專(zhuān)利名稱(chēng)：工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑工程報(bào)廢降水井封填技術(shù)與封閉式地源熱泵技術(shù)相結(jié)合，是一種利用報(bào)廢工程降水井中插入管狀換熱器裝置進(jìn)行低溫地?zé)崮苻D(zhuǎn)換的一種直埋式地下?lián)Q熱器，該裝置既可以將建筑工程報(bào)廢降水井安全封填又具備低溫地?zé)崮苎h(huán)換熱能力的多功能直埋式地下?lián)Q熱器。
背景技術(shù)：
目前，公知的工程降水井主要是指為工程降水服務(wù)的管井，它們的使用時(shí)限是有限的，一般伴隨著主體工程或開(kāi)挖工程施工的結(jié)束而結(jié)束。報(bào)廢的降水井必須及時(shí)封填，否則將串通污染地下水、造成安全隱患(關(guān)超，水井吃人何時(shí)了，勞動(dòng)保護(hù)雜志，2000(6)35)、影響其它隱蔽工程正常施工等問(wèn)題。地方政府也出臺(tái)相關(guān)政策報(bào)廢水井必需及時(shí)封填(哈爾濱市城市節(jié)約用水管理?xiàng)l例、太原市水資源管理辦法等)。目前的工程降水井的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)工程降水要求、場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件和相關(guān)規(guī)范(建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98)，主體或分項(xiàng)工程結(jié)束之后，采用砂礫、粘土、水泥等材料根據(jù)實(shí)際情況封填水井，具體方法主要有全井封填法、用架橋封填法、透孔封填法、靜態(tài)爆破封填法、水泥灌封、粘土封填等方法(郭福盛等，廢棄水井封填技術(shù)方法的探討，探礦工程，1999(增)417)。
各口徑工程降水井的構(gòu)造一般是由礫料、井套管、慮水管、沉砂管、水泵等構(gòu)成，起降低局部地下水位的作用，工程結(jié)束后封填。但尚無(wú)利用地?zé)崽荻鹊墓τ?，這忽視了降水井的入土換熱作用。而在中緯度地帶，地溫與地面環(huán)境相比，5-10m以下全年地溫基本可以穩(wěn)定于年平均溫度，可以分別在夏冬兩季提供相對(duì)較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度(高青，于鳴，效率高、環(huán)保效能好的供熱制冷裝置一地源熱泵的開(kāi)發(fā)與利用，吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2001年4月，Vol.31(2)96-102)，此為地源熱泵的工作原理。目前地源熱泵技術(shù)的埋管方法主要是預(yù)鉆孔直接埋設(shè)U型聚乙烯管，其費(fèi)用很高，一般可占總投資的一半以上，遠(yuǎn)大于相同條件下的電動(dòng)熱泵等的初投資(姜寶成，王永鏢，李炳熙，地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003年2月第35卷第2期，195-202)，這給該技術(shù)的發(fā)展造成困難。關(guān)于樁內(nèi)埋管，國(guó)內(nèi)有人提出過(guò)U型樁埋管換熱器的概念，但該法本質(zhì)上還是傳統(tǒng)地源熱泵的鉆孔直接埋設(shè)U型換熱管的改進(jìn)，僅把鉆孔中的填料改為水泥漿。(趙軍，李新國(guó)等，地源熱泵在實(shí)際工程中的應(yīng)用與研究，建筑施工技術(shù)(天津建筑科技)，2003，No.514-16)。雖然國(guó)外也有人提過(guò)樁埋換熱器的概念，但都是基于高強(qiáng)度聚乙烯U型盤(pán)管混凝土灌注實(shí)心截面樁(Laloui Lyesse，Moreni Matteo，Vulliet Laurent，Behavior of a bi-functional pile，foundation and heat exchanger，Canadian Geotechnical Journal，v 40，n 2，April，2003，p 388-402.)，這些基于鉆孔或各種混凝土灌注樁中埋設(shè)管狀換熱器的缺點(diǎn)是鉆孔費(fèi)用高，混凝土灌注樁中的盤(pán)管換熱器施工復(fù)雜，需要盤(pán)管綁扎鋼筋籠等工序。而且在各類(lèi)實(shí)心截面樁中盤(pán)管位置會(huì)出現(xiàn)局部材料軟化區(qū)和應(yīng)力集中，影響樁身質(zhì)量，對(duì)樁基的傳統(tǒng)承載性能產(chǎn)生不利作用。另外各種聚乙烯材質(zhì)的管狀換熱器還有被擠壓破壞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，國(guó)內(nèi)已有的公開(kāi)實(shí)用新型稱(chēng)為“一種地下能源采集樁”，其申請(qǐng)?zhí)枮?200410082851.1，200520090102.3)公開(kāi)號(hào)為(CN1786615，CN2780832)。其僅考慮了管狀換熱器為一組U型盤(pán)管或開(kāi)放式的類(lèi)似套管型的管狀換熱器，它們的換熱器效率都不高，而且在管樁中空樁心未添置回填材料，直接影響與土層的換熱效率。另外，當(dāng)管樁作為圍護(hù)樁或樁頂近地表時(shí)，未考慮冬季近地表的管路保溫問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
所謂低溫地?zé)崮?Low Temperature Earth-heat-energy)，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽(yáng)能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。為了克服現(xiàn)有的工程報(bào)廢降水井處理僅考慮其封填而忽略其利用淺層地?zé)崽荻鹊墓τ?，并改變封閉式地源熱泵技術(shù)初始鉆孔高成本、各類(lèi)管狀換熱器施工復(fù)雜及其對(duì)混凝土灌注樁基的不利影響的現(xiàn)實(shí)，本發(fā)明可以提供一種工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，該地下?lián)Q熱器不僅能封填工程報(bào)廢降水井，而且能方便地進(jìn)行淺層低溫地?zé)崮艿姆忾]循環(huán)轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明采用的工程降水井的設(shè)計(jì)、施工工藝、驗(yàn)收與目前正常工程降水井的完全一樣，均按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范(中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范JGJ/T111-98》)執(zhí)行。
工程降水井施工結(jié)束后，按設(shè)計(jì)要求正常降水作業(yè)，待主體工程或開(kāi)挖工程施工的結(jié)束后，其使用時(shí)限到期，需要封填作業(yè)。本發(fā)明專(zhuān)利是指在封填作業(yè)之前，在需封填的降水井中首先通過(guò)人力或機(jī)械下置高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的管狀換熱器，管徑一般為19mm-38mm，管垂直高度約等同于井深，其管狀換熱器底部距井底1m-2m，其管狀換熱器出口向上并綁扎一定厚度的保溫材料，綁扎的長(zhǎng)度約為0.5m-2.0m，管狀換熱器外壁距井套管內(nèi)壁在10mm-100mm之間，形狀可以是U型換熱管、螺旋型盤(pán)管、套管型換熱管或“鉆孔直埋式”方法中的其它類(lèi)型換熱管，根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷需要在工程報(bào)廢降水井里安置一組或多組各類(lèi)管狀換熱器。其次，根據(jù)實(shí)際封井設(shè)計(jì)要求在報(bào)廢井水井中分層或不分層填埋各類(lèi)封井回填材料，如粘土、水泥、砂礫，在距井頂0m-2m填入高強(qiáng)度保溫回填材料(如泡沫塑料或珍珠巖等)。根據(jù)地源熱泵的運(yùn)行機(jī)理，這些管狀換熱器固定在報(bào)廢降水井中，管狀換熱器中充填熱交換流體，該流體通常采用水、鹽水或各種防凍劑溶液，形成封閉型低溫地?zé)崮苎h(huán)系統(tǒng)，安裝地表交換管路、水泵和滿(mǎn)足實(shí)際要求的不同功率的各型號(hào)地源熱泵機(jī)組。通過(guò)管狀換熱器內(nèi)的交換介質(zhì)與回填材料、原井套管和淺層土水系統(tǒng)的恒溫層進(jìn)行循環(huán)熱交換，并通過(guò)地源熱泵機(jī)組達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的，起到中央空調(diào)的作用，若輔助以中央熱水器等裝置則可提供中央熱水系統(tǒng)所需熱量。
本發(fā)明的有益效果是，可以在建筑工程報(bào)廢降水井安全封填的同時(shí)，在井內(nèi)下入的管狀換熱器即可以不影響封填效果，又可以方便地進(jìn)行淺部地?zé)崮艿姆忾]循環(huán)轉(zhuǎn)換，這些工程報(bào)廢降水井中的U型管、螺旋型盤(pán)管等管狀換熱器，可以起到傳統(tǒng)封閉式地源熱泵鉆孔埋管的同樣功效，但節(jié)省了預(yù)鉆孔的相關(guān)費(fèi)用。
該地下?lián)Q熱器中采用的工程報(bào)廢降水井中下置各類(lèi)管狀換熱器技術(shù)可以消除樁基埋管換熱器的各種缺陷(實(shí)心截面灌注樁中由于聚乙烯交換管造成的樁身局部材料軟化區(qū))，完全可以達(dá)到垂直鉆孔埋置換熱器的所有指標(biāo)。另外，該技術(shù)還可以隨意設(shè)置管狀換熱器的組數(shù)，以U型換熱管為例，可以根據(jù)熱負(fù)荷要求設(shè)置1組、2組或多組U型換熱管。管狀換熱器在封填的工程報(bào)廢降水井內(nèi)，不影響其它工程作業(yè)。另外，該技術(shù)是在報(bào)廢工程降水井的套管中施工，此施工工藝可以避免鉆孔可能出現(xiàn)的縮徑、流砂、塌孔等問(wèn)題，克服了鉆孔埋設(shè)管狀換熱器的施工困難。
其次由于在報(bào)廢工程降水井的管狀換熱器周?chē)枰涮罡黝?lèi)回填材料，可以節(jié)省報(bào)廢降水井的封填材料費(fèi)與人工費(fèi)，同時(shí)也完成了報(bào)廢工程降水井的封填。最后由于回填材料可以人工控制，在滿(mǎn)足封填設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)不同的地區(qū)、不同的地質(zhì)情況優(yōu)化配置最優(yōu)傳導(dǎo)系數(shù)的回填材料，以增大熱交換效率。
該項(xiàng)技術(shù)首先是封閉性地源熱泵的一種，具有封閉式地源熱泵技術(shù)的先天優(yōu)勢(shì)。其可以消除開(kāi)放式地源熱泵技術(shù)中的地下水污染問(wèn)題，也可以避免開(kāi)放式系統(tǒng)運(yùn)行中的地下水資源使用費(fèi)。其次針對(duì)傳統(tǒng)封閉式地源熱泵技術(shù)預(yù)鉆孔、直接埋設(shè)U型換熱管等工序復(fù)雜、精度不高的施工缺點(diǎn)，以及整個(gè)埋置換熱器的高成本造成地源熱泵技術(shù)初始投資過(guò)大的問(wèn)題，本地下?lián)Q熱器技術(shù)可避免預(yù)鉆孔及埋設(shè)換熱管成本，僅此一項(xiàng)可節(jié)約成本近一半且避免鉆孔直埋換熱管帶來(lái)的施工問(wèn)題。另外降水井內(nèi)可靈活設(shè)置不同數(shù)量的各型換熱管U型換熱管、螺旋型盤(pán)管或它們的組合，進(jìn)一步減少施工成本?？梢?jiàn)這些技術(shù)措施將減低整個(gè)地源熱泵的綜合造價(jià)，地源熱泵本身具有環(huán)保節(jié)能功用，而我國(guó)人工便宜，報(bào)廢工程降水井?dāng)?shù)目巨大，若配合本技術(shù)的推廣使用，每年將帶來(lái)數(shù)以?xún)|計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，又可以為國(guó)家節(jié)約大量的石油煤炭等不可再生的戰(zhàn)略資源。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的地源熱泵原理圖。
圖2是工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器內(nèi)置三組U型換熱管的立體構(gòu)造圖。
圖3是圖2的三組U型換熱管的立體構(gòu)造圖。
圖4是建筑基坑報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器剖面圖。
圖5是工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器內(nèi)置螺旋型換熱盤(pán)管的構(gòu)造圖。
圖6是工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器內(nèi)置套管型換熱器的構(gòu)造圖。
圖中1.工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，2.淺部土層，3.地表交換管路，4.地源熱泵機(jī)組，5.建筑物，6.交換流體流入，7.交換流體返回，8.U型管狀換熱管，9.管內(nèi)交換流體，10.水井套管外填礫料，11.水井套管和沉砂管，12.濾水管，13.封填井回填材料，14.水井套管內(nèi)壁，15.水井套管外壁，16.保溫回填材料，17.進(jìn)水管，18.出水管，19.螺旋型換熱盤(pán)管，20.套管型換熱管
具體實(shí)施例方式在圖1中，地源熱泵是利用地表淺層地?zé)豳Y源的低溫位熱能，冬季通過(guò)工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器(1)中的管狀換熱器中的熱交換流體把淺部土層(2)中的熱量提取出來(lái)，通過(guò)地表交換管路(3)和地源熱泵機(jī)組(4)供給建筑物(5)采暖；夏季把建筑物(5)熱量取出來(lái)，通過(guò)地表交換管路(3)、地源熱泵機(jī)組(4)和工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器(1)中的熱交換流體釋放到淺部土層(2)中去。
在圖2所示實(shí)施例中，工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器(1)，其封填有多種規(guī)定，正常整個(gè)井的構(gòu)造是由水井套管外填礫料(10)、水井套管和沉砂管(11)、濾水管(12)組成。在水井套管內(nèi)居中下置三組如圖3所示形狀的聚乙烯或PVC或PPR材料的U型換熱管(8)，U型換熱管(8)外沿距樁身外壁(11)的距離在50mm-100mm之間，長(zhǎng)度比井深短1m，三組U型換熱管(8)彎頸部間距1m見(jiàn)圖3，各組U型換熱管(8)之間夾角為60°見(jiàn)圖3。在水井套管內(nèi)壁(14)與換熱管(8)之間的空隙中充填回填材料(12)和保溫回填材料(16)直到井頂，換熱器(8)最終被安置在工程報(bào)廢封填的降水井內(nèi)。在封填的工程報(bào)廢降水井(1)中U型換熱管(8)的位置，通過(guò)交換流體流入(6)和交換流體返回(7)，使U型管狀換熱器(8)中的管內(nèi)交換流體(9)與封填井回填材料(10)、水井套管和沉砂管(11)、水井套管外填礫料(10)、淺部土層(2)進(jìn)行熱交換。圖4展示的建筑基坑報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器剖面圖在圖5所示的另一個(gè)實(shí)施例中，工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器(1)內(nèi)置螺旋盤(pán)管型換熱管(19)。螺旋盤(pán)管型換熱管(19)由聚乙烯或PVC或PPR材料構(gòu)成，螺旋型盤(pán)管(19)長(zhǎng)度比井深短1m-2m，居中直接下置到封填的工程報(bào)廢降水井里，與水井套管內(nèi)壁(14)的圓周距離在10mm-100mm之間，在水井套管內(nèi)壁(14)與螺旋盤(pán)管型換熱管(19)之間的空隙中充填封井回填材料(13)和保溫回填材料(16)直到井頂，螺旋盤(pán)管型換熱管(20)底部距井底1m-2m，見(jiàn)圖11。通過(guò)交換流體流入(6)和交換流體返回(7)，使螺旋盤(pán)管型換熱管(19)中的管內(nèi)交換流體(9)與回填材料(13)、保溫回填材料(16)、水井套管和沉砂管(11)、水井套管外填礫料(10)、淺部土層(2)進(jìn)行熱交換。
在圖6所示的另一個(gè)實(shí)施例中，工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器(1)內(nèi)置套管型換熱管(20)。套管型換熱管(20)由聚乙烯或PVC或PPR材料構(gòu)成，套管型換熱管(20)長(zhǎng)度比井深短1m-2m，居中直接下置到工程報(bào)廢降水井里，與水井套管內(nèi)壁(14)的圓周距離在10mm-200mm之間，套管型換熱管(20)底部距井底1m-2m，見(jiàn)圖8。通過(guò)交換流體流入(6)和交換流體返回(7)，使套管型換熱管(15)中的管內(nèi)交換流體(9)與回填材料(13)、保溫回填材料(16)、水井套管和沉砂管(11)、水井套管外填礫料(10)、淺部土層(2)進(jìn)行熱交換。
權(quán)利要求
1.一種工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，在工程報(bào)廢降水井封填之前，通過(guò)人力或機(jī)械豎直插入U(xiǎn)型管狀換熱器或螺旋型盤(pán)管換熱器或其它形狀的管狀換熱器。在水井套管內(nèi)壁與管狀換熱器的空隙中充填封井材料，井頂附近回填保溫材料。井內(nèi)的各類(lèi)管狀換熱器與地表管路連接，換熱器管路內(nèi)充填的交換流體與回填材料、回填保溫材料、水井套管和沉砂管、水井套管外填礫料、井周土-水系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，形成封閉式地源熱泵的地下低溫地?zé)崮芙粨Q器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是本技術(shù)中封填工程報(bào)廢降水井內(nèi)安置U型管狀換熱器或螺旋型盤(pán)管換熱器或“鉆孔直埋式”方法中的其它類(lèi)型換熱管，其采用采用的工程降水井的設(shè)計(jì)、施工工藝、驗(yàn)收與目前正常工程降水井的完全一樣，均按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是工程報(bào)廢降水井封填之前，在水井套管內(nèi)居中下置各類(lèi)高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的管狀換熱器，管徑為19mm-38mm，管狀換熱器的豎向高度約等同于樁長(zhǎng)，其管狀換熱器底部距樁尖1m-2m，管狀換熱器外壁距管樁內(nèi)壁在10mm-100mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是在工程報(bào)廢降水井內(nèi)下置各類(lèi)高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的管狀換熱器，其形狀可以是U型管形狀換熱管、螺旋型盤(pán)管形狀換熱器或其它形狀的管狀換熱器，各類(lèi)管狀換熱器下到水井套管內(nèi)，并成為地源熱泵的地下循環(huán)換熱系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是下置的各類(lèi)管狀換熱器采用的方法可以是人力方法或機(jī)械方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是在水井套管內(nèi)壁與各類(lèi)換熱器的空隙中根據(jù)實(shí)際封井設(shè)計(jì)要求，在報(bào)廢井水井中分層或不分層填埋各類(lèi)封井回填材料，如粘土、水泥、砂礫，在距井頂0m-2m填入高強(qiáng)度保溫回填材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是安置在封填工程報(bào)廢降水井的各類(lèi)型管狀換熱器中需要充填熱交換流體，該流體采用水、鹽水或各種防凍劑溶液，形成封閉型循環(huán)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是管狀換熱器出口向上并綁扎一定厚度的保溫材料，綁扎的長(zhǎng)度約為0.5m-2.0m，形成的管狀換熱器系統(tǒng)連接地表交換管路、水泵和滿(mǎn)足實(shí)際要求的不同功率的各型號(hào)地源熱泵機(jī)組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，其特征是安置在樁體中的U型管狀換熱器系統(tǒng)或螺旋型盤(pán)管換熱器系統(tǒng)或其它形狀的管狀換熱器系統(tǒng)，可以設(shè)置1組或多組高強(qiáng)度聚乙烯或PVC或PPR材質(zhì)的管狀換熱器。
全文摘要
一種工程報(bào)廢降水井直埋式地下?lián)Q熱器，它通過(guò)在報(bào)廢工程降水井中插入各形狀的管狀換熱器裝置進(jìn)行建筑工程報(bào)廢降水井安全封填的同時(shí)，可以進(jìn)行淺層低溫地?zé)崮苻D(zhuǎn)換，起到封填和地源熱泵預(yù)成孔直接埋設(shè)管狀換熱器的雙重作用。在工程報(bào)廢降水井封填之前，通過(guò)人力或機(jī)械豎直插入U(xiǎn)型管狀換熱器或螺旋型盤(pán)管換熱器或其它形狀的管狀換熱器。在水井套管內(nèi)壁與管狀換熱器的空隙中充填封井材料，井頂附近回填保溫材料。井內(nèi)的各類(lèi)管狀換熱器與地表管路連接，換熱器管路內(nèi)充填的交換流體與回填材料、回填保溫材料、水井套管、水井套管外填礫料、井周土－水系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，形成封閉式地源熱泵的地下低溫地?zé)崮芙粨Q器。
文檔編號(hào)F28D7/00GK1945165SQ20061001728
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者張延軍 申請(qǐng)人:張延軍, 龐宇麗