一种空气能热泵热管预防二次结冰方法与流程

1.本发明涉及一种空气能热泵热管预防二次结冰方法，涉及到暖通空调热泵技术领域。


背景技术：

2.空气能热泵在北方寒冷地区采暖过程中，受温度和空气湿度的影响，大约有10%
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15%的时间处于融化化霜过程，化霜后大量的冷凝水受重力影响会下滴到主机的底部，在低温的影响下还没有来得及流走，会在主机的底部二次凝结成冰晶或者冰晶瀑布形式，且会不断堆积，直接在机群底部形成很厚的冰层，严重时会影响主机采暖运行。多台主机集中安装形成的空气能热泵采暖机群受“冷岛效应”的影响，特别雨雪天气和北方严寒地区冻雨等极端天气时，化霜更频繁积水情况更恶劣，空气能热泵底部结冰情况更加恶劣，在实际工程应用中机群底部化霜的冷凝水二次结冰的情况更为严重，目前行业内通常的做法是增加电伴热带来预防热泵底部的二次结冰（存在安全隐患及耗电问题），更多的是根据结冰情况动用人工物理方法除冰以确保空气能热泵主机的安全稳定运行，同时也浪费大量的人力和财力。主机底部空间结冰问题严重影响在空气能热泵北方的稳定采暖运行，是摆在空气能热泵行业所必须面对和解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种设计合理，零能耗解决空气能热泵底部结冰问题的空气能热泵热管预防二次结冰方法。
4.为达到上述技术问题的目的本发明所采取的技术方案是：一种空气能热泵热管预防二次结冰方法，其包括以下步骤：s1：场地测量，放线、定位；根据现场情况按照总设计图的x、y轴线确定方位和间距，以楔入定位桩的方式在现场进行定位；s2：成孔工序：采用液压潜孔锤钻机打孔，利用高压空气作为钻进动力和排渣手段；s3：重力热管组装：用真空机组将焊接密封的重力热管管壳内部抽真空，然后装适量的工作液体，再进行冷焊及超声波焊接密封；s4：重力热管安装：将组装好的重力热管垂直安装到步骤s2打好的钻孔内；s5：细沙填入：将细沙填入到重力热管蒸发段的光管和钻孔缝隙之间，形成细沙填充层；s6：排水垫层浇筑：在地表上用水泥浇筑排水垫层，排水垫层主要便于冷凝水从高到低排到地表入排水沟内流走；s7：蓄热疏水砂石层铺设：在排水垫层上铺设蓄热疏水砂石层，所述蓄热疏水砂石层主要为粗细砂石混合物。
5.进一步的，所述重力热管从上至下依次为热管冷凝段、热管绝热段以及热管蒸发
段；所述热管冷凝段设置于地表上方；所述热管绝热段设置于冻土层；所述热管蒸发段设置于恒温土壤层。
6.进一步的，所述热管冷凝段上设置环形翅片。
7.进一步的，所述热管冷凝段上方设置空气能热泵机群主机支架，所述热管冷凝段的下段位于蓄热疏水砂石层内，所述热管冷凝段的上段位于空气能热泵机群主机支架下侧的底部空间处。
8.进一步的，所述热管冷凝段长度小于60cm。
9.进一步的，所述热管冷凝段的上段与热管冷凝段的长度占比为20-40%。
10.进一步的，所述热管绝热段穿过冻土层并向下延伸0.5m以上。
11.进一步的，所述热管蒸发段埋入恒温土壤层的长度为10m以上。
12.进一步的，所述蓄热疏水砂石层主要采用粗细砂石混合物，质量比例为40%卵（粗）石和60%细沙层构成。
13.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：冻土层以下的土壤温度一般高于10℃以上且稳定，本发明通过埋设在主机底部的若干重力热管工质从冻土层以下的“高温”土壤中蒸发吸热后，上升到空气能热泵机群底部的热管冷凝段释放热量，维持部分所述温度及主机底部空间处于0℃以上温度场状态，使得从空气能热泵主机化霜过程中上流淌下来的水在始终保持液态并流走。空气能热泵主机底部区域内安装有若干重力热管，在热泵机群的底部布局成重力热管阵列，所述热管蒸发段埋入当地最大冻土层以下10米以内，所述热泵冷凝段位于热泵机群主机及支架底部且露出地面。所述热管冷凝段为带环形翅片作为换热肋片的结构形式强化换热，所述热管冷凝段露出地面总长度的70%埋设在卵（粗）石 细沙构成的蓄热疏水层中，所述蓄热疏水层覆盖热管部分蒸发段且质量比例40%卵（粗）石和60%细沙层构成。所述热管冷凝段总长度的30%暴露蓄热疏水砂石层3上部空间。热管冷凝段总长度的70%埋设在砂石构成的蓄热疏水层内。卵（粗）石架构流水间隙，利于化霜冷凝水的流动、渗透和强化换热效果；蓄热疏水层中60%的细沙填充卵（粗）石缝隙有利于热管冷凝热量传导，热管蒸发段带有环形换热翅片，被蓄热疏水层覆盖约70%冷凝段长度，释放的热量被蓄热疏水层的砂石层蓄热并保持0℃以上，以确保热泵化霜的冷凝水处于0℃以上维持液态并流走。热泵化霜水越多，会增加热管冷凝段和蒸发段的温差，提高热管换热效率。即使在冻雨的极端情况任然可以保持热泵底部空间保持0℃以上的微环境状态。所述热管冷凝段为带换热肋片结构形式强化冷凝换热效果，蒸发段为光管有利于施工埋入土壤并在蒸发段的光管和土壤孔缝隙之间填入导热系数较高的细沙，以确保重力热管的蒸发吸热效果；热管蒸发段总长的20-40%部分露出蓄热疏水层，能利用热管冷凝段直接换热形式以杜绝极端工况少量的冰瀑布情况发生，同时也将过冷水预热后渗透到蓄热疏水层的砂石中进一步保温吸热，以预防空气能热泵化霜冷凝水在基座底部二次结冰，该蓄热技术不消耗任何额外的能源，就能维持空气能热泵基座底部空间保持0℃以上的微环境，利用热管从土壤中取“热”这种主动融冰预防二次结冰方式，从源头杜绝了空气能热泵底部空间不会发生冷凝水二次结冰的现象，解决了空气能热泵部结冰影响采暖运行的技术难题。
附图说明
14.图1为本发明结构示意图；图2为本发明侧面剖视结构示意图；其中，1、重力热管，101、热管冷凝段，102、热管蒸发段，103、热管绝热段，2、恒温土壤层，201、冻土层，202、排水垫层，203、地表，3、蓄热疏水砂石层，4、空气能热泵机群主机支架，401、底部空间，5、细沙填充层。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明做进一步说明。
16.如附图1-2所示，本实施例提供一种空气能热泵热管预防二次结冰方法，其特征在于，其包括以下步骤：s1：场地测量，放线、定位；根据现场情况按照总设计图的x、y轴线确定方位和间距，以楔入定位桩的方式在现场进行定位；s2：成孔工序：采用液压潜孔锤钻机打孔，利用高压空气作为钻进动力和排渣手段；s3：重力热管组装：用真空机组将焊接密封的重力热管管壳内部抽真空，然后装适量的工作液体，再进行冷焊及超声波焊接密封；s4：重力热管安装：将组装好的重力热管垂直安装到步骤s2打好的钻孔内；s5：细沙填入：将细沙填入到重力热管蒸发段的光管和钻孔缝隙之间，形成细沙填充层；s6：排水垫层浇筑：在地表上用水泥浇筑排水垫层，排水垫层主要便于冷凝水从高到低排到地表入排水沟内流走；s7：蓄热疏水砂石层铺设：在排水垫层上铺设蓄热疏水砂石层，所述蓄热疏水砂石层主要为粗细砂石混合物。
17.所述s2成孔工序中采用液压潜孔锤钻机打孔，应用潜孔锤套管跟管钻进施工工艺,主要注意以下几点，在松散地层或破碎地层中钻进时，宜采用小钻压和大风量为主，同时套管跟进护壁的规程参数，且边钻进边向井内灌入泥浆进行护壁；在硬土岩层中钻进时，采用冲击、回转复合钻进，利用高频振动潜孔锤破碎岩石；当钻进过程中遇到难以跟管钻进的大块硬石时，应将潜孔锤下入套管内，使用偏心锤，采用低转速大钻压为主的规程参数，将石块击碎或钻穿后再进行跟管钻进；钻进过程中遭遇塌孔无法钻进时，需放慢钻孔速度，重复进行冲击静压跟管钻进；钻进过程中如发现钻杆抖动厉害或周期性滞转现象，说明遇到破碎带或较大裂隙，应立即提动钻具，再缓慢下放，以较低钻压通过该区，防止造成钻杆折断等事故；当钻孔完成后，应对孔深和倾角予以检查，满足要求后利用高压风吹孔，在清理干净孔内粉尘后需要第一时间安装重力热管1，做好严格检查，合格后方可填充细沙，并且边注沙边拔套管；拔管前，先平整孔口部位，使孔口岩面与套管轴线垂直，再搭设简易脚手架固定拔管机，拔管机通过中心线与套管轴线需重合。
18.重力热管1上侧设置空气能热泵机群主机支架4，空气能热泵机群主机支架4和蓄热疏水砂石层3之间形成底部空间401，所述重力热管1从上至下依次为热管冷凝段101、热管绝热段103以及热管蒸发段102；所述热管冷凝段101上设置环形翅片，所述热管为表面有
抗腐蚀的涂层碳钢重力热管，外径为通常为25mm/32mm，重力热管1内部灌装有低沸点工质，内部真空，属于典型的带毛细吸液芯的整体式重力热管，为高效传热元件，重力热管1将内部抽真空后充入一定量的工作液体，液体以蒸发-冷凝的相变过程在内部反复循环，不断将蒸发段的热量传至冷凝段，从而完成将热量输送的传热过程，该重力热管1应用了依靠重力使冷凝液回流到蒸发段的原理：将工作介质充入抽成高真空的管壳内，然后加以密封，一端为蒸发段，而另一端为冷却段。当一端受热时，液体状的工作介质吸收热量气化成蒸汽，蒸汽流向另一端，在另一端由于受到冷却使蒸汽释放气化潜热凝结成液体，液体在重力(或沿多孔材料在毛细力)的作用下，回流到蒸发端并再次气化，如此反复循环，连续不断地将热量由一端传至另一端，本发明不消耗任何额外的能源，就能维持空气能热泵基座底部空间保持0℃以上的微环境，利用热管从土壤中取“热”这种主动融冰预防二次结冰方式，从源头杜绝了空气能热泵底部空间不会发生冷凝水二次结冰的现象，解决了空气能热泵部结冰影响采暖运行底的技术难题。
19.所述热管冷凝段101设置于地表203上方；所述热管绝热段103设置于冻土层201；所述热管蒸发段102设置于恒温土壤层2，所述地表203上方设置排水垫层202，所述排水垫层202为水泥浇筑层且稍微高于地表203，以利于冷凝水从高处的排水垫层202排到地表203入排水沟内流走。
20.所述排水垫层202上方设置蓄热疏水砂石层3，所述热管冷凝段101的下段位于蓄热疏水砂石层3内，所述蓄热疏水砂石层覆盖3为粗细砂石混合物，质量比例40%卵（粗）石和60%细沙层构成蓄热疏水砂石层3，热管冷凝段总长度的70%埋设在砂石构成的蓄热疏水层内。卵（粗）石架构流水间隙，利于化霜冷凝水的流动、渗透和强化换热效果；蓄热疏水层中60%的细沙填充卵（粗）石缝隙有利于热管冷凝热量传导，热管蒸发段带有环形换热翅片，被蓄热疏水层覆盖约60-80%冷凝段长度，释放的热量被蓄热疏水层的砂石层蓄热并保持0℃以上，以确保热泵化霜的冷凝水处于0℃以上维持液态并流走。热泵化霜水越多，会增加热管冷凝段和蒸发段的温差，提高热管换热效率，即使在冻雨的极端情况仍然可以保持热泵底部空间保持0℃以上的微环境状态。
21.所述热管冷凝段101的上段位于空气能热泵机群主机支架4下侧的底部空间401处，所述热管冷凝段101长度小于60cm，所述热管冷凝段101的上段与热管冷凝段101的长度占比为20-40%，热管冷凝段101的部分露出蓄热疏水层，能利用热管冷凝段直接换热形式以杜绝极端工况少量的冰瀑布情况发生，同时也将过冷水预热后渗透到蓄热疏水层的砂石中进一步保温吸热，以预防空气能热泵化霜冷凝水在基座底部二次结冰。
22.所述热管冷凝段为带环形换热翅片作为换热肋片的结构形式，强化冷凝换热效果，蒸发段为光管有利于施工埋入土壤，所述热管绝热段103穿过冻土层201并向下延伸0.5m以上，所述热管蒸发段102埋入恒温土壤层2的长度为10m以上，在热管蒸发段102与恒温土壤层2之间设置细沙填充层5，细沙填充层5为在蒸发段的光管和土壤孔缝隙之间填入导热系数较高的细沙，以确保重力热管的蒸发吸热效果，利于热管蒸发段102与恒温土壤层2蒸发换热。
23.具体换热工作过程如下：冻土层以下土壤恒温且一般高于10℃以上，重力热管1作为一种高效传热元件，热管蒸发段102从恒温土壤层2中蒸发吸收热量后蒸发将热量转移到热管冷凝段101，通过所
述热管冷凝段101散发到水泥的排水垫层202和蓄热疏水砂石层3中并被水泥、粗砂细沙层吸收蓄热，维持空气能热泵机群主机支架4 的底部空间401始终高于0℃以上的微环境，热管冷凝段总长度的60-80%埋设在砂石构成的蓄热疏水层内，卵（粗）石架构流水间隙，利于化霜冷凝水的流动、渗透和强化换热效果；蓄热疏水层中60%的细沙填充卵（粗）石缝隙有利于热管冷凝热量传导，热管蒸发段带有环形换热翅片，被蓄热疏水层覆盖,60-80%冷凝段长度，释放的热量被蓄热疏水层的砂石层蓄热并保持0℃以上，以确保热泵化霜的冷凝水处于0℃以上维持液态并流走。热泵化霜水越多，会增加热管冷凝段和蒸发段的温差，提高热管换热效率。即使在冻雨的极端情况任然可以保持热泵底部空间保持0℃以上的微环境状态。所述热管冷凝段为带环形翅片作为换热肋片的结构形式强化冷凝换热效果，蒸发段为光管有利于施工埋入土壤并在蒸发段的光管和土壤孔缝隙之间填入导热系数较高的细沙，以确保重力热管的蒸发吸热效果；热管蒸发段总长的20-40%露出蓄热疏水层，能利用热管冷凝段直接换热形式以杜绝极端工况少量的冰瀑布情况发生，同时也将过冷水预热后渗透到蓄热疏水层的砂石中进一步保温吸热，以预防空气能热泵化霜冷凝水在基座底部二次结冰，本发明不消耗任何额外的能源，就能维持空气能热泵基座底部空间保持0℃以上的微环境，利用热管从土壤中取“热”这种主动融冰预防二次结冰方式，从源头杜绝了空气能热泵底部空间不会发生冷凝水二次结冰的现象，解决了空气能热泵部结冰影响采暖运行底的技术难题。
24.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。