[发明专利]一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法

说明书

本发明提供一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法，利用工业尾矿配制出一种高性能的地埋管换热器回填材料，使其具有较高的热传导性能，同时具有较好的流动性、保水性、微膨胀和较强的抗渗能力。由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0‑0.3份、钢渣微粉0.1‑0.3份、消泡剂0‑0.01份、膨胀剂0.05‑0.15份、膨润土0.05‑0.15份、减水剂0.002‑0.020份、钢渣细骨料1.0‑3.0份，水0.27‑0.60份。获得的较优的经济、社会和环境效益显著。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于地源热泵领域，特别涉及一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法。

背景技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量交换的采暖空调系统。地热资源是量大面广，是一种清洁的可再生能源。研究者们都普遍认为，在目前和将来，地源热泵空调系统是最有前途的节能装置和系统，是地热利用的重要形式。回填是地埋管换热器施工过程中的重要的环节，即在钻孔完毕、下完U型管后，向钻孔中注入回填材料。它介于地埋管换热器的埋管与钻孔壁之间，用来增强埋管和周围岩土的换热；回填材料的选择以及正确的回填施工对于保证地埋管换热器的性能有重要的意义。

地源热泵需要在地层中钻孔，孔径一般在102mm到152mm之间，孔深在60m到100m。置于钻孔内的一个高密度聚乙烯U型管用来作为集热流体的流通管道，最后钻孔用可泵性的浆体回填。回填材料是热交换器与周围地层之间的热传输媒质。在地层情况一定的情况下，要求的钻孔的深度以及由此带来的初安装费用就取决于回填材料的热传导特性。

回填材料除了在热传导方面的要求外，还必须是现实可用的，环境友好的以及较低的成本，由于地埋管换热器的钻孔直径较小，且布有U型管有的还是双U型管，给回填材料的泵送带来了极大的挑战，这就要求其具有较好的流动性和保水性。水泥基材料会发生化学收缩和干燥收缩，导致回填材料与地层岩土之间，与U形管之间产生缝隙，这会造成这些接触面之间的接触热阻加大，影响传热效果，这就要求回填材料应该具备微膨胀及很好的与U型管及周围地层粘结，最大程度的减小接触热阻。回填材料不仅是热传导的媒质，同时还是封孔材料，要求其具备较低的渗透性，避免地表水对地下水的污染以及地下不同含水层之间的交叉污染。本项目研究的目的就是利用工业尾矿配制出一种高性能的地埋管换热器回填材料，使其具有较高的热传导性能，同时具有较好的流动性、保水性、微膨胀和较强的抗渗能力。

回填材料是热交换器与周围地层之间的热传输媒质。在地层情况一定的情况下，要求的钻孔的深度以及由此带来的初安装费用就取决于回填材料的热传导特性。但现有的回填材料热导率需要进一步提高，且成本较高。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种地源热泵钻孔回填材料的制备方法。有效利用了钢渣磨成微粉具有活性，成本低且导热系数高的特点，通过配合比的合理设计及大量实验，制备出了导热系数可以达2.49W/m·K，同时具有优良施工性能、微膨胀、抗渗性优良的回填材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地源热泵钻孔回填材料，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0-0.3份、钢渣微粉0.1-0.3份、消泡剂0-0.01份、膨胀剂0.05-0.15份、膨润土0.05-0.15份、减水剂0.002-0.020份、钢渣细骨料1.0-3.0份，水0.27-0.60份。

优选的，由以下重量份的原料组成：硅酸盐水泥1.0份、粉煤灰0-0.15份、钢渣微粉0.1-0.2份、消泡剂0-0.005份、膨胀剂0.05-0.10份、膨润土0.05-0.10份、减水剂0.002-0.010份、钢渣细骨料1.0-2.0份，水0.27-0.45份。