一种桩基埋管地源热泵套管式换热器的制作方法

本发明属于热泵系统技术领域，尤其涉及一种桩基埋管地源热泵套管式换热器。

背景技术：

随着全球人口数量的增长和科技的飞速发展以及人民的生活水平不断提高，能源消耗与日俱增，能源危机已成为当今世界面临的重大挑战，开发和利用先进的节能技术已经迫在眉睫。据统计，建筑能耗占社会总能耗的30％左右，而在整个建筑物能耗中，50％以上由建筑空调系统产生。因此，从空调系统的冷热源着手是解决全国能源紧张的有效方法。

目前，地源热泵以其节能和环保的特点被广泛地研究和应用。地源热泵利用浅层地热资源，包括土壤、地表水、地下水等，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换。相比于传统的空气源热泵，地源热泵具有高效节能、运行稳定可靠、环境友好性高等优点。但同时地源热泵也具有一些局限性，如钻孔占地面积大、除投资较大等。

目前，针对钻孔式地源热泵的劣势，桩基埋管地源热泵得到了广泛的关注和研究。桩基埋管地源热泵将传统的地埋管换热器布置在建筑桩基之中，通过建筑桩基与外界土壤进行换热，充分利用了建筑物桩基的地下巨大空间。桩基埋管地源热泵除了具有钻孔式地源热泵的优点之外，还具有节省占地面积、节省钻孔施工费用、节省钻孔时间、强化换热器换热性能等优势。

目前，在已有的地源热泵换热器的研究中，地埋管主要采用五种形式：单u型、w型、并联双u型、并联三u型和螺旋型。各类换热器均存在一定的优缺点：单u型地埋管结构简单，但换热性能较弱；w型地埋管换热性能强于单u型换热器，但容易形成顶端气体堆积排不出去而集气的情况，影响换热；并联双u型和并联三u型地埋管相比于单u型地埋管，换热面积大大增加，但地埋管结构较复杂，存在一定的安全隐患；螺旋型地埋管结构简单、连接件少，可利用埋管长度较大，但相邻管段相互影响，减小了有效的换热面积。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种桩基埋管地源热泵套管式换热器，减弱了内、外层循环流体之间的热短路，强化了换热器与桩基之间的换热效果，进一步提升了换热器的换热性能。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种桩基埋管地源热泵套管式换热器，该套管式换热器包括外管(1)、绝热材料(2)、外层内管(3)、里层内管(4)、流体出口管(5)、流体入口管(6)、底座(7)、封盖(8)。

外管(1)采用预设导热系数的经防腐防锈处理的无缝钢管，外层内管(3)嵌套在外管(1)内，并且外管(1)、外层内管(3)形成中空结构，中部开孔的封盖(8)盖在中空结构顶部以封闭外管(1)与外层内管(3)顶端；

外层内管(3)与里层内管(4)采用预设导热系数的pvc管，外层内管(3)与里层内管(4)之间填充聚氨酯绝热材料(2)；里层内管(4)延伸出中部开孔的封盖(8)，从而形成流体出口管(5)。

外管(1)下部固定在底座(7)的四周内壁上并与底座(7)底部封闭，外管(1)下部与底座(7)之间采用螺纹连接。

外层内管(3)与里层内管(4)底部通过同种pvc材料焊接，对齐放置在外管(1)内，并底部不与底座(7)底部接触，外管(1)、外层内管(3)形成中空结构底部与外层内管(4)底部连通；所述中部开孔尺寸为出口管(5)的大小。

在流体入口段采用相同的外管(1)材料制造流体入口管(6)，外管(1)与流体入口管(6)连通，流体入口管(6)距离封盖(8)为0.5m；流体通过入口管(6)进入换热器，通过换热器外管(1)与外侧建筑桩基进行换热，最后通过出口管(5)流出换热器。

换热器桩基埋管地源热泵套管式换热器外管(1)采用导热系数较大的经防腐防锈处理的无缝钢管，强化了换热器与桩基之间的换热。外层内管(3)与里层内管(4)采用预设导热系数的pvc管，外层内管(3)与里层内管(4)之间填充聚氨酯绝热材料(2)，减弱了内、外层循环流体之间的热短路，进一步提升了换热器的换热性能。外管(1)下部与底座(7)之间采用螺纹连接，可以有效地承担换热器底部的超高压力。换热器布置在建筑物桩基内，节省了普通地源热泵所需的钻孔时间和费用。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明提出的技术中换热器桩基埋管地源热泵套管式换热器外管采用导热系数较大的经防腐防锈处理的无缝钢管，强化了换热器与桩基之间的换热；外层内管与里层内管采用导热系数较小的pvc管，外层内管与里层内管之间填充绝热材料，减弱了内、外层循环流体之间的热短路，进一步提升了换热器的换热性能；换热器外管下部与底座采用螺纹连接，可以有效地承担换热器底部的超高压力；换热器布置在建筑物桩基内，节省了普通地源热泵所需的钻孔时间和费用。

附图说明

图1是本发明桩基埋管地源热泵套管式换热器的结构示意图；

图2是本发明桩基埋管地源热泵套管式换热器的水平截面图；

其中：1、外管，2、绝热材料，3、外层内管，4、里层内管，5、流体出口管，6、流体入口管，7、底座，8、封盖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细的阐述。

如图1所示，本发明提出一种桩基埋管地源热泵套管式换热器，该套管式换热器包括外管(1)、绝热材料(2)、外层内管(3)、里层内管(4)、流体出口管(5)、流体入口管(6)、底座(7)、封盖(8)。

外管(1)采用预设导热系数的经防腐防锈处理的无缝钢管，外层内管(3)嵌套在外管(1)内，并且外管(1)、外层内管(3)形成中空结构，中部开孔的封盖(8)盖在中空结构顶部以封闭外管(1)与外层内管(3)顶端；

外层内管(3)与里层内管(4)采用预设导热系数的pvc管，外层内管(3)与里层内管(4)之间填充聚氨酯绝热材料(2)；里层内管(4)延伸出中部开孔的封盖(8)，从而形成流体出口管(5)。

外管(1)下部固定在底座(7)的四周内壁上并与底座(7)底部封闭，外管(1)下部与底座(7)之间采用螺纹连接。

外层内管(3)与里层内管(4)底部通过同种pvc材料焊接，对齐放置在外管(1)内，并底部不与底座(7)底部接触，外管(1)、外层内管(3)形成中空结构底部与外层内管(4)底部连通；所述中部开孔尺寸为出口管(5)的大小。

在流体入口段采用相同的外管(1)材料制造流体入口管(6)，外管(1)与流体入口管(6)连通，流体入口管(6)距离封盖(8)为0.5m；流体通过入口管(6)进入换热器，通过换热器外管(1)与外侧建筑桩基进行换热，最后通过出口管(5)流出换热器。

换热器桩基埋管地源热泵套管式换热器外管(1)采用导热系数较大的经防腐防锈处理的无缝钢管，强化了换热器与桩基之间的换热。外层内管(3)与里层内管(4)采用预设导热系数的pvc管，外层内管(3)与里层内管(4)之间填充聚氨酯绝热材料(2)，减弱了内、外层循环流体之间的热短路，进一步提升了换热器的换热性能。外管(1)下部与底座(7)之间采用螺纹连接，可以有效地承担换热器底部的超高压力。换热器布置在建筑物桩基内，节省了普通地源热泵所需的钻孔时间和费用。

进一步的，换热器外管1、外层内管3和里层内管4同轴安装。

进一步的，换热器外管1为预设导热系数的经防腐防锈处理的无缝钢管，比如导热系数可以为30w/(m·k)。

进一步的，换热器外层内管3和里层内管4为预设导热系数的pvc管，本实施例中导热系数选择为0.17w/(m·k)。

进一步的，换热器绝热材料2为预设导热系数的聚氨酯绝热材料，本实施例中导热系数选择为0.025w/(m·k)。

进一步的，换热器外管1下部与底座7要采用螺纹连接。

在本发明工作时，地埋管循环流体通过入口管6进入换热器，通过换热器外管1与外侧建筑桩基进行换热，最后通过出口管5流出换热器。

本发明通过换热器外管采用导热系数较大的经防腐防锈处理的无缝钢管，强化了换热器与桩基之间的换热；通过外层内管与里层内管采用导热系数较小的pvc管，外层内管与里层内管之间填充绝热材料，减弱了内、外层循环流体之间的热短路，进一步提升了换热器的换热性能；通过换热器外管下部与底座采用螺纹连接，有效地承担换热器底部的超高压力；通过将换热器布置在建筑物桩基内，节省了普通地源热泵所需的钻孔时间和费用。