[发明专利]一种增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料及其制备方法，回填材料包括以下组分：钠基膨润土、标准砂、碳纤维粉末及除气水，钠基膨润土、标准砂与除气水的质量比为1:(1.8‑2.2):(0.9‑1.1)，碳纤维粉末的质量为钠基膨润土、标准砂与除气水总质量的0.9％‑1.1％；制备方法包括以下步骤：1)将钠基膨润土、标准砂及碳纤维粉末充分混合，之后加入除气水并进行搅拌；2)依次进行抽真空、恒温静置。与现有技术相比，本发明在原有膨润土基回填材料的基础上，通过添加碳纤维粉末制备得到一种膨润土基回填材料复合浆液，具有较高的导热系数，能够提高垂直埋管地源热泵地下换热器的换热效率；回填材料复合浆液制作简便，绿色环保，适于现场施工。

技术领域

本发明属于浅层地热利用技术领域，涉及一种增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料及其制备方法。

背景技术

地热资源量大面广，是一种清洁的可再生能源。地源热泵是浅层地热利用的重要形式之一，其是以岩土体、地下水或地表水等地热资源为低温热源，由热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的空调系统。研究者们普遍认为，在目前和将来，地源热泵是最有前途、最节能的空调系统。

垂直埋管地源热泵地下换热器埋设于岩土体中，是地埋管地源热泵空调系统与周围岩土体进行热交换的重要部件，显著影响地埋管地源热泵空调系统的换热效率。垂直埋管地源热泵地下换热器内的循环液与周围岩土体的换热过程依次包括：外管内的循环液(通常为水)与外管换热、外管与回填材料换热、回填材料与周围岩土体换热。

垂直埋管地源热泵需要在地层中钻换热孔，孔径一般在100mm～150mm之间，孔深在60m～100m。置于钻孔内的换热管道用作集热流体(换热介质)的流通管道，最后回填材料回填封孔。回填是垂直埋管地源热泵地下换热器施工过程中的重要环节，即在钻孔完毕、安装完换热管道后，向钻孔中注入回填材料的过程。回填材料介于垂直埋管地源热泵地下换热器的换热管与钻孔壁之间，用于换热管和周围土体的换热。因此，回填材料导热性能的优劣对于保证垂直埋管地源热泵地下换热器的换热性能有重要的意义。在地层状况一定的情况下，要求的钻孔深度以及由此带来的初安装费用很大程度上取决于回填材料的传热特性。

目前，垂直埋管地源热泵钻孔回填材料多采用膨润土基回填材料，存在导热系数较小的问题，导致地下换热器的换热效率并不高。因此，开发一种能够增强导热系数的增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料，对于提高地源热泵地下换热器的换热效率有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料及其制备方法，能够提高回填材料的导热系数，进而提高地下换热器的换热效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种增强型垂直埋管地源热泵钻孔回填材料，该回填材料包括以下组分：钠基膨润土、标准砂、碳纤维粉末及除气水，所述的钠基膨润土、标准砂与除气水的质量比为1:(1.8-2.2):(0.9-1.1)，所述的碳纤维粉末的质量为钠基膨润土、标准砂与除气水总质量的0.9％-1.1％。回填材料呈浆液状。除气水是由自来水除去水中空气而制成。

进一步地，所述的钠基膨润土的比重为2.5-2.7，密度为1.2-1.8g/cm³，平均粒径为0.25-0.29mm。钠基膨润土呈粉末状。

进一步地，所述的标准砂的不均匀系数为0.9-1.1，曲率系数为1.7-1.9，平均粒径为0.25-0.29mm，孔隙比为0.23-0.25，密度为2-2.2g/cm³。标准砂采用标准中级砂。

进一步地，所述的标准砂为硅砂或石英砂。

进一步地，所述的碳纤维粉末的平均直径为7-7.4μm，平均长度为0.14-0.16mm，密度为1.73-1.77g/cm³，导热系数为17-17.2W/m·K，碳纤维含碳量大于95wt％。