竖直地埋管换热器增设地下水渗透提高换热性能的结构技术领域：
本发明涉及地源热泵工程技术领域中竖直地埋管换热器的一种可以提高换热性
能的新型技术结构。
技术背景：
地源热泵系统(ground-sourec heat pump system)是以浅层岩土体或地下水为
低温热源，由热泵机组子系统、地热能交换子系统、建筑物内供热空调子系统三部分构成。
而根据地热能交换子系统形式的不同，可分为地埋管换热、地下水换热、地表水换热三种形
式。对于地埋管换热根据管路设置方式可分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器，竖
直地埋管换热器是在竖直的钻孔内埋设的，绝大部分埋管式地源热泵都是采用竖直埋管方
式，因为它节省占地面积，而且换热能力都比水平地埋管换热器更高。
目前规范[1]和资料[2]以及实际工程中所应用的竖直地埋管换热器孔中都仅仅是
设置换热器本身，而没有地下水渗透的功能结构，所有的设计都建立在热传导原理以及确
定了岩土体导热系数和容积比热容基础之上。进一步深入研究地埋管换热器的结构、传热
机理是地源热泵工程技术界的主要课题。
发明内容：
针对目前的状况，本发明竖直地埋管换热器增设地下水渗透提高换热性能的结构
可以较大的提高竖直地埋管区域内的换热能力，也就是使地源热泵系统的供冷或供热能力
增加，同时也使地源热泵系统的综合能耗降低，经济性提高。
本发明专利是通过下述技术方案实现的：研制了竖直地埋管换热器增设地下水渗
透的复合技术结构，其特征包括以下构件与连接方式：在竖直地埋管换热器C内增设了地下
水渗透的结构，渗透水竖管A，在竖管A上有出水孔B，地下水井E，井E内装有潜水泵SP，在地
源热泵机房内有加压泵JP，连接潜水泵SP，加压泵JP，各渗透水竖管的管道SG，在加压泵JP
的出口管道SG上设有压力表Y，温度计F，流量计G，调节阀K，构成了一个独立循环的渗透水
子系统。原有的竖直地埋管换热器C，竖直地埋管换热器循环水管道DG，循环水泵P，地源热
泵机组DP都保持不变。当系统运行时， 潜水泵SP抽取地下水经管道SG送入加压泵JP后经管
道SG送入各个竖直渗透水管A，经管A上的出水孔B渗透进入地下土壤层，在土壤层内一部分
随地下水原来径流方向流向下游，一部分回流到水井E。
与单独的地埋管换热器的传热性能比较，本发明专利的优越性是：1、使单独的地
埋管换热器换热能力提高20％-50％，单独的地埋管换热器与土壤的换热主要是热传导过
程，但是影响地埋管换热器换热性能的因素较多，除了沿地埋管竖直方向岩土体热物性以
外，地下水的流动，土壤的含湿量梯度造成的渗透流动，对地埋管换热器换热性能影响很
大。本发明提高了地埋管埋设区域内的含湿量梯度，加速渗透流动渗透水还向土壤层输入
了新的冷热源，从而提高了原竖直地埋管换热器的换热性能。2、使原地埋管换热器子系统
的经济性提高，根据工程实例，新增设的地下水渗透子系统的成本仅是原竖直地埋管换热
器子系统成本的10％-15％，而换热能力提高20％-50％，所以经济性提高。3、新增设的地下
水渗透子系统的施工并不比原单独的地埋管换热器子系统复杂，便于实施。
具体实施方式：
下面结合附图说明本发明专利的实施方式：竖直地埋管换热器增设地下水渗透提
高换热性能的技术结构，其特征在于主要包括以下部件及连接方式：渗透水竖管A是本发明
专利独自具有的关键构件，是选用高强度耐腐蚀的塑料管材，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯
(PPR)、聚丁烯(PB)等管材均可，管公称直径DN20～DN32，在管A渗透深度范围内钻有多个出
水孔B，孔径2-4mm，数量十几个至几十个，可以在竖直管A的渗透区段内均匀布置，也可以根
据地下土壤层的结构非均匀布置，距离地面最近处的孔应在抽水井的动水位深度以下。渗
透水竖管A绑扎在竖直地埋管换热器的管上与其同时埋设到钻孔内即可，施工很方便。并非
每一个竖直地埋管换热器内都必须设有一根竖直渗透管A，也可以使渗透管A数量少于地埋
换热器C的数量，比较均匀的配置即可。每一个竖直渗透管A的设计渗透水量为0.2m3/h～
1m3/h，如果地下水井E的出水量充足使渗透水量再大些效果更好。
地下水井E是提供渗透水源，与常规的地下水井结构施工方法相同。地下水井E可
以是1个或多个，设置的位置应距竖直地埋管换热器区域大于50m最好。如果工程 区域有限
也可以近一些，或者在区域内也可以的。
潜水泵SP和加压泵JP与常规泵相同，只要能保证设计流量和压力即可，连接管道
SG与地埋管换热器子系统的连接管道DG设计施工方法相同，不在赘述。
附图说明
图1是本发明专利的工艺系统原理图
图2是本发明专利的单孔结构图
图中：A——渗透水竖管 B——管A上的出水孔
C——地埋管U型换热器 E——地下水井
SP——水井内潜水泵 JP——加压泵
SG——连接管道 Y——压力表
F——温度计 G——流量计
K——调节阀 d——出水孔直径
DP——地源热泵机组 P——地源热泵的循环水泵
DG——地埋管换热器循环水管道
参考文献：
〔1〕地源热泵系统工程技术规范(2009年版)
中华人民共和国国家标准(GB50366-2005)
〔2〕中国地源热泵发展研究报告(2013)
可再生能源蓄能技术在低能耗建筑的应用课题组稿，徐伟主编
中国建筑工业出版社