專利名稱：管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種地源熱泵地埋管系統(tǒng)，特別涉及一種埋設(shè)在管樁環(huán)壁中的地源熱泵地埋管系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源(也稱地溫能)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在冬季，把地能
中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗IkW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。地源熱泵比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的50 60%。因此，近十幾年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，我國“十二五”新能源規(guī)劃中正式納入了“地?zé)崮堋边@一項(xiàng)，計(jì)劃在未來5年內(nèi)，完成地源熱泵供暖(制冷)面積3.5億平方米，總市場(chǎng)規(guī)模至少700億元左右，可以預(yù)計(jì)我國的地源熱泵市場(chǎng)將掀起一輪高潮。地源熱泵系統(tǒng)存在如下問題一是其地下?lián)Q熱系統(tǒng)(地埋管系統(tǒng))的埋設(shè)會(huì)占用大量土地，給原本就用地緊張的城市地區(qū)增加更多困難，不易進(jìn)行大面積推廣；二是地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)的初期投入大，其中地埋管的鉆孔施工費(fèi)用占相當(dāng)大的比例；三是地埋管的施工質(zhì)量在目前傳統(tǒng)的鉆孔埋管中無法得到切實(shí)保障。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種占用地下空間小、降低施工費(fèi)用、傳熱效果好的埋設(shè)在管樁環(huán)壁中的地源熱泵地埋管系統(tǒng)。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出以下技術(shù)方案一種管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是包括地埋管換熱器、地源熱泵和管樁；所述地埋管換熱器有一個(gè)或多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端分別與地源熱泵的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端對(duì)應(yīng)連接；所述地埋管換熱器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端連接；對(duì)于每個(gè)地埋管換熱器和一個(gè)管樁，螺旋管自上而下環(huán)繞在管樁的環(huán)壁中；直管的與螺旋管連接的一端在下，直管的另一端在上。直管與螺旋管相比，換熱效果有很大差距，在這里主要是用來引入介質(zhì)，所以，可以把直管與管樁的環(huán)壁密貼，也可以不密貼。所述地埋管換熱器多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；各個(gè)地埋管換熱器的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端分別并聯(lián)后，再與地源熱泵的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端對(duì)應(yīng)連接。[0010]優(yōu)選的，所述直管的不與螺旋管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)入口端；螺旋管的不與直管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)出口端。所述地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端露在管樁頂外。所述管樁是鋼管樁、預(yù)制鋼筋混凝土管樁或鋼管混凝土管樁。方案I、所述管樁是鋼管樁，所述螺旋管焊接在鋼管樁的環(huán)壁的內(nèi)壁上。也可以把直管焊接在鋼管樁的環(huán)壁的內(nèi)壁上。方案2、所述管樁是預(yù)制鋼筋混凝土管樁，螺旋管綁扎在預(yù)制鋼筋混凝土管樁的鋼筋籠上。也可以把直管綁扎在預(yù)制鋼筋混凝土管樁的鋼筋籠上。方案3、所述管樁是鋼管混凝土管樁，螺旋管焊接在鋼管混凝土管樁的鋼管壁上， 且被混凝土包裹。也可以把直管焊接在鋼管混凝土管樁的鋼管壁上，且被混凝土包裹。在工程施工時(shí)，所述地埋管換熱器頂端的兩個(gè)端頭須露出管樁樁頂外lm，地埋管換熱器底端連接段離管樁底部有一定間隙，例如0. 5 2m。本實(shí)用新型將地源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器的埋設(shè)與地下工程的管樁結(jié)合起來，既可以節(jié)省地埋管換熱器鉆孔埋設(shè)的成本，降低造價(jià)，還可以解決熱泵系統(tǒng)占用地下空間大的問題，而且能夠有效保護(hù)地埋管換熱器，提高其耐久性和可靠性，同時(shí)還能充分利用混凝土良好的熱傳導(dǎo)性和熱容，提高傳熱效果。

圖I是本實(shí)用新型的軸向截面示意圖。圖2是圖I中單根管樁水平展開后的示意圖。圖3是圖I的俯視示意圖。圖中，I.管樁，11.混凝土，2.地埋管換熱器，21.螺旋管，22.連接總管(各個(gè)地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端分別與之對(duì)應(yīng)連接)，23.直管，3.地源熱泵。
具體實(shí)施方式
一種管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是包括地埋管換熱器、地源熱泵和管樁；所述地埋管換熱器有一個(gè)或多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端分別與地源熱泵的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端對(duì)應(yīng)連接；所述地埋管換熱器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端連接；對(duì)于每個(gè)地埋管換熱器和一個(gè)管樁，螺旋管自上而下環(huán)繞在管樁的環(huán)壁中；直管的與螺旋管連接的一端在下，直管的另一端在上。直管與螺旋管相比，換熱效果有很大差距，在這里主要是用來引入介質(zhì)，所以，可以把直管與管樁的環(huán)壁密貼，也可以不密貼。所述地埋管換熱器多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；各個(gè)地埋管換熱器的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端分別并聯(lián)后，再與地源熱泵的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端對(duì)應(yīng)連接。優(yōu)選的，所述直管的不與螺旋管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)入口端；螺旋管的不與直管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)出口端。[0027]所述地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端露在管樁頂外。所述管樁是鋼管樁、預(yù)制鋼筋混凝土管樁或鋼管混凝土管樁。方案I、所述管樁是鋼管樁，所述螺旋管焊接在鋼管樁的環(huán)壁的內(nèi)壁上。也可以把直管焊接在鋼管樁的環(huán)壁的內(nèi)壁上。方案2、所述管樁是預(yù)制鋼筋混凝土管樁，螺旋管綁扎在預(yù)制鋼筋混凝土管樁的鋼筋籠上。也可以把直管綁扎在預(yù)制鋼筋混凝土管樁的鋼筋籠上。方案3、所述管樁是鋼管混凝土管樁，螺旋管焊接在鋼管混凝土管樁的鋼管壁上，·且被混凝土包裹。也可以把直管焊接在鋼管混凝土管樁的鋼管壁上，且被混凝土包裹。下文將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型埋設(shè)在管樁環(huán)壁中的地源熱泵地埋管系統(tǒng)進(jìn)行詳·細(xì)描述。管樁系在工廠預(yù)制，其制作過程如下制作鋼筋籠；鋼筋籠與樁頭金屬連接件連接，安置各種預(yù)埋件；鋼筋籠裝入鋼模內(nèi)，向鋼模內(nèi)澆筑混凝土，完成樁體雛形；上述裝有樁體雛形的鋼模繞樁軸旋轉(zhuǎn)，混凝土離心擠密、成型；養(yǎng)護(hù)脫模。管樁按混凝土等級(jí)及壁厚又可分為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(代號(hào)PHC)、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(代號(hào)PC)和預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁(代號(hào)PTC)。本實(shí)用新型將地源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器的埋設(shè)與地下工程中的管樁I結(jié)合起來，既可以節(jié)省鉆孔埋設(shè)的成本，降低造價(jià)，還可以解決地源熱泵系統(tǒng)占用地下空間大的問題，而且能夠有效保護(hù)地埋管換熱器2，提高其耐久性和可靠性，同時(shí)還能充分利用混凝土良好的熱傳導(dǎo)性和熱容，提高傳熱效果。所以，將地源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器2的埋設(shè)與地下工程中的管樁I結(jié)合起來，將成為地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的新方向。如圖I所示，所述地源熱泵地埋管系統(tǒng)包括地埋管換熱器2和管樁1，所述地埋管換熱器2預(yù)埋在所述管樁I的環(huán)壁中。所述地埋管換熱器2沿著所述管樁I的環(huán)壁環(huán)向布置。所述地埋管換熱器2綁扎在所述管樁I中的鋼筋籠上。所述地埋管換熱器2內(nèi)設(shè)置傳熱介質(zhì)，所述地埋管換熱器2的兩端頭分組并聯(lián)后連接到所述地源熱泵3上。如圖I和圖3所示，所述管樁I設(shè)置多個(gè)，每個(gè)所述管樁I內(nèi)設(shè)置一組所述地埋管換熱器2，每組所述地埋管換熱器2的兩端頭通過連接總管22分別并聯(lián)起來，連接總管22再連接到所述地源熱泵3上。本實(shí)用新型主要針對(duì)地源熱泵系統(tǒng)中地埋管換熱器2的埋設(shè)位置和方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖I、圖2和圖3所示，生產(chǎn)施工步驟如下I.對(duì)管樁進(jìn)行預(yù)制加工，首先制作好鋼筋籠，將地源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器2綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，單根樁中地埋管換熱器2頂端的兩個(gè)端頭須露出樁頂外lm，地埋管換熱器的底端離管樁I的底部有一定間隙，例如0. 5 2m(如圖I和圖2所示)。2.將已綁扎好地埋管換熱器2的鋼筋籠裝入鋼模內(nèi)，向鋼模內(nèi)澆筑混凝土 11，將地埋管換熱器2和鋼筋籠一同澆注在管樁I內(nèi)，完成樁體雛形；3.上述裝有樁體雛形的鋼模繞樁軸旋轉(zhuǎn)，混凝土離心擠密、成型后養(yǎng)護(hù)、脫模；4.采用靜力壓樁機(jī)或錘擊打樁機(jī)將預(yù)制好的管樁I壓入或打入土層中至設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁的位置和數(shù)量根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。在地埋管換熱器2內(nèi)設(shè)置傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)在地埋管換熱器2環(huán)路系統(tǒng)中循環(huán)，并與管樁I內(nèi)的混凝土和周圍土層進(jìn)行熱交換。地埋管換熱器2頂端的兩個(gè)端頭露出管樁I樁頂外lm，分組并聯(lián)連接到連接總管22，再與地源熱泵3相連。[0043]一般的地下工程需設(shè)置多個(gè)管樁1，在每根樁內(nèi)設(shè)置一組地埋管換熱器2，每組地埋管換熱器2頂端的兩個(gè)端頭露出管樁I樁頂外lm，并通過分組并聯(lián)連接到連接總管22組成環(huán)路，再連接到地源熱泵3上。所述的地埋管換熱器2的并聯(lián)連接方式是指每組地埋管換熱器2均可不通過其他組地埋管換熱器2直接與連接總管22連接，再與地源熱泵3相連，與電路連接中的并聯(lián)相似。本實(shí)用新型的工作原理為地下一定深度的巖土層擁有常年基本恒定的地溫，而地下工程絕大部分位于這樣的土層中，這為利用地溫能的地源熱泵系統(tǒng)提供了有利條件。在管樁I中埋設(shè)地埋管換熱器2并形成環(huán)路，傳熱介質(zhì)在地埋管換熱器2環(huán)路系統(tǒng)中循環(huán)時(shí)與管樁I中的混凝土和周圍土層進(jìn)行熱交換，吸收(或釋放)熱量，根據(jù)能量守恒，這一部分能量即可用于對(duì)室內(nèi)進(jìn)行供暖(或制冷)，進(jìn)而降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能耗。將地源熱泵系統(tǒng)的施工與地下工程管樁的生產(chǎn)施工結(jié)合起來，具有如下優(yōu)點(diǎn)在空間布置方面，由于將地埋管換熱器2埋設(shè)在地下工程結(jié)構(gòu)中，可以省去傳統(tǒng)地埋管換熱器2的占地以及專為地埋管換熱器2的埋設(shè)進(jìn)行的鉆孔等施工費(fèi)用；在施工質(zhì)量控制方面，由于地埋管換熱器2是綁扎在鋼筋籠的主筋上，并隨之下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，其埋管的施工質(zhì)量能夠得到很好的保證，可很好地防止傳統(tǒng)鉆孔埋設(shè)方式中地埋管換熱器2在下放過程中的偏移或管道的損壞，地埋管換熱器2在混凝土 11的保護(hù)下，其耐久性和可靠性將大大提高；在傳熱性能方面，由于混凝土具有良好的熱傳導(dǎo)能力以及較高的熱容，將地埋管換熱器2埋設(shè)在管樁的混凝土 11中，可提高地埋管換熱器2的換熱能力和傳熱效果；在經(jīng)濟(jì)性方面，由于這一技術(shù)節(jié)省了地埋管換熱器2的占地、額外的鉆孔施工等費(fèi)用，可以較大地降低地源熱泵系統(tǒng)的初期投資。管樁分為鋼管樁、預(yù)制鋼筋混凝土管樁和鋼管混凝土管樁。作為一種地基處理及樁基礎(chǔ)形式，管樁從上個(gè)世紀(jì)初產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，在各種建筑基礎(chǔ)中得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著巨大的作用，目前已朝著全面取代傳統(tǒng)實(shí)心樁的方向發(fā)展。本技術(shù)方案把換熱構(gòu)件跟管樁結(jié)構(gòu)緊密地結(jié)合起來，既可保證地下?lián)Q熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性、耐久性；造價(jià)相對(duì)其他節(jié)能技術(shù)低廉；還具有通用性，且不占用額外空間；而且通過它獲得的能源具有可再生性、且穩(wěn)定可靠、清潔持久、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著等特點(diǎn)，因此，將換熱構(gòu)件跟管樁結(jié)構(gòu)結(jié)合起來的節(jié)能技術(shù)在我國有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是包括地埋管換熱器、地源熱泵和管樁；所述地埋管換熱器有一個(gè)或多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端分別與地源熱泵的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端對(duì)應(yīng)連接； 所述地埋管換熱器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端連接；對(duì)于每個(gè)地埋管換熱器和一個(gè)管樁，螺旋管自上而下環(huán)繞在管樁的環(huán)壁中；直管與螺旋管連接的一端在下，直管的另一端在上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述管樁是鋼管樁、預(yù)制鋼筋混凝土管樁或鋼管混凝土管樁。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端露在管樁頂外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述直管的不與螺旋管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)入口端；螺旋管的不與直管連接的一端作為地埋管換熱器的介質(zhì)出口端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述管樁是鋼管樁，所述螺旋管焊接在鋼管樁的環(huán)壁的內(nèi)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述管樁是預(yù)制鋼筋混凝土管樁，螺旋管綁扎在預(yù)制鋼筋混凝土管樁的鋼筋籠上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述管樁是鋼管混凝土管樁，螺旋管焊接在鋼管混凝土管樁的鋼管壁上，且被混凝土包裹。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，其特征是所述地埋管換熱器多個(gè)，管樁的數(shù)量與地埋管換熱器數(shù)量對(duì)應(yīng)；各個(gè)地埋管換熱器的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端分別并聯(lián)后，再與地源熱泵的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端對(duì)應(yīng)連接。
專利摘要一種管樁環(huán)壁內(nèi)埋式的螺旋管地源熱泵地埋管系統(tǒng)，包括地埋管換熱器、地源熱泵和管樁；地埋管換熱器的介質(zhì)入口端和介質(zhì)出口端分別與地源熱泵的介質(zhì)出口端和介質(zhì)入口端對(duì)應(yīng)連接；所述地埋管換熱器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端連接；對(duì)于每個(gè)地埋管換熱器和一個(gè)管樁，螺旋管自上而下環(huán)繞在管樁的環(huán)壁中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案將地源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器的埋設(shè)與地下工程的管樁結(jié)合起來，既可以節(jié)省地埋管換熱器鉆孔埋設(shè)的成本，降低造價(jià)，還可以解決熱泵系統(tǒng)占用地下空間大的問題，而且能夠有效保護(hù)地埋管換熱器，提高其耐久性和可靠性，同時(shí)還能充分利用混凝土良好的熱傳導(dǎo)性和熱容，提高傳熱效果。
文檔編號(hào)F25B30/06GK202792689SQ201220264839
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者孫斌, 高新南 申請(qǐng)人:孫斌