[发明专利]一种土壤源热泵竖直埋管钻孔回填材料

说明书

技术领域

本发明涉及浅层地热能利用和建筑材料领域，尤其涉及一种土壤源热泵竖直埋管钻孔回填材料。

背景技术

 “十一五”以来，作为建筑节能最有效途径之一的可再生能源的建筑应用取得实质性进展，其中关于浅层地热能利用一直是研究应用的热点，其利用方式主要是指地源热泵系统。根据利用的低位热源形式的不同，可分为水源热泵系统和土壤源热泵系统，与前者相比，土壤源热泵系统因具有适用范围广、可靠性高、寿命长、政策支持度高等特点得到快速发展。但从已有的使用情况分析，该系统主要存在灌浆回填和土壤热不平衡这两个问题。

灌浆回填是竖直埋管换热器施工过程中的重要环节，即U型管安装完毕后，使用泥浆泵向钻孔中注入回填材料。影响回填效果除设计、施工、管理等方面的因素外，回填材料自身的性能起着重要作用。国内外相关研究表明：选择合适的回填料能够有效地提高换热器的换热能力，减少埋管面积，并防止地下水交叉污染，对于促进土壤源热泵系统的发展有着积极作用。

《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2009）明确指出：“地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方，回填料的的导热系数不宜低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。竖直地埋管换热器灌浆回填料宜采用膨润土和细砂（或水泥）的混合浆或专用灌浆材料。当地埋管换热器设在密实或坚硬的岩土体中时，宜采用水泥基灌浆回填。对地下水流丰富的地区，为保持地下水的流动性，增强对流换热效果，不宜采用水泥基料灌浆”。

目前，国内对钻孔回填料展开了一定的研究，但仍不够深入细致，也没有形成标准规范，商品化程度更是不高。而从《地源热泵系统工程技术规范》对于回填材料的规定中能够很明显地看出，介于埋管与钻孔壁之间的回填材料，不但要具有良好的导热性、工作性能和一定的强度、抗渗性和膨胀性，更重要的是这些性能还要与地下岩土体的热物性及地下水的渗流情况相适应。因此，寻求一种材料体系，其导热性、工作性、强度、抗渗及微膨胀能够根据具体的地质条件做出相应的变化，并能很方便就实现工业化生产，对于改善回填效果，提高土壤源热泵系统换热器的换热性能具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种性能优良、易于生产的土壤源热泵竖直埋管钻孔回填材料。

为解决上述问题，本发明所述的一种土壤源热泵竖直埋管钻孔回填材料，其特征在于：该材料以kg计由下述质量份的原料混合而成：干粉料20~40份、细集料60~80份、复合外加剂0.5~1.5份；所述干粉料由无机保水材料和水泥按1kg：19kg~99kg的比例混合而成，所述细集料由钢渣砂和石英砂按1kg：4kg ~4kg：1kg 的比例混合而成；所述复合外加剂由粉状消泡剂、改性淀粉醚和萘系高浓减水剂按1kg：8kg：80kg的比例混合而成。

所述水泥是指PF32.5粉煤灰硅酸盐水泥。

所述无机保水材料是指首先将粘土矿破碎并经粉磨过120目筛后，制得原矿粉状样品；然后将所述原矿粉状样品与去离子水混合并在频率为100Hz的条件下超声分散10min~20min，制得浓度为10%~20%的料浆；其次，将所述料浆水浴加热至75℃~85℃，加入占所述原矿粉状样品质量0.1%~3.0%的表面活性剂，在频率为100Hz的条件下超声分散5min~15min后，以3000r/min~6000r/min的速率离心分离，弃去上层清液，得到提纯样品；最后将所述提纯样品在250~350℃热活化1~3h，即得；所述表面活性剂是指聚乙烯醇、三乙醇胺、十二烷基磺酸钠及十八烷基三甲基溴化铵的一种。

所述钢渣砂的粒径为0.075mm~1.18mm。

所述石英砂的粒径为1.2mm~4mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明中添加了无机保水材料及复合外加剂，改善了拌和物的流变性及硬化物的孔结构，因此，具有良好的工作性和耐久性，且其导热性可根据具体应用环境做出相适应的变化。

2、本发明原材料来源广泛易得，可按照传统的干粉砂浆的生产工艺商品化，促进了竖直埋管换热器施工回填材料的规范化和商品化。

3、在本发明实施例1~4所得的产品中，加入占干料总质量15%~20%的拌和用水，按照《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T17671-1999)规定的搅拌方法搅拌物料，参照相关标准成型试样并测定试样的导热系数、工作性、抗渗性、抗压强度和膨胀性能（参见表1），检测结果显示，本发明产品具有适应不同应用环境的需要的导热性、工作性、强度、抗渗及微膨胀，并能很方便就实现工业化生产。