[發(fā)明專利]帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土管樁

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410570736.2
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104278670A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉偉慶;路宏偉;王彬彬;蔣剛
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: E02D5/30
• 分類號: E02D5/30;F25B30/06;F24J3/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發(fā)明涉及一種將樁基施工與地源熱泵預成孔埋設管狀換熱器施工一體化的技術，具體涉及一種管壁中帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土預應力空心管樁。

背景技術

目前公知的預制鋼筋混凝土預應力管樁是指在工廠通過先張法工藝制作的預應力高強混凝土管樁(代號PHC)、預應力混凝土管樁(代號PC)、預應力混凝土薄壁管樁(代號PTC)。不同的預制鋼筋混凝土管樁的尺寸、力學性能、構造要求、設計、生產、施工、驗收等方面均應符合《預應力混凝土管樁》(圖集號03SG409)、《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-2008)、《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB5007-2011)、《混凝土結構設計規(guī)范》(GB5010-2010)等國家和行業(yè)相關規(guī)范的要求。

能源和環(huán)境問題已經引起世界廣泛關注，地熱能因其環(huán)境友好特性在建筑采暖和制冷方面正通過地源熱泵技術逐步替代傳統(tǒng)能源。地表下一定深度的地熱能溫度常年保持不變，夏季低于室外溫度冬季高于室外溫度，地源熱泵夏季通過交換介質將建筑物內產生的熱量轉移到土壤中，冬季通過交換介質將土壤中的熱量轉移到室內從而達到制冷和采暖的目的(夏才初,曹詩定,王偉.能源地下工程的概念、應用與前景展望[J].地下空間與工程學報,2009-6,5(3):419-424)，其工作原理如圖1所示。

現階段地源熱泵的埋管方式主要分為水平埋管和垂直埋管，水平埋管埋深較淺，施工方便，但占用空間較大，系統(tǒng)受地面溫度影響較大運行不穩(wěn)定換熱效果差；垂直埋管雖克服了水平埋管的一部分缺點但因其鉆孔費用高昂，施工復雜(余闖,潘林有,劉松玉等.熱交換樁的作用機制及其應用[J].巖土力學,2009-4,30(4):933-948)也一直飽受詬病，成為地源熱泵技術發(fā)展道路上的重大障礙。

樁基是建筑物較為常用的基礎形式，其直徑從0.5m到2.0m不等，長達數十米甚至百米，若能將建筑樁基作為地源熱泵管狀換熱器的載體，便可使樁基施工與地源熱泵預成孔埋設管狀換熱器的施工一體化，從而省去鉆孔埋設地源熱泵管狀換熱器的復雜施工過程，減少地源熱泵施工周期及初期投資。國內外現有的一體化施工大多基于灌注樁，需要在樁基施工現場將各種形狀的管狀換熱器綁扎到灌注樁的鋼筋籠上，施工難度較大，準確性更是難以保證，而且管狀換熱器在灌注混凝土時容易擠壓破壞，還可能阻礙注漿導管的下放，從而影響施工效率。此外國內已有的公開發(fā)明稱為“低溫地熱能轉換預應力混凝土管樁”，其申請?zhí)枮?200610016544.2)公開號為(1800510)。其實際上是在預制管樁施工完畢后在管樁管內孔中下放各種形狀的管狀換熱器，管樁孔壁與換熱器之間充填回填材料，僅管樁的施工工藝避免了鉆孔出現的縮頸、塌孔等問題，并沒有從實質上解決鉆孔埋設管狀換熱器施工工藝復雜的問題，此外換熱效率還受回填材料導熱性能的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于改變現階段地源熱泵技術鉆孔費用高，灌注樁管狀換熱器施工復雜的不利現狀，促進地源熱泵技術的推廣使用，提供一種帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土管樁，將樁基施工與地源熱泵預成孔埋設管狀換熱器的施工一體化，樁基在傳統(tǒng)承載作用的基礎上具有進行地熱轉換的功能。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土管樁，該管樁設置在土層中，并通過地表交換管路、地源熱泵機組與建筑物連接；

所述帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土管樁包括螺旋管狀換熱器、鋼筋籠、配套彎頭、金屬保護套筒、混凝土、換熱器流體進口、換熱器流體出口和交換介質，所述鋼筋籠內側綁扎有螺旋管狀換熱器，螺旋管狀換熱器內設有交換介質，并沿管樁全長布設，所述鋼筋籠和螺旋管狀換熱器均澆筑在混凝土中形成預制鋼筋混凝土管樁的管壁，螺旋管狀換熱器上部分別設有換熱器流體進口和換熱器流體出口，換熱器流體進口和換熱器流體出口通過配套彎頭在距樁頂0.5m處從管樁側彎曲向管樁管壁外，所述配套彎頭外設有金屬保護套筒，螺旋管狀換熱器底部距樁底0.1m。

作為優(yōu)選，所述螺旋管狀換熱器為高密度聚乙烯(HDPE)材質，管徑依據管樁壁厚確定。

作為優(yōu)選，在當預制鋼筋混凝土管樁設計樁長較長需要分段生產、施工時，所述帶有地源熱泵螺旋管狀換熱器的預制鋼筋混凝土管樁分為上段樁、中段樁和下段樁；

所述上段樁中的螺旋管狀換熱器在距離樁底0.5m處垂直向下；