一种地热采暖装置的制作方法

1.本发明涉及管式地暖领域，具体是一种地热采暖装置。


背景技术：

2.传统管式地暖装置中，压力热水被泵送到预埋在地面下的地热管内流动，从而加热整个地面并均匀地向室内辐射散热能，该装置能将热量集中在人体高度范围内，温热的地面使人脚踏舒适，且不占室内面积，从而广泛普及；缺点是：现有的管式地暖装置多为集中式供暖模式，压力热水需要通过室外的公共管网进行输送，会产生一定的热能损耗，即便家中无人不需要较高室温时，公共管网中的水也在不断的循环供热，造成了热能的浪费，节能效果不佳，并且某一段的管路破损泄露时，就会造成管网内供水压力的下降，在维修破损管路时，该管路管网所有用户的取暖都会受到影响。还由于热水是通过城市公共管网输送至千家万户进行循环的，管网内热水中的杂质和污垢经常会堵塞管式地暖装置前端的滤网以及在地热管的内壁上结垢，导致地热管内的热水流速变慢、流量变小，影响室内采暖效果，需要经常维护和清洗。并且，现有的数管式地暖装置都属于压力管道，对地热管、接头及其配套附件的质量和性能要求较高，供水期和停水期时管路还会发出进排水的噪音，还由于地暖属于室内的隐蔽工程，为了确保其承压性能符合要求，避免漏水造成更大损失，需要定期对其进行维护和部件替换，维护成本较高。在一些非集中式供暖地区，例如乡镇、农村等地区，由于不具备相应的条件，所以很多单位和个人还在使用燃煤或燃烧生物质进行取暖的方式，不仅取暖的费用高、还会对环境造成污染。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种地热采暖装置，该装置能够代替传统管式地热管为室内进行供暖，节能效果好，使用成本低。
4.本发明的技术方案是：一种地热采暖装置，包括地热管，其特征在于：地热管中装有并排布置的一根火线和一根零线，火线和零线之间位置固定，火线和零线上交替设有多段导电体裸露部；火线上各导电体裸露部与零线上各导电体裸露部之间位置相互错开；火线上的导电体裸露部与零线上相邻的导电体裸露部之间相隔设有工作间距。
5.所述的工作间距其长度尺寸是导电体裸露部长度尺寸的1/4～1/3。
6.地热管的两端各设有膨胀罐，各膨胀罐的上端与大气连通，各膨胀罐的下端与地热管连通。
7.火线和零线上套有限位套，该限位套与火线和零线固定连接，限位套上设有过水通孔，限位套的外缘面与地热管内表面滑动连接。
8.还包括补水箱和补水管，补水管进水端口与补水箱连接，补水管出水端口与地热管的端口连接，地热管的端口装有自动补水阀。
9.所述的自动补水阀置于地热管的管内，该自动补水阀具有顶杆、浮子和定位圈，顶杆的上端设有用于堵塞补水管出水端口的顶尖，该顶尖与补水管出水端口相对布置，顶杆
的下端与浮子固定连接，顶杆的杆体上套有滑套，顶杆的杆体限位在滑套内并与该滑套上、下滑动连接；滑套通过翅片与所述的定位圈固连，滑套与定位圈之间设有过水空隙，定位圈与地热管固连。
10.还包括控制开关、电源、控制器、水温传感器，所述的火线与控制开关的火线输出接线端子连接，所述的零线与控制开关的零线输出接线端子连接，控制开关的火线输入接线端子通过电线与电源的火线输出接线端子连接，控制开关的零线输入接线端子通过电线与电源的零线输出接线端子连接，控制开关的执行信号输入端通过信号线与控制器的信号输出端联接，水温传感器的水温信号输出端通过信号线与控制器的信号输入端联接，水温传感器的温度检测端置于地热管内。
11.还包括室温传感器，室温传感器的室温信号输出端通过信号线与控制器的信号输入端联接。
12.本发明的工作原理是：在所述的地热管中加入水，将火线和零线接通电源，由于火线和零线上相邻导电体裸露部位置是错开的，从而将地热管中的水柱分割成多段，各水柱的一端与相邻的火线接触、另一端与相邻的零线接触，火线和零线之间的水柱形成电阻产生热量，从而加热整条地热管中的水。
13.本发明的优点是：一般地热管按设计盘装在地面下方，每条地热管的长度大多为五十米左右，通过上述技术方案和原理，可将五十米长地热管中的静态水分割成多段进行同步加热，升温速度快、水温均匀，能够达到传统管式地暖装置的供热效果，其供暖过程无噪音；从而能够代替传统管式地热管为室内进行供暖，基于地热管的共同结构，改造成本也很低；并且本技术中灌装在地热管中的水是无压力水，降低了对地热管、接头及其配套附件的性能要求，并节省了安全阀、压力表、流量表、自动排气阀、手动排气阀、流量调节阀、排污阀、过滤器等传统地热管运维必装的繁杂附件，从而大幅节约了铺设、安装、使用和维护的成本；本技术一种地热采暖装置在用户端构成封闭且独立的供暖系统，各用户之间互不影响，不仅能保持地热管中水的清洁，还节省了户外管网、泵站等昂贵的基建设施，节约了大量的社会能源和资源，降低了供暖成本，还能根据用户需要进行定时定温取暖，进一步节省能源，降低了使用成本；同样采用地热管作为基本结构，本技术还能够对传统集中供暖的管式地暖装置进行无损改造。并且现在国内电网基础建设的设施非常完善，能够满足非集中式供暖地区，例如乡镇、农村等地区应用本技术的需求，从而降低该地区单位和个人的取暖成本，减少环境污染。
14.所述的膨胀罐用于容纳被加热后水增加的体积，提高本技术装置的使用安全性；所述的限位套用于将火线和零线定位在地热管的指定位置，并能固定火线和零线之间的位置，具有双重的有益效果，能够显著提高水加热的效果；自动补水阀用于向地热管内进行自动补水，节省人力，减少维护次数。
15.水温传感器将地热管内的水温传递给控制器，控制器检测地热管内的水温提高到指定值时，立即发送停电信号给控制开关，控制开关接收该信号后切断电路，火线和零线停止对水进行加热；当控制器检测地热管内的水温降低至指定值时，立即发送通电信号给控制开关，控制开关接收该信号后导通电路，火线和零线立即对水进行加热；如此循环即可使地热管内的水温恒定在某一个指定温度区间内，例如60摄氏度，避免将水加热至沸腾，进而使本技术具有可自动控制的技术效果。
16.通过室温传感器，能够感知室内的温度，并将室温数据实时输送给控制器，控制器根据接收到的室温数值，控制控制开关工作，从而将室温控制在用户所设定的范围区间内，进一步提高本装置的自动化智能程度。
附图说明
17.图1是本发明一种地热采暖装置的结构示意图。
18.图2是本发明一种地热采暖装置的外观示意图。
19.图3是本发明中火线和零线的布置示意图。
20.图4是本发明中火线和零线的另一种布置示意图。
21.图5是设有补水箱的一种地热采暖装置的结构示意图。
22.图6是本发明中一种自动补水阀的结构示意图。
23.图7是本发明中各电控部件的结构示意框图。
24.图中1火线、2零线、3导电体裸露部、4绝缘层包覆部、5地热管、6限位套、7过水通孔、8水温传感器的温度检测端、9浮子、10定位圈、11翅片、12滑套、13顶杆、14歧管、15补水管、16补水管出水端口、17接线盒、18膨胀罐、19工作间距、20塑料卡箍、21补水箱、22顶尖、23限位挡圈。
具体实施方式
25.一种地热采暖装置，如图1至图4所示，其包括地热管5，地热管中装有并排布置的一根火线1和一根零线2，火线和零线之间位置固定，火线和零线上交替设有多段导电体裸露部3；火线上各导电体裸露部与零线上各导电体裸露部之间位置相互错开；火线上的导电体裸露部与零线上相邻的导电体裸露部之间相隔设有工作间距19。
26.所述的工作间距其长度尺寸是导电体裸露部长度尺寸的1/4～1/3。
27.地热管的两端各设有膨胀罐18，各膨胀罐的上端与大气连通，各膨胀罐的下端与地热管连通。
28.火线和零线上套有限位套6，该限位套与火线和零线固定连接，限位套上设有过水通孔7，限位套的外缘面与地热管内表面滑动连接。
29.如图5所示，还包括补水箱21和补水管15，补水管进水端口与补水箱连接，补水管出水端口16与地热管的端口连接，地热管的端口装有自动补水阀。
30.如图1和图6所示，所述的自动补水阀置于地热管的管内，该自动补水阀具有顶杆13、浮子9和定位圈10，顶杆的上端设有用于堵塞补水管出水端口的顶尖22，该顶尖与补水管出水端口相对布置，顶杆的下端与浮子固定连接，顶杆的杆体上套有滑套12，顶杆的杆体限位在滑套内并与该滑套上、下滑动连接；滑套通过翅片11与所述的定位圈固连，滑套与定位圈之间设有过水空隙，定位圈与地热管固连。
31.如图7所示，还包括控制开关、电源、控制器、水温传感器，所述的火线与控制开关的火线输出接线端子连接，所述的零线与控制开关的零线输出接线端子连接，控制开关的火线输入接线端子通过电线与电源的火线输出接线端子连接，控制开关的零线输入接线端子通过电线与电源的零线输出接线端子连接，控制开关的执行信号输入端通过信号线与控制器的信号输出端联接，水温传感器的水温信号输出端通过信号线与控制器的信号输入端
联接，水温传感器的温度检测端8置于地热管内。
32.还包括室温传感器，室温传感器的室温信号输出端通过信号线与控制器的信号输入端联接。
33.依照本领域惯例，地热管的中间大部分管体盘装在地面的下方，地热管的两端竖直布置在原有分水阀箱内的墙面上，因此，可通过地热管的两个端口向地热管内注入水，直至注入需要量，根据计算，加水时，应当在地热管中预留出水加热后体积膨胀的余量，地热管两端的竖直端即可以作为水膨胀端，出于安全考虑，所述的地热管必须使用绝缘管，例如塑料管、铝塑管以及管壁设有绝缘层的非塑料材质管等，火线和零线的导电体裸露部应当深入至地热管位于地面下方盘管内，不得裸露在外，并且火线和零线在安装后其位置应当牢固可靠，火线和零线使用明显不同颜色的线用于甄别，且在线端或线体上印刷或贴有明显的标注文字或符号，安装布置后的火线和零线的末端可以通过接线盒17被固定在指定位置或通过接线盒与电源进行电连接，该接线盒优选防水、防火、防尘规格的接线盒，接线盒可以固定在墙面上或本技术装置的某一固定部件上，并且地热管的膨胀水位线应当限制在人手不易接触的位置，地热管的端口和膨胀罐的上端都安装有防止人手或细物探入的防触电保护端盖，其中膨胀罐的防触电保护端盖设有毛细管迷宫式的导气通道，两者的防触电保护端盖均设计有防止昆虫(如蟑螂、蜘蛛)和小兽(如老鼠、蛇)钻入的功能；在设有控制器、补水箱、补水管等其它附件技术方案中，控制器的外壳、补水箱、补水管以及各种管接头等也必须使用绝缘件，例如塑料外壳和塑料热熔接头等，所有附件均布置在原有分水阀箱，分水阀箱的箱体和箱门也采用绝缘材质，并做好绝缘保护、漏电保护、接地保护等措置；本技术中，控制开关的火线输入接线端子与电源的火线输出接线端子之间的电线上或位于地热管外部的火线上装有可自动切断电路的液位监控报警器，该液位监控报警器具有两个独立工作的水位检测端，两个水位检测端分别置于对应地热管的两端口内用于实时检测地热管内的水位，当水位低于预设值时，该液位监控报警器会立即切断电路并发出声光报警进行提示，待补水后或排除其它原因的故障后，通过手动方式使液位监控报警器接通电路，确保本装置使用安全。
34.如图1、图3、图4所示，本技术所述的火线和零线是导电体上包裹有绝缘层的常规电线，所述的导电体裸露部是指导电体暴露在外的电线段，包括导电体上的绝缘层完全剥离使导电体完全暴露在外部的电线段，以及，导电体上绝缘层部分剥离、导电体上绝缘层设有连续开窗或导电体上绝缘层设有连续的局部开窗的电线段；根据上述描述，相对的，同一根线体上相邻两段导电体裸露部之间的火线或零线是包裹有绝缘层的完整线体段，该线体段则设为绝缘层包覆部4，所述的绝缘层包覆部是指在导电体上完整的包覆有绝缘层的电线段，绝缘包覆部的绝缘层使用耐侯性能好尤其是耐水浸泡的绝缘材质；火线和零线间位置固定是通过如图3所示的塑料卡箍20或塑料扎带等线束卡箍技术手段实现，或者如图4所示在火线和零线的绝缘层上开窗从而裸露导电体的结构中，火线和零线的绝缘层之间为一体的连体结构，或者，通过粘接、熔接、点胶等方式使火线和零线间的绝缘层固定一体，从而使火线和零线间位置固定。为了使地热管中的水升温均匀，所述的火线和零线上的各导电体裸露部其长度尺寸优选为相同的尺寸，所述的火线和零线上的各绝缘层包覆部其长度尺寸优选为相同的尺寸。
35.如图1、图3、图4所示，火线上各导电体裸露部与零线上各导电体裸露部之间位置
相互错开，是指火线上导电体裸露部和零线上的导电体裸露部沿其走线方向位置相互错开，排除了火线和零线之间的导电体裸露部并排相对或部分并排相对的状态，所有的导电体裸露部按顺序是以一前一后的状态交替的布置在火线和零线上；
36.所述的工作间距是指能够使火线与零线在通电后正常加热水的距离，避免火线和零线上相邻的两个导电体裸露部之距离过近产生间隙打火或短路，又不能使火线和零线上相邻的两个导电体裸露部之距离过远失去作用，该工作间距的距离尺寸根据测量水的电阻值而定，或者，该工作间距的距离尺寸是固定的，通过调节水的电阻值来满足该工作间距的需求；由于市售的地热管是标准规格的，所以地热管中的水的容积和水的直径是固定，以50米长、内径16毫米的常规地热管进行试验，当火线和零线之间相邻两个导电体裸露部沿走线方向隔有所述长度尺寸的工作间距时，在相同加热效果的前提下，可以明显缩短水加热时间，从而节约能源，该工作间距是相邻两个导电体裸露部的相对端面沿走线方向或火线和零线长度方向之间的工作间距，以4平方导电体裸露部的长度尺寸是12厘米为例，所述的工作间距其长度尺寸则在3～4厘米之间为最佳，以4平方导电体裸露部的长度尺寸是15厘米为例，所述的工作间距其长度尺寸则在3.75～5厘米之间为最佳，以此类推，进一步的，在无数次的试验中发现，当火线和零线是4平方线时，所述导电体裸露部的长度尺寸优选10～16厘米置于内径为16毫米的地热管中应用，在相同加热效果和能耗的前提下，能够明显缩短水加热时间，节约能源。
37.本技术中所述的水是指具有一定导电性能的生活用水，选用的水应当测试其电阻值用于参考，或将水调整至所需适合的电阻值，由于水被加热后体积会增加，因此，所述的膨胀罐用于容纳加热后水产生的过剩体积，避免热水从地热管中流出，膨胀罐的容积根据实际需要冗余设计。作为水的替代品以及对本技术进行拓展性保护的需要，所述的地热管内装有具有一定导电性的防冻液或液体油，防冻液和液体油为市售产品，具有一定导电性的防冻液或液体油，是指能够具有导电性能且能够作为液体电阻被本技术技术所应用的防冻液或液体油。导电防冻液应用于平房或野外临时住所等房屋使用，长期在低温条件下，导电防冻液也不会冻结，避免涨坏地热管；导电液体油能够升温至较高温度，其储热性能也优于水，适合应用于层高较高的公共场所。
38.所述的限位套用于将火线和零线定位在地热管的指定位置，并能固定火线和零线之间的位置，提高水加热的效果，通常该指定位置是地热管的轴中线附近，为了减少布置时限位套与地热管的摩擦阻力，通常该限位套为片状，或者，限位套的外缘面上均布设有若干凸点，用于减少其与地热管内表面的接触面积，从而降低摩擦阻力；由于地热管施工的不确定性，某一段地热管因施工不规范导致折弯的地方直径产生变化，因此限位套应采用弹性较好的材料制作，例如海绵或橡胶等。
39.本领域技术人员应当理解的是，地热管具有两个端口，因此，每条地热管都对应与补水管连接，同理，地热管的两个端口都装有自动补水阀。所述的自动补水阀为现有技术产品，市售类型有很多种，采购适合规格的自动补水阀安装在地热管的端口处即可，为了进一步降低成本简化结构，本技术还提供有一种浮子式的自动补水阀，在布置火线和零线时，如图1所示，火线从地热管的其中一个管口牵出，零线从地热管的另一个管口牵出，更易于安装和布置。
40.浮子的上端固装有用于堵塞补水管出水端口的顶杆的具体结构如图6所示，顶杆
的顶部设有圆锥形的顶尖，该顶尖的尖端外径小于补水管出水端口直径，该顶尖的底端的外径大于补水管出水端口的直径，定位圈与地热管固定、顶尖与补水管出水端口相对、顶杆与滑套上、下滑动连接；当浮子上升时，顶杆的顶尖插入补水管出水端口，直至顶尖的某一部位的锥面与补水管出水端口的口沿压接密封，从而堵塞补水管出水端口；顶杆和浮子的直径均小于地热管的内径，补水管出水端口的口径与所述的顶杆之间相互匹配构成顶针阀门的结构，为了使所述顶尖与补水管储水端口之间配合可靠，因此所述的顶杆与滑套之间可设有一定的间隙，从而能够使顶杆在周向距离内具有一定范围的移动量，该移动量是顶尖与补水管储水端口的周向配合间隙；顶杆的杆体限位在该滑套内是通过在位于滑套上方的杆体安装限位挡圈23实现的，限位挡圈卡固在顶杆的杆体上，限位挡圈的外径大于滑套的内径，从而使顶杆的杆体限位在所述的滑套内；定位圈与地热管之间通过粘接、热熔或涨接等方式固定相连；向补水箱内加入适量的水，水经过补水管进入地热管内，使地热管的水位逐渐上升，同时升高的水位使浮子带动顶杆上升，直至顶杆堵塞补水管出水端口，补水管中不再有水流出，当地热管内的水被消耗水位下降后，在重力的作用下，浮子带动顶杆下落，暴露补水管出水端口进行补水，上述过程不断循环完成自动补水，应用该浮子式的自动补水阀时，所述的火线和零线可由旁通的膨胀罐或旁通的穿管进入地热管内，使浮子位于火线和零线穿线部的上方。
41.对现有集中供暖的管式地暖装置进行无损化改造时，先按常规方式清洁地热管的内壁，然后，准备一条足够长度的渔线和传统清洁地热管工艺中所使用的海绵球，将渔线的一端固定在海绵球上，为了提高海绵球与渔线之间的结合强度，可以在海绵球内安装一枚小直径高密度的弹性橡胶球芯，该橡胶球芯上设有多个突出的软触角，各触角能使其与海绵球结合更牢固，将渔线端固定在橡胶球芯上用于增加结合强度，将海绵球塞入对应地热管内一定的深度，然后将其余渔线按螺旋状塞入地热管内，塞入地热管内的渔线长度尺寸应当大于地热管的总长，并确保渔线之间不会相互缠绕干涉，使渔线能够在海绵球的牵引下展开拉直，然后将渔线的另一端固定在地热管外部或弯折后用胶带缠绕固定在地热管的外壁上，然后向地热管内输入高压气体或高压水，将海绵球从地热管的另一端推出，完成渔线在地热管内的布线，然后，将固定在地热管外部的渔线解下，将该端栓固在火线和零线的一端上并做好圆头包裹，通过牵拉渔线和推送火线和零线的共同作用下，将火线和零线牵引布置在地热管内。如牵拉的火线和零线硬度较高，可通过渔线先拉入较粗的软绳，再牵拉火线和零线，避免较细的渔线因施力过大割破地热管的内壁。
42.所述的控制开关、电源、控制器、水温传感器(液体温度传感器)、室温传感器(空气温度传感器)均为市售产品，其中控制开关优选交流接触器；所述的电源是指稳压器、变压器、漏电保护器和/或输电网；所述的控制器又称单片机、微电脑、工控机等，具有基本的计算机属性和特征，在其机箱内装有主板，主板上装有处理模块、存储模块、时钟模块、通讯模块、电源控制模块、外设模块、信号输入端模块、信号输出端模块、电输入输出模块等；外设模块主要包括用于人机交互的显示器和按键，显示器和按键布置在机箱的表面，便于操控调节；存储模块中预先存储有本技术装置的运行控制的软件和人机交互使用的软件；信号输入端模块和信号输出端模块用于接收和发送各种信号或数据；电输入输出模块用于输入或输出电力；在通讯模块和信号输出模块的支持下，控制器还可进行远程智能控制操作，为了使附图清晰，图6中节省了地线的连接框图，地线按常规连接布置方式进行布线即可。
43.通常，市售的单根地热管的长度尺寸一般为五十米左右，因此一般用户房屋的地面下会埋设有多根地热管，以十根地热管为例，为了方便补水箱通过补水管向十根地热管进行同时补水，所述的补水管可参照现有地热管分水器的结构进行设计，即在补水管上设有二十根歧管14，各歧管的上端口与补水管连通，各歧管的下端口则作为所述补水管出水端口，二十个补水管出水端口分别与十根地热管上二十个端口连接，或者，采用两根如分水器结构的补水管，每根补水管上各设有十根歧管用于与十根地热管上二十个端口相连接，两根补水管分别与补水箱连通，同样能够达到所述效果。
44.一般情况下，同一房屋内的不同房间其地面下都埋有一根独立的地热管，多个房间的地热管通过分水器连通集中供热管网中的热水，因此，传统的集中供暖的管式地暖装置中各地热管所获得的水温是恒定的，只能通过分水器上阀门的开度来控制各房间内的温度，调节既不方便又不智能。而在本技术设有控制器的结构中，各温度传感器的信号输出端以及各室温传感器的信号输出端各自通过信号线与控制器的信号输入端连接；各控制开关的执行信号输入端通过信号线与控制器的信号输出端联接，控制器通过执行预先储存的编程软件和用户的设置，逐个控制各控制开关，从而逐个控制十根地热管中的某一根进行水加热以及升温温度，能够达到根据用户需要精准地控制各房间内的温度，满足不同房间内对温度的需求，还能进一步提高节能效果，并且逐个控制地热管进行水加热，还能节约电能，经过实际测试，在单根管长50米、内径16毫米的十根地热管中进行逐个升温损耗试验，单根地热管中水形成的电阻约450～550欧姆，产生的功率是0.4～0.5千瓦，仅用1度电即满足了十条地热管内水温升高20摄氏度能耗需求。