CN107447749B - 一种基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺，包括自上而下依次设置的能源桩、连接装置以及深层埋管；能源桩包括能源桩换热管、桩基钢筋笼以及水泥混凝土；能源桩换热管设置在桩基钢筋笼内侧；水泥混凝土填筑于能源桩内部；能源桩换热管包括进管以及出管；深层埋管包括地埋换热管以及灌充在深层埋管内部的回填料；地埋换热管整体呈U型；能源桩换热管的进管以及出管分别通过连接装置与地埋换热管相连通。本发明克服了传统地埋管地源热泵系统占用地下空间以及能源桩埋置浅且换热量有限的缺点，提高地热清洁能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于资源利用技术领域，涉及一种换热系统及施工工艺，尤其涉及一种可提高地热清洁能源利用率的基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺。
背景技术
随着人类社会的快速发展，能源的消耗也越来越大，而中国现在的能源结构仍以煤炭为主，煤炭属于不可再生能源，而且燃烧的过程中会对环境造成严重的污染，因此发展新的能源势在必行。地热能源作为一种清洁可再生能源，可以大大降低建筑耗能，利用发展空间大。传统的地埋管地源热泵系统是利用钻井机钻孔成换热井将换热管埋置在换热井中，然后将其回填，形成地埋管换热器，其缺点是占用地下空间，需要额外钻孔，钻孔费用较高，优点是埋置深，换热效率高；能源桩技术是将换热管埋置在桩基中，两者形成一个整体作为换热器，这样就节省了额外的钻孔费用，其缺点是埋置浅，换热量不大，受地表环境温度影响较大。因此发明一种能将两者的优点结合起来，同时将它们的缺点补足起来所形成的装置或系统至关重要。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明克服了传统地埋管地源热泵系统占用地下空间以及能源桩埋置浅且换热量有限的缺点，进而提供了一种可提高地热清洁能源利用率的基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于深层埋管及能源桩的换热系统，其特征在于：所述基于深层埋管及能源桩的换热系统包括自上而下依次设置的能源桩、连接装置以及深层埋管；所述能源桩包括能源桩换热管、桩基钢筋笼以及水泥混凝土；所述能源桩换热管设置在桩基钢筋笼内侧；所述水泥混凝土填筑于能源桩内部；所述能源桩换热管包括进管以及出管；所述深层埋管包括地埋换热管以及灌充在深层埋管内部的回填料；所述地埋换热管整体呈U型；所述能源桩换热管的进管以及出管分别通过连接装置与地埋换热管相连通。
作为优选，本发明所采用的连接装置包括波纹管；所述能源桩换热管的进管以及出管分别通过波纹管与地埋换热管相连通。
作为优选，本发明所采用的连接装置还包括套装在波纹管外部的橡胶圈。
作为优选，本发明所采用的波纹管是HDPE波纹管。
作为优选，本发明所采用的能源桩换热管以及地埋换热管均是HDPE换热管。
作为优选，本发明所采用的深层埋管是垂直埋管或倾斜埋管。
一种基于如前所述的基于深层埋管及能源桩的换热系统的施工工艺，其特征在于：所述施工工艺包括以下步骤：
1)利用大型旋转钻机按照施工设计以及规范钻孔，采用泥浆护壁的方式直至桩基孔壁成型；
2)利用钻井机，将带有钻头的空心套管从灌注桩桩底钻至深层埋管换热井井底；
3)在地面上将能源桩换热管以及地埋管换热管的交界处用波纹管连接，在波纹管的外部套装橡胶圈对波纹管进行外层密封保护；
4)在空心套管中放入已连接好的能源桩换热管以及地埋换热管中，然后在空心套管中回灌地埋管回填料，边灌边将空心套管拔起，直至到将地埋管回填料灌至灌注桩桩底，拔出沉管；
5)放下桩基钢筋笼，灌注水泥混凝土至灌注桩桩顶，待凝固成型。
本发明的优点是：
本发明提供了一种基于深层埋管及能源桩的换热系统及施工工艺，该换热系统包括自上而下依次设置的能源桩、连接装置以及深层埋管；能源桩包括能源桩换热管、桩基钢筋笼以及水泥混凝土；能源桩换热管设置在桩基钢筋笼内侧；水泥混凝土填筑于能源桩内部；能源桩换热管包括进管以及出管；深层埋管包括地埋换热管以及灌充在深层埋管内部的回填料；地埋换热管整体呈U型；能源桩换热管的进管以及出管分别通过连接装置与地埋换热管相连通。其中波纹管能有效的连接能源桩与深层埋管中的换热管，并且能有效的保护深层埋管中的换热管不会因上部的能源桩沉降或上升而发生断裂；所采用的橡胶圈能够有效的保护波纹管，不让混凝土和回填料将波纹管硬化和堵死纹路，以至于波纹管不能有效的拉伸与压缩。本发明公开的能源桩与深层埋管相结合的复合式换热装置系统及施工工艺，将能源桩与传统的钻孔地埋管方式相结合的一种复合式换热装置系统。本复合式换热装置将能源桩与地埋管的优点相结合起来，同时也正好将它们的缺点相互补足，做到了两种换热装置的优缺互补，大大的提高了换热效率。
附图说明
图1为本发明所提供的基于深层埋管及能源桩的换热系统的结构示意图；
图2为本发明所采用的连接装置的结构示意图；
图3为本发明所采用的连接装置的放大结构示意图；
图4为本发明中两段U型管的结构示意图；
图5是本发明所提供的基于深层埋管及能源桩的换热系统的另一实施例结构示意图；
附图标记：
1-能源桩换热管；2-桩基钢筋笼；3-水泥混凝土；4-能源桩；5-波纹管；6-橡胶圈；7-地埋换热管；8-回填料；9-深层埋管。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种基于深层埋管及能源桩的换热系统，该基于深层埋管及能源桩的换热系统包括自上而下依次设置的能源桩4、连接装置以及深层埋管9；能源桩4包括能源桩换热管1、桩基钢筋笼2以及水泥混凝土3；能源桩换热管1设置在桩基钢筋笼2内侧；水泥混凝土3填筑于能源桩4内部；能源桩换热管1包括进管以及出管；深层埋管9包括地埋换热管7以及灌充在深层埋管9内部的回填料8；地埋换热管7整体呈U型；能源桩换热管1的进管以及出管分别通过连接装置与地埋换热管7相连通。
参见图2以及图3，本发明所采用的连接装置包括波纹管5以及套装在波纹管5外部的橡胶圈6；能源桩换热管1的进管以及出管分别通过波纹管5与地埋换热管7相连通；波纹管5是HDPE波纹管。
能源桩换热管1以及地埋管换热管7均是HDPE换热管。
参见图1以及图5，本发明所采用的地埋管9是垂直埋管或倾斜埋管。
一种基于如上所述的基于深层埋管及能源桩的换热系统的施工工艺，该施工工艺包括以下步骤：
1)利用大型旋转钻机按照施工设计以及规范钻孔，采用泥浆护壁的方式直至桩基孔壁成型；
2)利用钻井机，将带有钻头的空心套管从灌注桩桩底钻至深层埋管9换热井井底；
3)在地面上将能源桩换热管1以及地埋换热管7的交界处用波纹管5连接，在波纹管5的外部套装橡胶圈6对波纹管5进行外层密封保护；
4)在空心套管中放入已连接好的能源桩换热管1以及地埋换热管7中，然后在空心套管中回灌回填料8，边灌边将空心套管拔起，直至到将回填料8灌至灌注桩桩底，拔出沉管；
5)放下桩基钢筋笼2，灌注水泥混凝土3至灌注桩桩顶，待凝固成型。
下面结合具体实施方式对本发明所提供的技术方案作进一步的详细说明：
实例数据：桩基为钻孔灌注桩，桩径1000mm，桩长22m，水泥混凝土为C30，地埋管换热井长60m，换热井直径为150mm，地埋管回填料是膨润土、水泥和钢纤维按一定比例配置而成，换热管直径为30mm。
1)清理场地，放样定位，埋设护筒。
2)利用拉升机将换热管(HDPE)拉直，然后利用DHJA-160全自动热熔机将各段HDPE管按U型管样式两边对称式的同时熔接起来。
3)当U型管熔接至59m的时候，利用热熔焊机将2m长HDPE波纹管熔接上去，在波纹管另一头接着继续熔接HDPE管,直到U型管两边长均为82m(L1)，参见图4。
4)然后在波纹管5处套上橡胶圈6(橡胶圈两端搭接在HDPE管上)，用热熔机将橡胶圈熔接在HDPE管上进行密封保护，防止回填料及水泥混凝土直接将波纹管硬化或堵死纹路，不能让其自由拉伸或压缩。
5)另外单独在用HDPE管熔接出单边长为22m的U型管(L2)，将此个U型管绑扎在钢筋笼的一侧。
6)将连接好的两个不同长度的U型换热管，管内充水，并在气口上加压力表，使用不小于12Kgf/cm2压力试压，确保管道完好无损。
7)管道检漏。把U型管底部侵入水中应无气泡冒出；或用肥皂水涂于连接处，仔细检查应无气泡。稳压至少15分种，稳压后压力降不应大于3％，且无泄露现象。检漏完毕后，剪掉气头。
8)SR-250旋挖钻机就位，采用泥浆护壁方式成孔，向下旋挖22m后停止旋挖，然后将SR-250旋挖钻机换成DZ-200型多功能钻机，将外径为160mm的空心套管套上合适的桩尖，利用类似于振动沉管灌注桩的方式，将套管向下打82m深后，停止继续沉管。
9)将制作好的U型管(L1)放入空心套管中，放好后将制作好的地埋管回填料压灌入空心管中，边灌边慢慢将套管拔出，直至将回填料灌至灌注桩桩底，拔出沉管。
10)将钢筋笼未绑换热管的一边下放在空心套管一侧，下放好钢筋笼将L1固定在钢筋笼上，在用一根HDPE管将两个U型管熔接起来，然后再次检查气密性。
11)灌注混凝土，直至成型。
Claims (1)
1.一种基于深层埋管及能源桩的换热系统的施工工艺，其特征在于：所述施工工艺包括以下步骤：
1）利用大型旋转钻机按照施工设计以及规范钻孔，采用泥浆护壁的方式直至桩基孔壁成型；
2）利用钻井机，将带有钻头的空心套管从灌注桩桩底钻至深层埋管（9）换热井井底；
3）在地面上将能源桩换热管（1）以及地埋管换热管（7）的交界处用波纹管（5）连接，在波纹管（5）的外部套装橡胶圈（6）对波纹管（5）进行外层密封保护；
4）在空心套管中放入已连接好的能源桩换热管（1）以及地埋换热管（7）中，然后在空心套管中回灌地埋管回填料（8），边灌边将空心套管拔起，直至到将地埋管回填料（8）灌至灌注桩桩底，拔出沉管；
5）放下桩基钢筋笼（2），灌注水泥混凝土（3）至灌注桩桩顶，待凝固成型。
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