地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统的制作方法

地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及蓄能换热技术，尤其涉及一种地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统。
【背景技术】
[0002]地埋管换热器是利用地下土壤具有温度较为稳定的特性，通过深埋于建筑物周围土壤中的管路系统与土壤之间进行热交换的装置。土壤中的管路系统与建筑物内的管路系统内分别通有循环流体，在冬天，土壤作为热源，循环流体吸收土壤中的热量，通过热泵机组提供给建筑物进行供暖；在夏天，土壤作为冷源，循环流体吸收建筑物内的热量，通过热泵机组向土壤排放。与传统的燃煤、燃气供暖方式和空调制冷方式相比，地埋管换热器仅需要消耗少量的电能，即可达到相同的供暖或制冷效果，运行费用低，且不产生任何有害物质，节能环保。
[0003]目前，地埋管换热器主要包括至少两根地埋管，地埋管是竖直向下插入土壤中，两根地埋管的底部通过U形端头连接形成U形结构。为了避免两根地埋管交叉拧在一起，形成热短路，在两根地埋管之间还设置有管卡，以保证地埋管之间的水平间距。沿着地埋管的深度方向上，每隔2m至4m设置一个管卡，用于将两根地埋管分隔开并使其相对位置固定。在地埋管和管卡安装完毕，回填土壤的过程中，由于管卡的横向阻隔，极容易导致其下面出现空气穴，增加了回填土壤的热阻，导致传热效果恶化。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统，用于提高地埋管换热孔内的蓄热能力及地埋管换热器的换热效率。
[0005]本实用新型实施例提供一种地埋管连接件，包括:内部填充相变蓄能材料的本体，所述本体的外表面设有至少两个用于固定地埋管的卡接部。
[0006]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部在所述本体中心线方向上的长度与所述本体的长度相等。
[0007]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部在垂直于所述本体中心线的平面上的投影为弧。
[0008]如上所述的地埋管连接件，所述弧为优弧。
[0009]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部的数量为两个。
[0010]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部的数量为四个。
[0011]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部为T形槽，所述T形槽的长度方向与所述本体的中心线平行。
[0012]如上所述的地埋管连接件，所述卡接部为燕尾槽，所述燕尾槽的长度方向与所述本体的中心线平行。
[0013]本实用新型实施例还提供一种地埋管换热器，包括:至少两根地埋管、连接两根地埋管底部的U形端头、以及用于固定至少两根地埋管的如上任一项所述的连接件。
[0014]本实用新型实施例还提供一种换热系统，包括:建筑物内部换热器、热泵以及如上所述的地埋管换热器，所述地埋管换热器设置在建筑物附近的土壤内；所述地埋管换热器中地埋管的顶端经进液管和出液管与热泵的一端相连，所述热泵的另一端与所述建筑物内部换热器相连。
[0015]本实用新型实施例提供的技术方案通过在连接件的本体上设置至少两个用于固定地埋管的卡接部，能够固定至少两根地埋管，避免地埋管在下管的过程中发生相互缠绕，且在竖直方向上仅需要一个连接件，因此，在土壤回填的过程中，地埋管周围的土壤都可以被压实，提高了回填材料的密实程度，避免了空气穴的产生，降低了回填材料的热阻，提高了传热效率。且在本体内部设置相变蓄能材料，能够进一步增加地埋管换热孔的蓄能性。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型实施例提供的地埋管连接件的俯视剖面图；
[0017]图2为本实用新型实施例提供的地埋管连接件的主视剖面图；
[0018]图3为图1所示的连接件与两根地埋管相连的结构示意图；
[0019]图4为本实用新型实施例提供的地埋管换热器的主视图；
[0020]图5为本实用新型实施例提供的又一种地埋管连接件的俯视剖面图；
[0021]图6为图5所示的连接件与四根地埋管相连的结构示意图；
[0022]图7为图5所示的连接件与地埋管相连的另一种结构示意图；
[0023]图8为图5所示的连接件与地埋管相连的另一种结构示意图；
[0024]图9为图5所示的连接件与地埋管相连的另一种结构示意图；
[0025]图10为本实用新型实施例提供的又一种地埋管连接件的俯视剖面图；
[0026]图11为本实用新型实施例提供的地埋管的俯视剖面图；
[0027]图12为本实用新型实施例提供的地埋管的主视剖面图；
[0028]图13为图10所示的连接件与地埋管相连的结构示意图；
[0029]图14为本实用新型实施例提供的另一种地埋管连接件的俯视剖面图；
[0030]图15为本实用新型实施例提供的又一种地埋管的俯视剖面图；
[0031]图16为图14所示的连接件与地埋管相连的结构示意图；
[0032]图17为本实用新型实施例提供的地埋管换热器的传热计算模型示意图。
【具体实施方式】
[0033]图1为本实用新型实施例提供的地埋管连接件的俯视剖面图，图2为本实用新型实施例提供的地埋管连接件的主视剖面图，图3为图1所示的连接件与两根地埋管相连的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的地埋管换热器的主视图。如图1至图4所示，本实施例提供的地埋管连接件包括:内部填充相变蓄能材料11的本体1，本体I的外表面设有至少两个用于固定地埋管3的卡接部2。
[0034]本体I的外表面设有至少两个卡接部2，用于固定至少两个地埋管3。本体I内部填充的相变蓄能材料是利用相变过程可以释放或吸收相变潜热的原理，能够增加地埋管换热孔的蓄能性。图3中示出的连接件具有两个卡接部2，能够固定两根地埋管3。
[0035]在地埋管3和连接件安装的过程中，首先在土壤中钻出用于埋设地埋管3和连接件的地埋管换热孔(简称:地埋孔)4。将至少两根地埋管3插接在连接件的卡接部2中，使得地埋管3与连接件固定在一起，且连接件与地埋管3平行。连接件保持了各地埋管3之间相对固定，避免地埋管3发生相互缠绕弯曲或扭曲。任意两根地埋管3的底部通过U形端头5连接。然后将地埋管3和连接件竖直插入地埋孔4中，两根地埋管3的顶部分别与进液管6和出液管7连接，形成地埋管换热器。进液管6和出液管7分别与热泵的一端连接，形成循环回路，循环回路中通有循环流体，循环流体可以为水或其它液体。循环流体流过地埋管换热器，吸收土壤的热量。热泵的另一端与建筑物内设置的换热器相连，将从土壤中吸收的热量传递到建筑物中。
[0036]上述本体I的长度可以根据地埋管3的长度来设定，可以与地埋管3的长度相等，也可以略大于或略小于地埋管3的长度。本体I可以为管状结构，也可以为其它形状，本体I是沿着一个中心线呈轴对称或中心对称的结构，该中心线也可以称为轴线。在本体I的中心线方向上，卡接部2的长度可以等于本体I的长度。
[0037]本实施例提供的技术方案通过在连接件的本体上设置至少两个用于固定地埋管的卡接部，能够固定至少两根地埋管，避免地埋管在下管的过程中发生缠绕、弯曲和变形，且在竖直方向上仅需要一个连接件，因此，在土壤回填的过程中，地埋管周围的土壤都可以被压实，提高了回填材料的密实程度，避免了空气穴的产生，降低了回填材料的热阻，提高了传热效率。且在本体内部设置相变蓄能材料，能够进一步增加地埋孔的蓄能性。
[0038]并且，与现有技术需采用多个管卡的方式而言，本实施例提供的技术方案能够降低施工难度。
[0039]上述卡接部2可以与本体I为一体成形，也可以为独立的部件与本体I固定连接。
[0040]该卡接部2在本体I中心线方向上的长度与本体I的长度相等，增大卡接面积，进一步提高了固定地埋管3的牢固程度。
[0041]上述连接件的实现方式可以有很多种，图1和图2中示出的连接件的本体I在垂直于本体中心线方向上的横截面为圆环。为了适应圆管状的地埋管，卡接部2在垂直于本体I中心线的平面上的投影为弧，则可以保证地埋管之间的水平间距。若将上述卡接部2在垂直于本体I中心线的平面上的投影设置为优弧，则能够进一步卡紧地埋管3。图1至图3中示出的本体I上设置有两个卡接部2，两个卡接部2沿着本体I轴对称。
[0042]本领域技术人员也可以在本体I上设置三个或大于三个卡接部2。图5为本实用新型实施例提供的又一种地埋管连接件的俯视剖面图，图6为图5所示的连接件与四根地埋管相连的结构示意图。如图5和图6所示，本体I上设置有四个卡接部2，用于固定四个地埋管3，形成十字形结构。另外，图6中，任意两根地埋管3的底部通过U形端头5连接，形成双U形换热器，其中，通过U形端头5连接的两根地埋管3作为一组，两组之间各自与进液管6和出液管7相连，相当于两组之间并联。
[0043]采用图1和图5所示的两种地埋管连接件相结合，又可以组合得到其它形式的地埋管换热器。
[0044]图7为图5所示的连接件与地埋管相连的另一种结构示意图。如图7所示，采用三个连接件，通过三个连接件上的卡接部2能够固定十根地埋管3，任意两根地埋管3的底部通过U形端头5连接。其中，通过U形端头5连接的两根地埋管3作为一组回路，图7中共有五组回路，五组回路之间各自与进液管6和出液管7相连，相当于五组回路之间并联。
[0045]图8为图5所示的连 接件与地埋管相连的另一种结构示意图。如图8所示，采用五个连接件，通过五个连接件上的卡接部2能够固定十六根地埋管3，任意两根地埋管3的底部通过U形端头5连接。其中，通过U形端头5连接的两根地埋管3作为一组回路，图8中共有八组回路，八组回路之间各自与进液管6和出液管7相连，相当于八组回路之间并联。
[0046]图9为图5所示的连接件与地埋管相连的另一种结构示意图。如图9所示，采用七个连接件，通过七个连接件上的卡接部2能够固定二十二根地埋管3，任意两根地埋管3的底部通过U形端头5连接。其中，通过U形端头5连接的两根地埋管3作为一组回路，图9中共有十一组回路，十一组回路之间各自与进液管6和出液管7相连，相当于十一组回路之间并联。
[0047]图10为本实用新型实施例提供的又一种地埋管连接件的俯视剖面图，图11为本实用新型实施例提供的地埋管的俯视剖面图，图12为本实用新型实施例提供的地埋管的主视剖面图。如图10至图12所示，在上述技术方案的基础上，本实施例提供另一种连接件的结构，该连接件包括内部填充相变蓄能材料11的本体1，本体I的外表面设有至少两个用于固定地埋管3的卡接部2。该卡接部2为T型槽，T形槽的长度方向与地埋管3的中心线平行。对应的，在地埋管3的外表面上还设置延展臂31，延展臂31在地埋管3中心线方向上的长度与地埋管3的长度相等，则地埋管3的中心线即为地埋管3的轴线。从图12中看，在地埋管3的轴线方向上，延展臂31的上端面与地埋管3的上端面齐平，延展臂31的下端面与地埋管3的下端面齐平。
[0048]延展臂31可以与地埋管3为一体成形，也可以为独立的部件与地埋管3固定连接。
[0049]延展臂31的端部设有卡接头32，该卡接头32可以为T字形结构，具体的，卡接头32在垂直于地埋管3中心线的平面上的投影为T字形，卡接头32的长度方向与地埋管3的中心线平行。两个或四个地埋管3中的卡接头32分别与一个连接件中的卡接部2沿地埋管3中心线的方向相互插接，通过该连接件可以将两个地埋管3固定，构成地埋管换热器。
[0050]图10示出的连接件上设置有四个T形槽式的卡接部2，能够连接四个地埋管3，可参照图13所示，图13为图10所示的连接件与地埋管相连的结构示意图。
[0051]图14为本实用新型实施例提供的另一种地埋管连接件的俯视剖面图，图15为本实用新型实施例提供的又一种地埋管的俯视剖面图。如图14和15所示，在上述技术方案的基础上，本实施例提供另一种地埋管连接件的结构，该连接件包括内部填充相变蓄能材料11的本体1，本体I的外表面设有至少两个用于固定地埋管3的卡接部2。该卡接部2为燕尾槽结构，卡接部2的长度方向与地埋管3的中心线平行。对应的，在地埋管3的外表面上也设置延展臂31，延展臂31中远离地埋管3的端部的卡接头32设置为燕尾形结构，即:在垂直于地埋管3中心线的平面上的投影为燕尾形。两个或四个地埋管3中的卡接头32分别与一个连接件中的卡接部2相互卡接，通过该连接件可以将两个地埋管3固定，构成地埋管换热器。
[0052]图14示出的连接件上设置有四个燕尾槽式的卡接部2，能够连接四个地埋管3，可参照图16所示，图16为图14所示的连接件与地埋管相连的结构示意图。
[0053]另外，对于上述图11或图15所示的地埋管3，可以采用聚乙烯层33和金属层34构成，其中，聚乙烯层33在金属层34的外侧。将聚乙烯层33设置在外侧，能够提高地埋管3的耐磨性及耐腐蚀性，延长使用寿命，同时，位于内侧的金属层34能够提高地埋管的强度，还降低了地埋管3的热阻，并且，可以在保证地埋管3强度的前提下，降低聚乙烯层33的厚度，进一步降低了地埋管3整体的热阻，提高换热效率。
[0054]上述技术方案通过在每个地埋管的外表面设置延展臂，且在延展臂中远离地埋管的端部设置卡接头，并采用连接件将至少两根地埋管固定连接，避免地埋管在施工下管时相互缠绕。而且，延展臂在地埋管中心线方向上的长度与地埋管的长度是相等的，实现竖直方向上无阻隔，因此，在进行土壤回填的过程中，提高了回填土壤的密实程度，避免了空气穴的产生，降低了回填土壤的热阻，提高了传热效率。
[0055]采用上述地埋管换热器埋入土壤中，热量交换的热阻有如以下几项:土壤层热阻Rs,回填材料热阻Rg，地埋管管壁导热热阻Rpm，地埋管内侧管壁的对流热阻Rf，以及相变蓄能材料的热阻Rpcm，热阻的单位为m.°C /W。
[0056]图17为本实用新型实施例提供的地埋管换热器的传热计算模型示意图。对于上述地埋管换热器，可建立传热计算模型，如图17所示，图中，Ts为地埋管换热器周围土壤的初始温度，Tb为地埋井井壁的平均温度，Tg为回填材料的平均温度，Tf为地埋管换热器内循环流体的进出液体的平均温度，Tpcm为相变蓄能材料的相变温度，温度单位为。C。另外，Cpcm为每米深度相变蓄能材料的热容量，单位为J/m。
[0057]则遵照《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005 (2009版)中的计算方法，由于本实施例中的地埋管采用外层聚乙烯内层金属的复合管材，能够降低地埋管管壁导热热阻Rpm。另外，由于金属层内表面加设金属制成的螺纹肋条，可以促进循环流体较容易处于紊流状态，增加换热面积，因此还能够降低地埋管内侧管壁的对流热阻Rf。地埋管之间采用连接件插接，有效增加了回填密实性，避免空气穴产生，降低了回填材料热阻Rg，且采用相变蓄能材料，大大增加了地埋孔的蓄能能力，更有助于提高地埋管换热器的换热能力。并且由于采用插接结构，有效地避免了热短路，使得地埋管的换热效果更好，提高换热效率，与现有技术中同管径的常规主流地埋管相比，本实施例提供的地埋管换热器的换热能力至少提尚5%。
[0058]本实施例还提供一种地埋管换热器，包括:至少两根地埋管、连接两根地埋管底部的U形端头、以及用于固定至少两根地埋管的如上述技术方案所提供的连接件。
[0059]另外，本实施例还提供一种换热系统，包括:布设在建筑物内的建筑物内换热器、热泵以及上述地埋管换热器，其中，地埋管换热器设置在建筑物附近的土壤内，地埋管换热器中地埋管的顶端经进液管和出液管与热泵的一端相连，热泵的另一端与建筑物内部换热器相连。
[0060]上述换热系统通过在连接件的本体上设置至少两个用于固定地埋管的卡接部，能够固定至少两根地埋管，避免地埋管在下管的过程中发生缠绕，且在竖直方向上仅需要一个连接件，因此，在土壤回填的过程中，提高了回填材料的密实程度，避免了空气穴的产生，降低了回填材料的热阻，提高了传热效率。且在本体内部设置相变蓄能材料，能够进一步增加地埋孔的蓄能性。
[0061]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种地埋管连接件，其特征在于，包括:内部填充相变蓄能材料的本体，所述本体的外表面设有至少两个用于固定地埋管的卡接部。
2.根据权利要求1所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部在所述本体中心线方向上的长度与所述本体的长度相等。
3.根据权利要求1所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部在垂直于所述本体中心线的平面上的投影为弧。
4.根据权利要求3所述的地埋管连接件，其特征在于，所述弧为优弧。
5.根据权利要求2所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部的数量为两个。
6.根据权利要求2所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部的数量为四个。
7.根据权利要求1所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部为T形槽，所述T形槽的长度方向与所述本体的中心线平行。
8.根据权利要求1所述的地埋管连接件，其特征在于，所述卡接部为燕尾槽，所述燕尾槽的长度方向与所述本体的中心线平行。
9.一种地埋管换热器，其特征在于，包括:至少两根地埋管、连接两根地埋管底部的U形端头、以及用于固定至少两根地埋管的如权利要求1-8任一项所述的连接件。
10.一种换热系统，其特征在于，包括:建筑物内部换热器、热泵以及如权利要求9所述的地埋管换热器，所述地埋管换热器设置在建筑物附近的土壤内；所述地埋管换热器中地埋管的顶端经进液管和出液管与热泵的一端相连，所述热泵的另一端与所述建筑物内部换热器相连。
【专利摘要】本实用新型提供一种地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统，其中，地埋管连接件包括：内部填充相变蓄能材料的本体，所述本体的外表面设有至少两个用于固定地埋管的卡接部。本实用新型提供的地埋管连接件、地埋管换热器及换热系统不仅能够提高地埋管换热器的蓄热能力，而且在土壤回填的过程中，地埋管周围的土壤都可以被压实，提高了回填材料的密实程度，进一步能够提高换热效率。
【IPC分类】F25B30-06, F24J3-08
【公开号】CN204612249
【申请号】CN201520300256
【发明人】徐伟, 杨灵艳
【申请人】中国建筑科学研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月11日