏性土，粉土，松散至中密的砂土等地層，處理深度在20m內(nèi)，固壁墻厚度在15cm內(nèi)。
通過預(yù)置的人孔，可對(duì)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的球形或柱形等空腔經(jīng)爆炸砂漿形成的固壁層內(nèi)壁經(jīng)固化后可進(jìn)行消除壁厚不均等的人工整形、修復(fù)與清理等，還可經(jīng)表面涂覆隔離保護(hù)層進(jìn)行封閉處理。
(4)又經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)或以上的地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管。
埋地?fù)Q熱管或輸送連通管是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下彎曲埋管成型的半硬管或硬管，是經(jīng)可拆試的坑道式水平導(dǎo)向鉆機(jī)經(jīng)設(shè)置在成形固壁后的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫中進(jìn)行非開挖定向鉆探埋管建造而埋設(shè)的。循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫間可經(jīng)埋地?fù)Q熱管或輸送連通管相互連通而組合成同一個(gè)水系的儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫群。
循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫的最佳設(shè)置深度是距地表G以下第一儲(chǔ)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?fù)Q熱管外壁鉆地孔洞內(nèi)可設(shè)置吸水保濕填料，以利于提高地?zé)釗Q熱的效率。
(5)地下液庫經(jīng)與連通地面的輸送連通管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。為了更好地預(yù)防地下液庫內(nèi)壁材料中有害物質(zhì)的逸出和儲(chǔ)能載熱介質(zhì)等液體的泄漏，爆炸固壁成形的地下液庫內(nèi)可設(shè)置柔性的薄膜內(nèi)襯溶液袋，如采用橡塑等柔性材料制作的薄膜內(nèi)襯溶液袋，其尺寸與形狀與地下液庫的內(nèi)部形狀相配，通過人孔進(jìn)行安放與更換，用以盛放灌入的儲(chǔ)能載熱介質(zhì)。
采用炸藥爆炸在地下快速形成空腔并用所選配的砂漿固化腔壁使之成為經(jīng)久耐用的地下空腔施工中，地下沒有作業(yè)人員，因此操作十分安全，并可根據(jù)地質(zhì)條件和實(shí)際使用需要，建造多個(gè)不破壞生態(tài)環(huán)境的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫空腔形成地下空腔群，建造成本低廉、周期短，且可分成一次或多次投資建造，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
參見圖5，炸藥15，放在裝藥孔的底部的孔腔或小球腔中，雷管16設(shè)置在炸藥上部，其引爆線9伸至孔外，裝藥中心到地表G的最小距離為W。
參見圖6采用集中裝藥爆炸形成的球形空腔結(jié)構(gòu)112，其R為球形空腔半徑。
參見圖7中裝藥爆炸形成柱形空腔裝藥結(jié)構(gòu)，h為裝藥深度，H為鉆孔深度。
參見圖8，柱形裝藥爆炸形成柱形空腔結(jié)構(gòu)113，其球R為圓柱空腔的半徑。
參見圖9，砂漿11放置在球形空腔的底部，炸藥埋設(shè)在其中，由雷管及引爆線從地面引爆。
參見圖10，砂漿包12被吊放在柱形空腔中，砂漿包可采用塑料或玻璃纖維編織的長條型管帶，底端軋結(jié)封閉，其內(nèi)裝有砂漿，標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)爆索10插入在砂漿內(nèi)，由雷管及引爆線從地面引爆。
以下為循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的兩個(gè)具體工程計(jì)算例(1)球形空腔算例當(dāng)?shù)亟橘|(zhì)為粘土，要求炸出R＝1.2米即體積為7.2立方米的球形空腔，根據(jù)介質(zhì)狀況，取系數(shù)K＝0.4，由式Q＝(R/K)3可算出需用炸藥Q為27公斤；取系數(shù)q1＝0.03，則由式W≥Q/q13]]>可算出放置炸藥時(shí)其裝藥中心到地表的最小距離為9.6米。放置27公斤炸藥的小球腔或孔腔(通稱藥室)的半徑可根據(jù)炸藥的體積算得，例如取放藥密度為900公斤/立方米，則其小球腔的半徑為0.2m；根據(jù)式Q＝(R/K)3，取系數(shù)K＝0.4時(shí)，則可算出爆炸形成該小球腔需炸藥0.125公斤。由Q1＝K1Q，取系數(shù)，K1＝0.1噴漿固壁用炸藥量Q1為27公斤；由V＝4πR2δ，取噴漿厚度δ＝0.02m，則噴漿體積為0.36m3，即所需水泥砂漿的體積。
(2)柱形空腔算例當(dāng)?shù)亟橘|(zhì)為粘土，要求炸出R＝0.7米、h＝10m、體積為15立方米的圓柱形空腔。根據(jù)粘土狀況，取系數(shù)K＝17.5，由式R＝Kr，可算出裝藥半徑r為0.04米，當(dāng)裝藥密度為ρ＝900kg/m3時(shí)，由Q＝πr2hρ則需要炸藥Q為45公斤；根據(jù)裝藥深度h＝q2H，取系數(shù)q2＝0.8，可算出鉆孔深度為12.5米。爆炸后形成15立方米的柱形空腔；由V＝2πRδ，取噴漿厚度δ＝0.02米，則噴漿體積為0.88m3，可用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)炸索3根作為噴射固壁炸藥量。
采用本發(fā)明方法建造的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下空腔庫適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用，同時(shí)經(jīng)配以各種不同的固壁層強(qiáng)度、厚度與隔離保護(hù)層處理后，也能適于用作各種中小型規(guī)模的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫、地下儲(chǔ)水庫、地下油庫、地下倉庫或儲(chǔ)存庫、彈藥庫等等，并同樣可用于高度污染物質(zhì)的地下掩埋處理等。
按圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例之三包括管道式地下液庫1、埋地?fù)Q熱管2、儲(chǔ)能液體介質(zhì)或所儲(chǔ)存的液體3、循環(huán)輸送管路4、人孔5、孔蓋6、保濕滲水管7、內(nèi)襯溶液袋13、吸水保濕填料14，其中，管道式地下液庫1包括地下液庫的管身與兩端的封閉壁114，循環(huán)輸送管路4包括輸送管道415和輸送泵416，采用非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式鋪設(shè)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫1，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水。
管身114應(yīng)盡量采用直徑大于660毫米的大直徑管，管身經(jīng)非開挖方式采用水平導(dǎo)向鉆機(jī)進(jìn)行埋管或頂管鋪設(shè)。循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫的管道式地下液庫最佳設(shè)置深度是距地表G以下第一儲(chǔ)水層的深度H左右，以取得巖土換熱層較理想的換熱濕度，管身的材料可選用金屬管、或塑料管、或玻璃纖維管、或是上述的組合，金屬管如采用鋼管時(shí)，其內(nèi)外表面均可經(jīng)表面防腐蝕涂層處理，除此之外，還可選用鋼筋混凝土預(yù)制管。
(2)后經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)以上的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管及保濕滲水管，管上帶多個(gè)加強(qiáng)換熱的泄水孔，管道式地下液庫的埋管孔內(nèi)還可設(shè)置吸水保濕填料14，此外，可根據(jù)積水情況采用泵吸排水。
埋地?fù)Q熱管或輸送連通管是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下彎曲埋管成型的半硬管或硬管，是經(jīng)可拆試的坑道式水平導(dǎo)向鉆機(jī)經(jīng)設(shè)置在管道式地下液庫中進(jìn)行非開挖定向鉆探埋管建造而埋設(shè)的。此外，埋地?fù)Q熱管的外壁鉆地孔洞內(nèi)也可設(shè)置吸水保濕填料，以利于提高地?zé)釗Q熱的效率。
(3)再作管道式地下液庫容腔兩端的完全封閉，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水。地下液庫包括管道式地下液庫的管身與兩端的封閉壁114，管身由牽引埋入地下后再經(jīng)循環(huán)輸送管路4與地面的換熱裝置或終端裝置相連接，最后作管身與兩端封閉壁114的封閉。
(4)最后采用樁孔機(jī)械形成地下安裝輸液管道的孔洞5，管道式地下液庫經(jīng)與連通地面的輸液管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。最后經(jīng)與連通地面的輸液管路相連接后可置入儲(chǔ)能液體介質(zhì)或所儲(chǔ)存的液體。為了便于日后的維修維護(hù)進(jìn)出，可將此孔洞5經(jīng)擴(kuò)孔設(shè)置成直徑約660毫米的人孔。為了更好地預(yù)防地下液庫內(nèi)壁材料中有害物質(zhì)的逸出和儲(chǔ)能載熱介質(zhì)等液體的泄漏，管道式地下液庫內(nèi)可設(shè)置柔性的薄膜內(nèi)襯溶液袋13，如采用橡塑等柔性材料制作的薄膜內(nèi)襯溶液袋，其尺寸與形狀與地下液庫的內(nèi)部形狀相配，通過人孔進(jìn)行安放與更換，用以盛放灌入的儲(chǔ)能載熱介質(zhì)。
上述非開挖方法建造的多個(gè)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫經(jīng)埋地?fù)Q熱管相互連通后可組成同一個(gè)水系的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫群。
采用本發(fā)明方法建造的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下空腔庫適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用，同時(shí)經(jīng)配以各種不同埋管材料和強(qiáng)度與隔離保護(hù)層處理后，也能適于用作各種中到大型規(guī)模的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫、地下儲(chǔ)水庫或建筑地下配套水箱、地下油庫、地下倉庫或儲(chǔ)存庫、彈藥庫等等，并同樣可用于高度污染物質(zhì)的地下掩埋處理等。以上舉例是為了說明本發(fā)明的應(yīng)用，但本發(fā)明的應(yīng)用決不僅限于此。
權(quán)利要求
1.循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，由一個(gè)或以上的經(jīng)非開挖方式建造在地下的地下液庫、載熱介質(zhì)、埋地?fù)Q熱管、循環(huán)輸送管路等組成，地下液庫內(nèi)的載熱介質(zhì)中聚集儲(chǔ)存有包括地?zé)崮茉趦?nèi)的自然界冷量或熱量，埋地?fù)Q熱管連接于地下液庫之間或地下液庫的上、下液層間，循環(huán)輸送管路的輸送管道設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，所述的載熱介質(zhì)包括液體或液體中含有固態(tài)儲(chǔ)能物質(zhì)的液態(tài)流體或液體與固體的組合，其中，液體包括水、乳化液、水性溶液或化合物溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，所述的地下液庫的砂漿固壁層內(nèi)表面、或是地下液庫的埋管或頂管的內(nèi)管表面上可敷設(shè)保護(hù)載熱介質(zhì)的隔離保護(hù)層，所述的地下液庫內(nèi)可設(shè)置柔性的薄膜內(nèi)襯溶液袋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，所述的經(jīng)非開挖方法建造的地下液庫是經(jīng)爆炸成形和砂漿固壁法建筑的地下液庫、或是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管或頂管法建筑的地下液庫，所述的地下液庫的最佳設(shè)置深度是距地表以下第一儲(chǔ)水層的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，所述的埋地?fù)Q熱管是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管法在地下直線鉆探埋設(shè)的可彎管、或半硬管或硬管，或是經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管法在地下彎曲成型鉆探埋設(shè)的可彎管或半硬管，所述的埋地?fù)Q熱管的相鄰埋設(shè)間隔A的范圍在1.5到6米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，其特征在于，所述的埋地?fù)Q熱管的材質(zhì)可以采用金屬、或是高分子塑料、或是玻璃纖維、或是上述材料的組合所制成，埋地?fù)Q熱管的表面可帶有增強(qiáng)換熱的翅片或翅紋，所述的翅片間可設(shè)置吸水保濕填料。
7.采用非開挖方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，其特征在于，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先采用樁孔機(jī)械形成地下安裝炸藥的孔洞，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(2)后采用爆炸形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的地下液庫及經(jīng)爆炸進(jìn)行地下液庫的擴(kuò)孔，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(3)再通過爆炸使得炸藥外經(jīng)砂漿包設(shè)置的砂漿形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層，并可再根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(4)又經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)或以上的地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管；(5)地下液庫經(jīng)與連通地面的輸送連通管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的建造方法之一，其特征在于，所述的形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的固壁層的砂漿，除了采用標(biāo)準(zhǔn)的混凝土砂漿外還可以采用固化灰漿、黏土混凝土、水泥膨潤土、塑性混凝土、自凝灰漿、纖維混凝土、聚合物混凝土的砂漿。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的建造方法之一，其特征在于，所述的砂漿包是在底端封閉的塑料纖維或玻璃纖維制成的條型管帶內(nèi)灌入了通過爆炸形成固壁層的砂漿。
10.采用非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式建造設(shè)置在地下的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的方法，其特征在于，至少包括以下幾個(gè)步驟(1)先經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆埋管或頂管方式鋪設(shè)循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(2)后經(jīng)非開挖水平導(dǎo)向鉆探埋管方法在地下埋入與一個(gè)以上的循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫的管道式地下液庫間連通的埋地?fù)Q熱管或輸送連通管，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(3)再作管道式地下液庫容腔兩端的完全封閉，并可根據(jù)積水情況采用泵吸排水；(4)采用樁孔機(jī)械形成地下安裝輸液管道的孔洞，管道式地下液庫經(jīng)與連通地面的輸液管路相連接后形成循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫或地下儲(chǔ)水庫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種循環(huán)地?zé)釗Q熱式地下儲(chǔ)能液庫，由一個(gè)或以上的經(jīng)非開挖方式建造在地下的地下液庫、載熱介質(zhì)、埋地?fù)Q熱管、循環(huán)輸送管路等組成，地下液庫內(nèi)的載熱介質(zhì)中聚集儲(chǔ)存有包括地?zé)崮茉趦?nèi)的自然界冷量或熱量，埋地?fù)Q熱管連接于地下液庫之間或地下液庫的上、下液層間，循環(huán)輸送管路的輸送管道設(shè)置在地下液庫與地面間的孔道中。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，地下儲(chǔ)存的載熱介質(zhì)與地表的溫差大，可儲(chǔ)存的能量加大，與利用江河作為冷熱水源的方法相比，避免了對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的熱污染與不良影響，與利用地下埋設(shè)U型管土壤換熱單元作為冷熱源的方法相比，避免了受近地表層土壤段大量接觸傳熱的不利影響，大大減少了地表的占地面積，換熱速度大為加快，換熱效率得到提高，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)E04H7/02GK101046333SQ20061002514
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者潘戈 申請(qǐng)人:潘戈