[发明专利]地下换热管冻胀变形主动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于地下蓄能和地源热泵利用技术领域，特别涉及地下换热管0℃以下低温运行工况的冻胀变形控制问题。

背景技术

在地下蓄能的低温蓄冷和地源热泵冬季供热过程中，地下换热器的0℃以下运行工况涉及换热管在岩土中的冻胀变形问题。对于某些夏季冷负荷较大的地区，长期运行后地下换热区温度恢复能力降低，需要通过蓄冷的方式降低地温，大温差的换热可大大提高蓄冷效率，因此在利用地下换热器进行蓄冷时，地下换热管内循环液常会以低于0℃运行。除此之外，地源热泵在冬季作为供热设备时，将室内冷量通过一系列热交换“运移”至地下，使室内温度在一定范围内维持恒定，然而当室内热负荷较大时，特别是在严寒地区的冬季，地下换热管内循环温度常低于0℃。该低温将致使换热管周围土壤中的自由水冻结成冰，而使土壤体积膨胀，即出现冻胀现象。冻胀的产生，不但使土壤孔隙结构发生变化而影响其传热效果，而且冻胀作用力发展到一定程度时会挤压换热管使其变形。管截面的变形可带来诸如循环液溢流、流动阻力增大等问题，严重时系统将不能正常工作。

因此，对于换热管冻胀变形的防范及控制显得尤为重要。首先，选择非冻胀敏感性回填料，如砂粒基、水泥基回填，有利于减轻冻胀，而该方法除了会增加施工投入以外，还会由于回填料与地下岩土材料属性不同而产生不兼容性脱离问题。其次，增大换热管内部压力，也可以在一定程度上减小冻胀挤压变形，然而增加内压不但加大了其运行的风险性，而且会降低埋管的使用寿命。由此可见，在采取被动措施减轻换热管冻胀变形的同时，势必会带来一定的潜在危害，制约其长期应用。

相比之下，在保证基本负荷的情况下，通过改变地下换热系统运行模式，实现地下岩土冻胀的主动控制，将会避免采取被动措施所带来的潜在危害，有助于换热管运行效率的提高以及该技术健康、稳定的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下换热管在0℃以下低温运行冻胀变形的主动控制方法。该控制方法基于冷源或热泵机组的吸热负荷高低交替变化，采用主动调节方式使吸热温度在一定范围内波动，以此实现地下换热系统的间歇运行，通过换热井区地下温度巡检机制，进一步实现换热井区的交替运行，使冻结岩土温度得以回升，最大限度的减轻或避免换热管冻胀变形。

实现上述目的的技术方案是：该地下换热管冻胀变形控制系统包括吸热盘管、放热盘管、水箱温度传感器、蓄能水箱、分水器、集水器、第一供水阀、第二供水阀、第三供水阀、第四供水阀、第一回水阀、第二回水阀、第三回水阀、第四回水阀、第一供水管、第二供水管、第三供水管、第四供水管、第一回水管、第二回水管、第三回水管、第四回水管、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第一连通阀、第二连通阀、第三连通阀、第四连通阀、第一换热井区、第二换热井区、第三换热井区、第四换热井区、控制器。所述吸热盘管可为冷源或热泵机组的蒸发器，置于蓄能水箱中，所述放热盘管连接地下换热系统，并置于蓄能水箱中，所述第一～第四供水阀与回水阀分别置于分水器出口与集水器入口，所述第一～第四循环泵分别置于第一～第四供水管上，所述第一～第四温度传感器分别置于第一～第四回水管上，所述第一～第四连通阀分别连通对应供水管和回水管，所述控制器连接各温度传感器、各阀门以及各循环泵。

本发明的有益效果是：通过对蓄能水箱内防冻液温度及地下换热系统运行的主动控制，使防冻液温度在0℃以下往复波动变化，地下换热系统在温度上升阶段运行，在温度下降阶段停歇，并借助地下温度巡检手段实现换热井区的间歇运行，减缓了地下岩土冻胀的发生，减轻或避免了地下换热管的冻胀变形，为系统高效稳定运行提供保障。

附图说明

图1为本发明系统原理示意图

图2为蓄能水箱温度变化示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：