一种同心套管换热管的制作方法

本发明属于地热换热管领域，具体涉及一种同心套管换热管。

背景技术：

地源热泵技术作为浅层地热能利用的有效形式，其绿色、环保、可再生及高利用率使其在国内外得到了极大关注与推广，伴随而来的是地源热泵室外地埋管换热系统成本较高，又极大的限制了其普及应用。常规的室外地埋管换热系统其形式有两种：双U25形、单U32形。

根据钻探工艺要求，常规的地埋管形式，其所需的地质钻孔口径不低于150mm。另外根据《地源热泵系统工程技术规范》（GB 50366-2009），常规的双U25型、单U32型地埋管在施工时，要求每隔5米设置一个支撑管卡，防止PE管道之间贴合在一起，造成“热短路”，形成无效换热，降低地埋管的换热效率；但实际施工中管卡基本无法设置，存在的原因主要有以下几个方面：1）地埋管施工时，在将地埋管插入钻孔前，需要将100米长的地埋管在孔边上水平展开，然后加装管卡，以双U25型地埋管为例，四根100米长，De25的PE管装完管卡后，难以实现将水平的管道下入竖直的钻孔中，施工难度大，且对加装管卡有场地要求；2）装完管卡后的管道，离钻孔孔壁较近，下管过程中因摩擦、撞击等原因造成塌孔，从而增加施工难度与成本；3）加装完管卡、放入钻孔中的地埋管，需要及时回填入专用材料（成分主要为混凝土、砂子及膨润土，其比例根据不同的周边地质条件确定），以确保成孔质量，但每隔5米一个管卡会阻碍回填材料在管道中间区域回填密实，容易造成回填材料上部搭桥下部空洞，影响换热效率。管卡的存在为加强换热能力，但同时带来了施工成本增加及风险增大，因此，在施工中难以实现管卡的安装。

不低于150mm口径的钻孔，在基岩地区，其施工难度较大，施工成本大幅增加，体现在以下几个方面：1）孔径越大，钻进速率越慢，人员、油料成本及机械设备损耗越大；2）孔径越大，需要的回填材料就越多，人员及材料成本也越大；3）施工周期增加明显，各种成本大幅提高。

一个钻孔中的多根管道，其相邻的管道部分因不存在换热温差从而形成了无效的换热面积，也造成材料的浪费。

因上述原因，常规的双U25型、单U32型地埋管因客观的技术原因及要求，提高了其室外地埋管换热系统的成本，限制了地源热泵技术的有效推广。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种同心套管换热管，钻孔工作量减少，减少换热管数量，节约成本，提高换热效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种同心套管换热管，包括管体、内管、管头支架，所述管体上方设有限位孔，管体侧上方设有出水口，所述内管插入限位孔内，内管下方距管体下方有空隙，所述管头支架对称设置在内管侧下方，所述内管外侧设有绝热涂层，内管外侧与管体内侧之间为夹层，所述管体与内管同轴。

作为本发明的一种改进，所述绝热涂层为纳米陶瓷多孔微粒涂层。

作为本发明的一种改进，所述管体、内管、管头支架材料均为HDPE。

作为本发明的一种改进，所述管体外径为30-40mm。

作为本发明的一种改进，所述管体壁厚为3-4mm，内管壁厚为2-3mm，夹层厚度为4-8mm。

作为本发明的一种改进，所述管头支架呈十字排列, 管头支架l连接管体与内管。

本发明的有益效果是：

1）地埋管钻孔孔径为缩减为89mm，按照钻进岩土体的体积核算，钻进工作量最少缩减为原来的35.2%，钻孔的效率极大提高，钻孔施工成本缩减为原来的30%左右；

2）相对于双U25型换热管单位延米有效换热面积仅缩减为原来的73.1%左右；

3）无需使用管卡，解决了下管困难、回填不密实等问题；

4）相对于双U25型换热管，管道材料成本缩减为原来的76.8%，回填材料成本缩减为原来的31.6%；

5）减少换热管数量，成本节约65%，提高换热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明所述的管头支架截面图。

图3为本发明所述的换热管工作剖面图。

图4为本发明所述的双U25型换热管工作剖面图。

图5为本发明所述的换热管有效换热面示意图。

图6为本发明所述的双U25型换热管有效换热面示意图。

附图标记列表：

1、管体，2、内管，3、管头支架，4、限位孔，5、空隙，6、绝热涂层，7、夹层，8、出水口，9、同心套管换热管，10、本发明的回填材料，11、本发明的有效散热面积，12、双U25型换热管，13、常规回填材料，14、常规有效散热面积，15、本发明所述的换热管有效换热面，16、双U25型换热管有效换热面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图所示，本发明所述的一种同心套管换热管，材料均为HDPE（高密度聚乙烯）100型，承压能力达到1.6MPa，使用寿命长；内管2内侧为进水管，水流至同心套管型换热管管底时，沿内管2与管体1之间的夹层7返回至管体的出水口8，流出同心套管型换热管，换热管的换热经管体1、专用回填材料10传递至岩土体，从而实现热量的传导完成，在内管外侧有专用绝热涂层6，防止内管进水与夹层内的出水因存在换热温差而造成“热短路”，避免形成无效换热，确保地埋管的换热效率；在内管2管头处预制管头支架3，为确保同心套管型换热管底部内管水流返回至外管出水口的水流通道，以及流量流速均匀，管体1与内管2同轴，散热均匀，提高效率。

本发明所述绝热涂层6为纳米陶瓷多孔微粒涂层，隔热效果好，使用寿命长。

本发明所述管头支架3呈十字排列，如图2所示，管头支架l连接管体与内管。

本发明所述管体1外径为32.6mm，管体1壁厚为3-4mm，内管2壁厚为2-3mm，夹层7厚度为4-8mm。

如图5所示，本发明地埋管钻孔孔径缩减为89mm，按照钻进岩土体的体积核算，钻进工作量最少缩减为原来的35.2%，钻孔的效率极大提高，钻孔施工成本缩减为原来的30%左右，图6为双U25型换热管有效换热面示意图，本发明所述的同心套管换热管，相对于双U25型换热管单位延米有效换热面积仅缩减为原来的73.1%左右；但是减少换热管数量，成本节约65%，单位换热率提高82%，管道材料成本缩减为原来的76.8%，回填材料成本缩减为原来的31.6%，成本大幅降低，而且无需使用管卡，解决了下管困难、回填不密实等问题，相较于常规的地埋管类型，具有较为显著的经济性与实用性，在浅层地热能开发利用中具有重要的改进意义，其应用前景十分广阔。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。