一种深层水平式地埋管系统及其铺设方法与流程

本发明属于地源热泵的地埋管系统，具体是一种能与深层土壤高效换热的深层水平式地埋管系统及其铺设方法。

背景技术：

随着能源危机的日益紧迫，节能技术的研究和应用得到了很快的发展。地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一门热泵技术。利用地表下具有良好温度性质的土壤作为地源热泵热源（或冷源）的技术被越来越广泛地应用。这是因为在制冷或制热时，土壤源的温度特性要比空气源的温度特性优越，使得地源热泵比空气源热泵的节能性更好。

随着地源热泵装置的普及，地埋管换热器作为地源热泵的重要组成部分，其与土壤的换热能力受到了地源热泵行业的广泛关注。地埋管换热器，主要功能是在冬季时将土壤中的热量传递至热泵机组，夏季时将土壤的冷量传递至热泵机组。地埋管目前主要分为两种形式，一种是需要打井的竖直式地埋管，目前存在的问题有：一、打井需一定深度，造价较高；二、施工时地埋管间的分离支架较易破损，造成局部热量短路，使热泵机组运行性能下降。另外，具体项目往往受单孔换热量、项目可钻孔面积限制而影响。常规土壤源换热器采用水为换热介质，通过土壤换热器的显热换热来获取地下能量，而水在土壤换热器换热过程中温度逐步递增，与周围土壤的换热温差逐渐降低，随之换热能力逐渐下降。现有技术存在设备换热能力不足的问题。

还有一种形式是水平式地埋管，主要特点是无需打井，成本与竖直式地埋管相比较低。目前存在的问题是：一、占地面积较大；二、长期使用时，对于地下水流动不强的土壤会引发局部升温，使热泵在不经济的情况下运行；三、开挖埋管沟，每条沟内排放1 至6 根管子，两条沟之间距离为 2 至 3 米。这就造成了没有充分利用土地面积，沟间及层间地热能得不到充分利用，减少了地下埋管系统总蓄热量，投资费用大等问题。

申请号为 201120242012.7，名称为“一种多层排布的水平式地埋管”的专利推出了一种水平式地埋管。其创新点是：在地下铺设多层水平式热交换管，每层相邻两根管的间距均匀，相邻两层管走向互相垂直，中间有回填土层。该技术可以在一定的范围内铺设较多数量的地埋管，其缺点是，用开挖方式铺设的地埋管的深度有限，地源热泵系统运转时，铺设地埋管的土壤会引发局部升温，使热泵在不经济的情况下运行。

申请号为201310018460.2，名称为“一种水平式地埋管系统”的专利推出了一种水平式地埋管系统。其创新点是：将分离式热管布置于水平地埋管的上方；将重力式热管垂直布置于水平地埋管的下方，利用热管的高效传热特性，强化水平地埋管与深层土壤的换热效能，从而提高了换热量。它虽然采用热管能和深层土壤进行换热，但换热量小，且成本高、施工难度大。

地源热泵目前的埋管方式都有让人不够满意之处。如何节省土地面积、减少投资费用、提高地埋管的换热能力是目前地源热泵技术应用研究急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是推出一种深层水平式地埋管系统及其铺设方法。深层水平式地埋管系统能与深层土壤进行高效换热，使地源热泵有更好的节能效果。

本发明的技术解决方案是：一种深层水平式地埋管系统，其特征是：在地下铺设多根水平式热交换管，所述热交换管的水平段深度为10至400米 ；所有热交换管的进水端与供水集管并联连接，所有热交换管的回水端与回水集管并联连接；供水集管、回水集管均与高置水箱连接。

所述热交换管有入土点和出土点，入土点的热交换管作为进水端和回水端，出土点的进水端管道和回水端管道分别用管接头对应相连接。

在所述热交换管的出土点砌有接受井，所述管接头设置在接收井内。

所述热交换管的水平段深度为15至400米。

所述热交换管的水平段深度为20至400米。

所述热交换管的水平段深度为50至400米。

所述热交换管的水平段深度为100至400米。

一种深层水平式地埋管系统的铺设方法，其特征是。

a.确定深层水平式地埋管的入土点和出土点，现场勘查和地下勘查，设计管道的深度和走向。

b.定向钻机进场就位和调试。

c.钻导向孔。

d.分级反扩成孔。

e.管道回拖，完成第一孔管道敷设。

f.重复a至e敷设下一孔管道。

g.出土点管道用管接头分别对应连接，砌接受井。

h.所有热交换管的进水端与供水集管并联连接。

i.所有热交换管的回水端与回水集管并联连接。

j.供水集管、回水集管均与高置水箱连接。

本发明的创新点是。

一、采用水平定向钻机将水平式地埋管放置在深层地下，地埋管能直接和深层土壤进行换热；另外采用回拖敷管法，单孔敷设的管道数量多（40/32管可达100根以上）、管线长度长（可达1000米以上）、深度深（可达100米）、整个地埋管系统的换热能力大幅提高。

二、减小了地埋管占地表面积，投资省，扩大了地源热泵系统的应用场合。

三、可在建筑物施工时同时施工，也可在建筑物完工后施工，便于对既有建筑加装地源热泵系统。

附图说明

图 1 为本发明实施例的结构示意图。

图 2 为图 1 的俯视图。

具体实施方式

图中：1、第一孔地埋管，2、第二孔地埋管，3、地源热泵机房，4、高层建筑，5、第一孔地埋管入土点，6第二孔地埋管入土点，7、第一孔地埋管出土点，8、第二孔地埋管出土点，9、管接头，10、接收井，11、地面。

参照图1、图2 。

实施例1，一种深层水平式地埋管系统是由第一孔地埋管1和第二孔地埋管2组成，每孔里穿有100根40/32的hdpe (High Density Polyethylene，高密度聚乙烯)热交换管，所述热交换管的水平段深度为50米 。所述热交换管有入土点5、6和出土点7、8，入土点的热交换管作为进水端和回水端，第一孔地埋管出土点中的热交换管与第二孔地埋管出土点中的热交换管用管接头分别对应连接。本实施例中，第一孔地埋管的入土点5的热交换管为进水管、第二孔地埋管的入土点6的热交换管为回水管，出土点7的进水端管道和出土点8的回水端管道分别用管接头9对应相连接。在所述热交换管的出土点砌有接受井10，所述管接头9设置在接收井10内。所有热交换管的进水端与供水集管并联连接，所有热交换管的回水端与回水集管并联连接；供水集管、回水集管均与高置水箱连接。

实施例2，一种深层水平式地埋管系统的铺设方法，其特征是。

a.确定深层水平式地埋管的入土点5和出土点7，现场勘查和地下勘查，设计管道的深度和走向。

b.定向钻机进场就位和调试。

c.钻导向孔，入土角度为30度，孔的水平段深度为50米，总长度为600米。

d.分级反扩成孔并注浆至孔径为800毫米。

e.管道回拖，将100根40/32的hdpe热交换管敷设完成。

f.重复a至e敷设下一路管道。

g.出土点7、8的热交换管用管接头9分别对应连接，砌接受井10。

h.所有热交换管的进水端5的管道与供水集管并联连接。

i.所有热交换管的回水端6的管道与回水集管并联连接。

j.供水集管、回水集管均与高置水箱连接。

定向钻非开挖敷管施工是现有技术，可参考《油气输送管道穿越工程施工规范》 GB 50424-2007进行施工。

所有热交换管的进水端5的管道与既有供水集管并联连接；以及所有热交换管的回水端6的管道与既有回水集管并联连接；以及供水集管、回水集管均与高置水箱连接都是现有技术，可参考《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2009 《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268。

由上述实施例可见，本发明的优点具体体现在。

一、减小了地埋管占地表面积，入土点和出土点仅几个平方米的占地，敷设的管道长达几千米，这对扩大地源热泵系统的应用起了推进的作用。

二、可在建筑物完工后施工，便于对既有建筑加装地源热泵系统，以及对既有地源热泵系统增容。

三、采用进水、回水为分开的两孔管道设计，并采用回拖敷管法，并且单孔敷设的管道流量大（40/32的hdpe管可达100根以上，或一根直径为500mm的钢管）、管线长度长（可达1000米以上）、深度深（可达50米），热交换能力显著提高，地源热泵系统的节能效果将有大幅提高。