一種同心套管換熱管的制作方法

本發(fā)明屬于地熱換熱管領(lǐng)域，具體涉及一種同心套管換熱管。

背景技術(shù)：

地源熱泵技術(shù)作為淺層地熱能利用的有效形式，其綠色、環(huán)保、可再生及高利用率使其在國內(nèi)外得到了極大關(guān)注與推廣，伴隨而來的是地源熱泵室外地埋管換熱系統(tǒng)成本較高，又極大的限制了其普及應(yīng)用。常規(guī)的室外地埋管換熱系統(tǒng)其形式有兩種：雙U25形、單U32形。

根據(jù)鉆探工藝要求，常規(guī)的地埋管形式，其所需的地質(zhì)鉆孔口徑不低于150mm。另外根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50366-2009），常規(guī)的雙U25型、單U32型地埋管在施工時，要求每隔5米設(shè)置一個支撐管卡，防止PE管道之間貼合在一起，造成“熱短路”，形成無效換熱，降低地埋管的換熱效率；但實際施工中管卡基本無法設(shè)置，存在的原因主要有以下幾個方面：1）地埋管施工時，在將地埋管插入鉆孔前，需要將100米長的地埋管在孔邊上水平展開，然后加裝管卡，以雙U25型地埋管為例，四根100米長，De25的PE管裝完管卡后，難以實現(xiàn)將水平的管道下入豎直的鉆孔中，施工難度大，且對加裝管卡有場地要求；2）裝完管卡后的管道，離鉆孔孔壁較近，下管過程中因摩擦、撞擊等原因造成塌孔，從而增加施工難度與成本；3）加裝完管卡、放入鉆孔中的地埋管，需要及時回填入專用材料（成分主要為混凝土、砂子及膨潤土，其比例根據(jù)不同的周邊地質(zhì)條件確定），以確保成孔質(zhì)量，但每隔5米一個管卡會阻礙回填材料在管道中間區(qū)域回填密實，容易造成回填材料上部搭橋下部空洞，影響換熱效率。管卡的存在為加強換熱能力，但同時帶來了施工成本增加及風險增大，因此，在施工中難以實現(xiàn)管卡的安裝。

不低于150mm口徑的鉆孔，在基巖地區(qū)，其施工難度較大，施工成本大幅增加，體現(xiàn)在以下幾個方面：1）孔徑越大，鉆進速率越慢，人員、油料成本及機械設(shè)備損耗越大；2）孔徑越大，需要的回填材料就越多，人員及材料成本也越大；3）施工周期增加明顯，各種成本大幅提高。

一個鉆孔中的多根管道，其相鄰的管道部分因不存在換熱溫差從而形成了無效的換熱面積，也造成材料的浪費。

因上述原因，常規(guī)的雙U25型、單U32型地埋管因客觀的技術(shù)原因及要求，提高了其室外地埋管換熱系統(tǒng)的成本，限制了地源熱泵技術(shù)的有效推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種同心套管換熱管，鉆孔工作量減少，減少換熱管數(shù)量，節(jié)約成本，提高換熱效率。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種同心套管換熱管，包括管體、內(nèi)管、管頭支架，所述管體上方設(shè)有限位孔，管體側(cè)上方設(shè)有出水口，所述內(nèi)管插入限位孔內(nèi)，內(nèi)管下方距管體下方有空隙，所述管頭支架對稱設(shè)置在內(nèi)管側(cè)下方，所述內(nèi)管外側(cè)設(shè)有絕熱涂層，內(nèi)管外側(cè)與管體內(nèi)側(cè)之間為夾層，所述管體與內(nèi)管同軸。

作為本發(fā)明的一種改進，所述絕熱涂層為納米陶瓷多孔微粒涂層。

作為本發(fā)明的一種改進，所述管體、內(nèi)管、管頭支架材料均為HDPE。

作為本發(fā)明的一種改進，所述管體外徑為30-40mm。

作為本發(fā)明的一種改進，所述管體壁厚為3-4mm，內(nèi)管壁厚為2-3mm，夾層厚度為4-8mm。

作為本發(fā)明的一種改進，所述管頭支架呈十字排列, 管頭支架l連接管體與內(nèi)管。

本發(fā)明的有益效果是：

1）地埋管鉆孔孔徑為縮減為89mm，按照鉆進巖土體的體積核算，鉆進工作量最少縮減為原來的35.2%，鉆孔的效率極大提高，鉆孔施工成本縮減為原來的30%左右；

2）相對于雙U25型換熱管單位延米有效換熱面積僅縮減為原來的73.1%左右；

3）無需使用管卡，解決了下管困難、回填不密實等問題；

4）相對于雙U25型換熱管，管道材料成本縮減為原來的76.8%，回填材料成本縮減為原來的31.6%；

5）減少換熱管數(shù)量，成本節(jié)約65%，提高換熱效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的管頭支架截面圖。

圖3為本發(fā)明所述的換熱管工作剖面圖。

圖4為本發(fā)明所述的雙U25型換熱管工作剖面圖。

圖5為本發(fā)明所述的換熱管有效換熱面示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的雙U25型換熱管有效換熱面示意圖。

附圖標記列表：

1、管體，2、內(nèi)管，3、管頭支架，4、限位孔，5、空隙，6、絕熱涂層，7、夾層，8、出水口，9、同心套管換熱管，10、本發(fā)明的回填材料，11、本發(fā)明的有效散熱面積，12、雙U25型換熱管，13、常規(guī)回填材料，14、常規(guī)有效散熱面積，15、本發(fā)明所述的換熱管有效換熱面，16、雙U25型換熱管有效換熱面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。

如圖所示，本發(fā)明所述的一種同心套管換熱管，材料均為HDPE（高密度聚乙烯）100型，承壓能力達到1.6MPa，使用壽命長；內(nèi)管2內(nèi)側(cè)為進水管，水流至同心套管型換熱管管底時，沿內(nèi)管2與管體1之間的夾層7返回至管體的出水口8，流出同心套管型換熱管，換熱管的換熱經(jīng)管體1、專用回填材料10傳遞至巖土體，從而實現(xiàn)熱量的傳導(dǎo)完成，在內(nèi)管外側(cè)有專用絕熱涂層6，防止內(nèi)管進水與夾層內(nèi)的出水因存在換熱溫差而造成“熱短路”，避免形成無效換熱，確保地埋管的換熱效率；在內(nèi)管2管頭處預(yù)制管頭支架3，為確保同心套管型換熱管底部內(nèi)管水流返回至外管出水口的水流通道，以及流量流速均勻，管體1與內(nèi)管2同軸，散熱均勻，提高效率。

本發(fā)明所述絕熱涂層6為納米陶瓷多孔微粒涂層，隔熱效果好，使用壽命長。

本發(fā)明所述管頭支架3呈十字排列，如圖2所示，管頭支架l連接管體與內(nèi)管。

本發(fā)明所述管體1外徑為32.6mm，管體1壁厚為3-4mm，內(nèi)管2壁厚為2-3mm，夾層7厚度為4-8mm。

如圖5所示，本發(fā)明地埋管鉆孔孔徑縮減為89mm，按照鉆進巖土體的體積核算，鉆進工作量最少縮減為原來的35.2%，鉆孔的效率極大提高，鉆孔施工成本縮減為原來的30%左右，圖6為雙U25型換熱管有效換熱面示意圖，本發(fā)明所述的同心套管換熱管，相對于雙U25型換熱管單位延米有效換熱面積僅縮減為原來的73.1%左右；但是減少換熱管數(shù)量，成本節(jié)約65%，單位換熱率提高82%，管道材料成本縮減為原來的76.8%，回填材料成本縮減為原來的31.6%，成本大幅降低，而且無需使用管卡，解決了下管困難、回填不密實等問題，相較于常規(guī)的地埋管類型，具有較為顯著的經(jīng)濟性與實用性，在淺層地熱能開發(fā)利用中具有重要的改進意義，其應(yīng)用前景十分廣闊。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。