[发明专利]地能换热系统以及带有该地能换热系统的空调系统

说明书

技术领域

本发明属于空调换热技术领域，具体是涉及一种地能换热系统以及带有该地能换热系统的空调系统。

背景技术

地源热泵利用地下埋管换热器，冬季从周围土壤提取热量满足室内供暖需求，夏季把室内热量排入周围土壤中完成室内制冷，是一项节能和环保的空调技术。地源热泵空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、地源热泵机组和室内空调末端系统。其中地源热泵机组主要有两种形式：水-水式或水-空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵机组与地能换热系统之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

室外地能换热系统中，是采用地下换热埋管与土壤进行换热。采用垂直埋管系统时，现行埋管方案是先钻孔后，然后再将换热埋管置入钻孔内，利用土壤或者填料等埋管。地源热泵埋管技术是地源热泵的核心，是冷热源获取效率所在，不仅决定着机组系统的能效，而且决定地下土壤能量的利用率，决定了地源热泵的初期投资和运行费用。地源热泵地下各部分的换热热阻是问题的根本，地下土壤在钻孔以外的热阻几乎无法改变，我们可以控制改变钻孔内热阻部分的大小，通常钻孔内热阻占地下换热器热阻的一半。地源热泵埋管换热技术的成熟程度就取决于钻孔内热阻的最小化程度。

众所知周，土壤中空气的导热系数最小，水的导热系数约为空气的25倍左右，土壤中常见矿物的导热系数大多为空气的100倍，因此土壤的导热系数将取决于固体颗粒接触紧密与否以及粒间空隙中水分取代空气的程度。土壤容重或密度的增加，可以改善固体间的热接触，导热系数增加，但容重变大所造成的导热系数的增加，较加水至土壤中所造成的影响小。因为水不仅增加颗粒间的热接触，而且水的导热系数高，随着含水率的增加，土壤的导热系数迅速增加。土壤导热系数的大小，可以反映表层土壤受热后土温增加的难易程度以及土温平稳的程度。

土壤中的水分迁移受很多因素影响，如土壤的本身结构、浓度差、温度差等。近年来，研究人员越来越关注温度变化对土壤中水分迁移的影响。实际水分迁移过程中，土壤中的热量与水分迁移往往相互耦合。土壤中温度的分布和变化对土壤水分运动的影响是多方面的，温度可以以两种方式影响土壤中的水流：(1)在没有温度梯度土壤内，恒定温度对水分运移速率的影响主要表现在对土壤再分布的影响；研究表明，随温度升高，土壤水分再分布速度增加；(2)在有温度梯度的土壤内，会有热引起的水流，导致土壤中饱和流或非饱和流从温度高处流向温度低处。

针对如何减小钻孔内热阻，目前主要有两种方法，一种是提高换热埋管的换热系数，另一种是提高钻孔内填料的换热性能。针对第一种方案，公开号为201811629U的专利文献公开了一种用于地源热泵空调系统的高效地源热泵埋地换热管，包括有塑料圆管体，该塑料圆管体的管壁设置成周向波纹形表面，上述方案将塑料圆管体的管壁设置成周向波纹形表面，在提高管材强度的同时，增大了换热管的换热表面积，使换热管的换热效率得到提高。但是，上述埋地换热管制造成本较高，大大限制了其推广性。针对第二种方案，公开号为101886851A的专利文献公开了一种地源热泵竖埋管换热器，包括地源热泵地下竖埋管换热器钻孔、钻孔内进出水管和钻孔回填材料，并对进出水管、回填材料和埋管方法做了进一步改进，提高了地源热泵的换热效率，但是该换热管周围水分受温度梯度影响容易流失，导致换热管周围的土壤导热系数大幅度下降。

发明内容

本发明提供了一种地能换热系统，该系统采用密封的隔水袋将回填料密封，保证进出水管周围回填料的含水率和导热系数不变，使得钻孔内换热热阻保持不变，保证了系统运行的稳定性，同时降低了热量损失，提高了能量回收率。

本发明还提供了一种带有上述地能换热系统的空调系统，使用该空调系统时，机组运行稳定，对地源热能的利用率高，空调使用成本低。

一种地能换热系统，包括：设于地面上的钻孔、一端设置在钻孔内且相互连通的进水管和出水管，以及设于钻孔内的回填料，所述的回填料与所述钻孔孔壁之间设有密闭的隔水袋，所述的隔水袋上设有供进水管和出水管穿过的通孔，通孔孔壁与进水管和出水管管壁之间密封连接；所述的隔水袋周侧与所述钻孔孔壁紧密贴合。

密封隔水袋的设置，避免了由于钻孔内回填料存在温度梯度，导致土壤中饱和流或非饱和流从温度高处流向温度低处，使进水管和出水管周围回填料的含水率降低，使得钻孔内换热热阻增加的问题。隔水袋周侧与所述钻孔孔壁紧密贴合提高了地能换热系统的换热性能，同时保证了空调系统运行的稳定性。