CN107084542B - 能量桩结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地热能技术领域，尤其是涉及一种能量桩结构及其施工方法。一种能量桩结构，包括：管桩、换热体和检修机构；所述管桩设置在土层内，所述换热体套设在所述管桩内，所述换热体内壁上设置有换热管，所述换热管呈螺旋状的设置在所述换热体的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述换热体的底端与换热管的头端连接，以用于对换热管进行更换和检修。以缓解现有技术中存在的换热管容易损伤、不易更换和不能检修的技术问题。

Description

能量桩结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及地热能技术领域，尤其是涉及一种能量桩结构及其施工方法。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增长，化石能源的大规模使用带来了资源枯竭和环境污染问题，而地热资源不会对人类环境产生污染和破坏，地热利用每提高1个百分点，相当于替代标准煤3750万吨，减排二氧化碳约9400万吨。

然而地源热泵技术占用地下空间较大，钻孔费用相对较高且换热效率低下，使得推广应用受到了极大的限制。能量桩储热技术是把埋设在地下的混凝土桩基变成储热换热地源热泵系统的一部分，在基桩中埋设换热管，把基桩作为换热井，把换热管埋设在基桩中，通过集水管和热泵系统相连，能量桩和周围土壤相互传递热量。这样既可减少地源热泵系统的打井环节，可也减少换热井的灌浆回填工序，此技术的实施，在施工过程中可大大降低工程造价，缩短施工周期，节约土地。

但由于换热管埋设在混凝土基桩中，也带来诸多问题：第一，破坏了基桩的力学承载力，对建筑物的安全产生危害；第二，换热管绑扎在钢筋笼上，埋设在混凝土中，与桩身一起受力变形，容易造成管道和混凝土的变形和损坏；第三，在施工过程中预制桩需要接桩，换热管接头难以处理，容易造成换热管损坏；第四，由于换热管和桩基浇筑为一体，如换热管破损，不能检修；第五，能量桩技术施工工艺相对复杂，各工种相互交叉作业，施工过程中需要多个工种相互配合，更易延长工期，造成工期紧张。

发明内容

本发明的目的在于提供能量桩结构，以缓解现有技术中存在的换热管容易损伤、不易更换和不能检修的技术问题。

本发明提供的一种能量桩结构，包括：管桩、换热体和检修机构；

所述管桩设置在土层内，所述换热体套设在所述管桩内，所述换热体内壁上设置有换热管，所述换热管呈螺旋状的设置在所述换热体的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述换热体的底端与换热管的头端连接，以用于对换热管进行更换和检修。

进一步地，所述换热体的上部呈圆柱形，所述换热体的下部呈圆锥形；

所述换热体的上部的内壁上设置有螺旋式导管槽，所述换热体的下部的内壁上设置有直线式导管槽，所述螺旋式导管槽与所述直线式导管槽连通。

进一步地，所述换热体上部的侧壁上设置有安装孔，所述安装孔的上端设置有注水口；

所述换热管的头端设置有铁磁。

进一步地，所述检修机构包括：第一定滑轮和第二定滑轮；

所述第一定滑轮设置在所述注水口的上端，所述第二定滑轮设置在所述换热体下部的底端，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮之间通过钢丝绳连接，且所述钢丝绳上设置有磁铁。

进一步地，所述换热体内还设置有循环装置；

所述循环装置包括：循环泵、分水管和集水管；

所述分水管和所述集水管的延伸方向与所述换热体的径向方向相同，所述循环泵分别与所述集水管和所述分水管连通，以用于使所述换热体内的液体稳定均匀。

进一步地，所述集水管上设置有多个回水口，所述分水管上设置有多个送水口，所述送水口呈锥形设置，以用于使流出的水由层流状态变为紊流状态。

进一步地，所述换热体的外壁上设置有多个圆柱形钢箍；

所述圆柱形钢箍一端与所述换热体的外壁固定连接，所述圆柱形钢箍另一端上设置有钢片，所述钢片相对所述圆柱形钢箍转动，且所述钢片上连接有钢丝绳。

进一步地，所述换热体的上部设置有圆柱帽，所述圆柱帽的直径大于所述换热体的直径，所述换热体的下部设置有保护套。

进一步地，所述管桩上设置有检查口，所述安装孔的延伸方向穿过所述检查口，且所述检查口与热力外网地沟连接。

一种能量桩的施工方法，具有上所述的能量桩结构，包括：

步骤1：将大直径的管桩安置在土层中；

步骤2：吊装换热体，将换热体套装在管桩内，并在换热体的顶端和底端分别设置有圆柱帽和保护套，同时，将换热体固定；

步骤3：通过安装孔将换热管敷设在换热体的内壁上，然后在大直径的管桩和换热体之间填充上填充料。

本发明提供的一种能量桩结构，包括：管桩、换热体和检修机构；

所述管桩设置在土层内，所述换热体套设在所述管桩内，所述换热体内壁上设置有换热管，所述换热管呈螺旋状的设置在所述换热体的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述换热体的底端与换热管的头端连接，以用于对换热管进行更换和检修。以缓解现有技术中存在的换热管容易损伤、不易更换和不能检修的技术问题。

一种能量桩的施工方法，具有上所述的能量桩结构，包括：步骤1：将大直径的管桩安置在土层中；步骤2：吊装换热体，将换热体套装在管桩内，并在换热体的顶端和底端分别设置有圆柱帽和保护套，同时，将换热体固定；步骤3：通过安装孔将换热管敷设在换热体的内壁上，然后在大直径的管桩和换热体之间填充上填充料。以解决现有技术中存在的管桩的力学性能差和施工过程复杂、工期长和成本较高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的能量桩结构的剖面图；

图2为本发明实施例提供的能量桩结构的换热体的剖面图；

图3为本发明实施例提供的能量桩结构的换热体内部设置循环装置的剖面图；

图4为本发明实施例提供的能量桩结构换热体内部循环装置的局部放大图。

图标：100-管桩；200-换热体；300-循环装置；400-圆柱帽；500-保护套；110-检查口；210-换热管；220-螺旋式导管槽；230-直线式导管槽；240-安装孔；250-注水口；260-第一定滑轮；270-第二定滑轮；280-圆柱形钢箍；281-钢片；310-循环泵；320-分水管；321-送水口；330-集水管；331-回水口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的能量桩结构的剖面图；图3为本发明实施例提供的能量桩结构的换热体内部设置循环装置的剖面图。如图1和3所示，本发明提供的一种能量桩结构，包括：管桩100、换热体200和检修机构；

所述管桩100设置在土层内，所述换热体200套设在所述管桩100内，所述换热体200内壁上设置有换热管210，所述换热管210呈螺旋状的设置在所述管的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体200的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述圆柱体的底端与换热管210的头端连接，以用于对换热管210进行更换和检修。

其中，管桩100为大直径管桩100。

其中，管桩100与换热体200之间填充有填充料，提高换热体200与管桩100之间的安装的稳定性。

其中，管桩100的内壁上涂有防渗层。

本实施例中，能量桩结构，包括：管桩100、换热体200和检修机构；所述管桩100设置在土层内，所述换热体200套设在所述管桩100内，所述换热体200内壁上设置有换热管210，所述换热管210呈螺旋状的设置在所述管的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体200的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述圆柱体的底端与换热管210的头端连接，以用于对换热管210进行更换和检修。以缓解现有技术中存在的换热管210容易损伤、不易更换和不能检修的技术问题。

图2为本发明实施例提供的能量桩结构的换热体的剖面图。如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述换热体200的上部呈圆柱形，所述换热体200的下部呈圆锥形；

所述换热体200的上部的内壁上设置有螺旋式导管槽220，所述换热体200的下部的内壁上设置有直线式导管槽230，所述螺旋式导管槽220与所述直线式导管槽230连通。

本实施例中，换热体200的上部呈圆柱形，换热体200的下部呈圆锥形，并且，在换热体200上部的内壁的上设置有螺旋式导管槽220，换热体200的下部的内壁上设置有直线式导管槽230，由于，换热体200的下部呈锥形，上部呈圆柱形，在换热体200套设在管桩100内的时候，可以减小施工的难度，还可以增加与土层的接触面积，增加换热速度，并且，换热体200上部设置有螺旋式导管槽220，以便于换热管210的装设，保障换热管210呈螺旋状的设置在换热体200上部的内壁上，同时，换热体200下部设置有直线式导管槽230，且螺旋式导管槽220与螺旋式导管槽220连通，换热管210即可以直接从螺旋式导管槽220进入到直线式导管槽230中，直接进入到换热体200底部与检修机构连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述换热体200上部的侧壁上设置有安装孔240，所述安装孔240的上端设置有注水口250；

所述换热管210的头端设置有铁磁。

其中，磁铁还可以更换为与磁铁相吸的物体。

其中，在安装孔240的外侧设置有挡板或者堵丝，防止水泥砂浆等杂物进入到换热体200中。

本实施例中，换热体200的侧壁上设置有安装孔240和注水口250，在具体施工的过程中，换热管210通过安装孔240进入到换热体200内，之后，通过注水口250对换热体200内注水，在换热管210的头端设置有磁铁，以使换热管210的头端能够与检修机构连接，便于对导热管进行更换和检修。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述检修机构包括：第一定滑轮260和第二定滑轮270；

所述第一滑轮设置在所述注水口250的上端，所述第二滑轮设置在所述换热体200下部的底端，所述第一定滑轮260和所述第二定滑轮270之间通过钢丝绳连接，且所述钢丝绳上设置有磁铁。

本实施例中，检修机构包第一定滑轮260和第二定滑轮270，第一滑轮设置在注水口250的上端，第二滑轮设置在换热体200下部的底端，并且第一定滑轮260和第二定滑轮270之间通过钢丝绳连接，在钢丝绳上设置有磁铁，磁铁可以将导热管的头端吸附，这样，通过拉动钢丝绳即可以将导热管拉动到安装孔240处，以便于工作人员的检修和更换。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述换热体200内还设置有循环装置300；

所述循环装置300包括：循环泵310、分水管320和集水管330；

所述分水管320和所述集水管330的延伸方向与所述换热体200的径向方向相同，所述循环泵310分别与所述集水管330和所述分水管320连通，以用于使所述换热体200内的液体稳定均匀。

本实施例中，循环装置300包括循环泵310、分水管320和集水管330，分水管320和所述集水管330的延伸方向与所述换热体200的径向方向相同，所述循环泵310分别与所述集水管330和所述分水管320连通，这样，换热体200上端和下端的水流传速递加快，使换热体200内部的水温均匀。

图4为本发明实施例提供的能量桩结构换热体内部循环装置的局部放大图。如图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，所述集水管330上设置有多个回水口331，所述分水管320上设置有多个送水口321，所述送水口321呈锥形设置，以用于使流出的水由层流状态变为紊流状态。

层流是各流体微团彼此平行地分层流动，互不干扰与混杂。

紊流是各流体微团间强烈地混合与掺杂、不仅有沿着主流方向的运动，而且还有垂直于主流方向的运动。

其中，回水口331和送水口321可分别沿集水管330和分水管320的长度方向自上至下呈螺旋状设置，也可以沿集水管330和分水管320的长度方向自上至下不均匀的布设。

本实施例中，集水管330和分水管320上分别设置有多个回水口331和送水口321，通过循环泵310以使换热体200内的水流往复流动，促使换热体200内水温均匀，由于，送水口321呈锥形设置，送水口321的管径是逐渐变小的，可以提高送回口水流的速度，使得流出的水由层流状态变为紊流状态，以加速换热体200内水体的温度均匀换热。

进一步地，所述换热体200的外壁上设置有多个圆柱形钢箍280；

所述圆柱形钢箍280一端与所述换热体200的外壁固定连接，所述圆柱形钢箍280另一端上设置有钢片281，所述钢片281相对所述圆柱形钢箍280转动，且所述钢片281上连接有钢丝绳。

其中，多个圆柱形钢箍280均匀布设在换热体200的外壁上，多个圆柱形钢箍280可以在同一圆周上，也可不在同一圆周上，且与外壁固定连接。

优选地，每个圆柱形钢箍280上的钢片281为6个。

本实施例中，换热体200的外壁上设置有多个圆柱形钢箍280，当换热体200下沉到预定位置时，同时拉动连在6个钢片281上的钢绳，使得钢片281向上倾斜，钢片281挈形斜度来促使钢片281和管桩100内壁产生摩擦握裹力，达到换热体200的固定效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述换热体200的上部设置有圆柱帽400，所述圆柱帽400的直径大于所述换热体200的直径，所述换热体200的下部设置有保护套500。

本实施例中，换热体200的上部设置有圆柱帽400，所述圆柱帽400的直径大于所述换热体200的直径，所述换热体200的下部设置有保护套500，由于圆柱帽400的直径大于所述换热体200的直径，这样，换热体200的上端即不会与管桩100接触，再有，在换热体200的底部设置有保护套500，保护套500即为圆锥形，可以有效的保护换热体200的底部，从而使得换热体200的上部和下部同时的得到保护，减小在施工过程中对换热体200的损伤。

在上述实施例基础上，进一步地，所述管桩100上设置有检查口110，所述安装孔240的延伸方向穿过所述检查口110，且所述检查口110与热力外网地沟连接。

本实施例中，所述管桩100上设置有检查口110，所述安装孔240的延伸方向穿过所述检查口110，这样，在检查口110即与安装孔240连通，在检查口110即可以对换热体200内的换热管210进行检修，并且，相邻的管桩100可以通过力外网地沟连接。

一种能量桩的施工方法，具有上所述的能量桩结构，包括：

步骤1：将大直径的管桩100安置在土层中；

步骤2：吊装换热体200，将换热体200套装在管桩100内，并在换热体200的顶端和底端分别设置有圆柱帽400和保护套500，同时，将换热体200固定；

步骤3：通过安装孔240将换热管210敷设在换热体200的内壁上，然后在大直径的管桩100和换热体200之间填充上填充料。

本实施例中，能量桩的施工方法包括：步骤1：将大直径的管桩100安置在土层中；步骤2：吊装换热体200，将换热体200套装在管桩100内，并在换热体200的顶端和底端分别设置有圆柱帽400和保护套500，同时，将换热体200固定；步骤3：通过安装孔240将换热管210敷设在换热体200的内壁上，然后在大直径的管桩100和换热体200之间填充上填充料。以解决现有技术中存在的管桩100的力学性能差和施工过程复杂、工期长和成本较高的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种能量桩结构，其特征在于，包括：管桩、换热体和检修机构；

所述管桩设置在土层内，所述换热体套设在所述管桩内，所述换热体内壁上设置有换热管，所述换热管呈螺旋状的设置在所述换热体的内壁上，所述检修机构的一端设置在所述换热体的侧壁上，所述检修机构的另一端设置在所述换热体的底端与换热管的头端连接，以用于对换热管进行更换和检修；

所述换热体上部的侧壁上设置有安装孔，所述安装孔的上端设置有注水口；

所述换热管的头端设置有铁磁；

所述检修机构包括：第一定滑轮和第二定滑轮；

所述第一定滑轮设置在所述注水口的上端，所述第二定滑轮设置在所述换热体下部的底端，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮之间通过钢丝绳连接，且所述钢丝绳上设置有磁铁。

2.根据权利要求1所述的能量桩结构，其特征在于，所述换热体的上部呈圆柱形，所述换热体的下部呈圆锥形；

所述换热体的上部的内壁上设置有螺旋式导管槽，所述换热体的下部的内壁上设置有直线式导管槽，所述螺旋式导管槽与所述直线式导管槽连通。

3.根据权利要求2所述的能量桩结构，其特征在于，所述换热体内还设置有循环装置；

所述循环装置包括：循环泵、分水管和集水管；

所述分水管和所述集水管的延伸方向与所述换热体的径向方向相同，所述循环泵分别与所述集水管和所述分水管连通，以用于使所述换热体内的液体稳定均匀。

4.根据权利要求3所述的能量桩结构，其特征在于，所述集水管上设置有多个回水口，所述分水管上设置有多个送水口，所述送水口呈锥形设置，以用于使流出的水由层流状态变为紊流状态。

5.根据权利要求4所述的能量桩结构，其特征在于，所述换热体的外壁上设置有多个圆柱形钢箍；

所述圆柱形钢箍一端与所述换热体的外壁固定连接，所述圆柱形钢箍另一端上设置有钢片，所述钢片相对所述圆柱形钢箍转动，且所述钢片上连接有钢丝绳。

6.根据权利要求5所述的能量桩结构，其特征在于，所述换热体的上部设置有圆柱帽，所述圆柱帽的直径大于所述换热体的直径，所述换热体的下部设置有保护套。

7.根据权利要求6所述的能量桩结构，其特征在于，所述管桩上设置有检查口，所述安装孔的延伸方向穿过所述检查口，且所述检查口与热力外网地沟连接。

8.一种能量桩的施工方法，具有如权利要求1-7任一项所述的能量桩结构，其特征在于，包括：

步骤1：将大直径的管桩安置在土层中；

步骤2：吊装换热体，将换热体套装在管桩内，并在换热体的顶端和底端分别设置有圆柱帽和保护套，同时，将换热体固定；

步骤3：通过安装孔将换热管敷设在换热体的内壁上，然后在大直径的管桩和换热体之间填充上填充料。