CN107761720B - 地源热泵灌注桩的结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地源热泵系统桩技术领域，具体涉及一种地源热泵灌注桩的结构及其施工方法。本发明提供的一种地源热泵灌注桩的结构，包括端承桩、换热管、以及设置于端承桩内部的钢筋笼；所述钢筋笼包括空心换热体和设置在空心换热体顶部的左、右钢管；所述换热管包括分别内套于左、右钢管钢管的传热管和导热管；所述导热管包括硬质段和记忆合金段；所述记忆合金段与传热管可拆卸连接。本发明提供的地源热泵灌注桩的结构，导热管插入空心换热体内，在空心换热体内弯曲后与传热管可拆卸连接，便于换热管的检修、维护和回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及地源热泵系统桩技术领域，具体涉及一种地源热泵灌注桩的结构及其施工方法。
背景技术
地源热泵技术是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，在夏天将室内的余热转移到低位热源中，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，达到降温或制冷的目的。地源热泵技术比传统锅炉技术节省70％以上的能源和40％～60％的运行费用；在制冷时，地热泵技术要比普通空调节能40％～50％，运行费用降低40％以上。
地源热泵灌注桩是一种桩埋管形式地源热泵技术与传统桩基础相结合的经济、高效、节能减排的新技术。通过在桩基础中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层低温地热能转换，在满足常规桩基力学功能的同时还能通过桩体实现与浅层地能的热交换，起到桩基和地源热泵预成孔直接敷设埋管换热器的双重作用。现有的地源热泵灌注桩需要将传热管道与钢筋笼一起绑扎，埋设在混凝土中，传热管道埋设于混凝土中，不能检修、维护和回收利用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的地源热泵灌注桩的结构，导热管插入空心换热体内，在空心换热体内弯曲后与传热管可拆卸连接，便于换热管的检修、维护和回收利用。
本发明提供的一种地源热泵灌注桩的结构，包括端承桩、换热管、以及设置于端承桩内部的钢筋笼；所述钢筋笼包括空心换热体和设置在空心换热体顶部的左、右钢管、；所述左、右钢管、均与空心换热体连通，且穿过端承桩与外界连通；所述换热管包括分别内套于左、右钢管、钢管的传热管和导热管；所述导热管包括硬质段和记忆合金段；所述记忆合金段远离硬质段的一端插入左钢管内与传热管可拆卸连接；所述记忆合金段在常温下为弯管，到达跃变温度之上则为直管，在记忆合金段的内壁设有加热装置；所述硬质段的侧壁内设置有与加热装置连接的电缆；所述电缆与外部电源系统可拆卸连接。
可选地，所述加热装置包括加热带；所述加热带内埋于记忆合金段的侧壁内，且螺旋缠绕在记忆合金段上。
可选地，所述记忆合金段与硬质段可拆卸连接。
可选地，所述右钢管向内凸形成定位板；所述硬质段的外周面上沿竖直方向开有沟槽；所述定位板内嵌于沟槽时，所述记忆合金段与传热管可拆卸连接。
可选地，所述记忆合金段的外周面远离硬质段的一端开有环形槽；所述传热管的底部内侧开有容置槽；所述容置槽内通过扭力弹簧铰接有卡接板；所述卡接板一端的上表面与容置槽的上表面抵触，另一端插入环形槽内与记忆合金段卡接。
可选地，所述容置槽沿径向向内凸形成凸台；所述容置槽内安装有套筒；所述套筒与凸台卡接，且可沿竖直方向在凸台上滑动；所述套筒底部开有缺口；所述卡接板铰接在缺口内；所述卡接板一端的上表面与凸台的下表面抵触，另一端插入环形槽内与记忆合金段卡接。
可选地，所述左钢管的底部沿径向向内凸形成支承台；所述支承台的上表面开有与传热管相配合的密封槽；所述密封槽内安装有密封胶垫。
可选地，所述记忆合金段远离硬质段的一端设置有锥形穿刺头；所述锥形穿刺头插入传热管内与传热管连通。
第二方面，本发明提供的一种地源热泵灌注桩的施工方法，具有上述的地源热泵灌注桩的结构，包括如下步骤：
S1、根据设计要求，确定基坑的直径和深度、空心换热体以及左、右钢管、的长度，将左、右钢管、固定在空心换热体顶部，并与空心换热体连通，制成钢筋笼；
S2、根据步骤S1确定的基坑的直径和深度，在土壤上钻取基坑；
S3、将步骤S1中的钢筋笼放入基坑中，并灌注混凝土，冷却后形成端承桩；
S4、将电缆与外部电源系统连接，加热装置将温度提升到达跃变温度之上，记忆合金段变为直管，将记忆合金段沿右钢管插入到空心换热体内，将电缆与外部电源系统断开，记忆合金段变为弯管；向上提导热管，使记忆合金段远离硬质段的一端插入到左钢管中，将传热管插入左钢管中，并与记忆合金段连通，形成换热管；
S5、将换热管与外界地源热泵系统连通，形成回路，通水检测环路的有效性，完成整体预制地源热泵灌注桩的施工
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提供的一种地源热泵灌注桩的结构，包括端承桩、换热管、以及设置于端承桩内部的钢筋笼；所述钢筋笼包括空心换热体和设置在空心换热体顶部的左、右钢管；所述换热管包括分别内套于左、右钢管的传热管和导热管；所述导热管包括硬质段和记忆合金段；所述记忆合金段与传热管可拆卸连接。本发明提供的地源热泵灌注桩的结构，导热管插入空心换热体内，在空心换热体内弯曲后与传热管可拆卸连接，便于换热管的检修、维护和回收利用。
一种地源热泵灌注桩的施工方法，具有上述的地源热泵灌注桩的结构，包括如下步骤：S1)根据设计要求，确定基坑的直径和深度、空心换热体以及左、右钢管的长度，将左、右钢管固定在空心换热体顶部，并与空心换热体连通，制成钢筋笼；S2)根据步骤S1)确定的基坑的直径和深度，在土壤上钻取基坑；S3)将步骤S1)中的钢筋笼放入基坑中，并灌注混凝土，冷却后形成端承桩；S4)将电缆与外部电源系统连接，加热装置将温度提升到达跃变温度之上，记忆合金段变为直管，将记忆合金段沿右钢管插入到空心换热体内，将电缆与外部电源系统断开，记忆合金段变为弯管；向上提导热管，使记忆合金段远离硬质段的一端插入到左钢管中，将传热管插入左钢管中，并与记忆合金段连通，形成换热管；S5)将换热管与外界地源热泵系统连通，形成回路，通水检测环路的有效性，完成整体预制地源热泵灌注桩的施工。施工过程简单，便于缩短工期。
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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为图1中B处的放大图；
图4为图1中C处的放大图。
附图标记：
1-端承桩、2-空心换热体、3-左钢管、4-右钢管、5-传热管、6-导热管、31-容置槽、32-支承台、41-定位板、61-硬质段、62-记忆合金段、311-卡接板、312-凸台、313-套筒、321-密封槽、611-电缆、612-沟槽、621-加热带、622-环形槽、623-锥形穿刺头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1-4，本实施例提供的一种地源热泵灌注桩的结构，包括端承桩1、换热管、以及设置于端承桩1内部的钢筋笼；所述钢筋笼包括空心换热体2和设置在空心换热体2顶部的左钢管3、右钢管4；所述左钢管3、右钢管4均与空心换热体2连通，且穿过端承桩1与外界连通；所述换热管包括分别内套于左钢管3、右钢管4钢管的传热管5和导热管6；所述导热管6包括硬质段61和记忆合金段62；所述记忆合金段62远离硬质段61的一端插入左钢管3内与传热管5可拆卸连接；所述记忆合金段62在常温下为弯管，到达跃变温度之上则为直管，在记忆合金段62的内壁设有加热装置；所述硬质段61的侧壁内设置有与加热装置连接的电缆611；所述电缆611与外部电源系统可拆卸连接。初始状态下，所述记忆合金段62为弯管，所述记忆合金段62远离硬质段61的一端插入左钢管3内与传热管5连接。但需要检修换热管时，先拆下传热管5，将传热管5从左钢管3中拔出；将电缆611与外部电源系统连接，加热装置将温度提升到跃变温度之上，所述记忆合金段62变为直管，沿右钢管4拔出导热管6。将电缆611与外部电源系统断开。分别对传热管5和导热管6进行检修。检修完成后，将传热管5插入到左钢管3内，再将电缆611与外部电源系统连接，所述记忆合金段62变为直管，沿右钢管4将记忆合金段62插入到空心换热体2内，将电缆611与外部电源系统断开，所述记忆合金段62变为弯管，所述记忆合金段62远离硬质段61的一端插入左钢管3内与传热管5连接。所述传热管5与导热管6形成换热管，完成换热管的检修工作。本发明提供的地源热泵灌注桩的结构，导热管插入空心换热体内，在空心换热体内弯曲后与传热管可拆卸连接形成换热管，便于换热管的检修、维护和回收利用。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述加热装置包括加热带621；所述加热带621内埋于记忆合金段62的侧壁内，且螺旋缠绕在记忆合金段62上。结构简单，便于维护。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述记忆合金段62与硬质段61可拆卸连接。便于拆卸记忆合金段62与硬质段61，便于分别检修、维护和回收利用，便于降低使用成本。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述右钢管4向内凸形成定位板41；所述硬质段61的外周面上沿竖直方向开有沟槽612；所述定位板41内嵌于沟槽612时，所述记忆合金段62与传热管5可拆卸连接。如图4所示，安装导热管6时，将定位板41卡入沟槽612内，沿右钢管4将记忆合金段62插入到空心换热体2内，记忆合金段62恢复常温，所述记忆合金段62变为弯管，插入到左钢管3中，与传热管5连接。便于定位，便于控制记忆合金段62与传热管5的连接。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述记忆合金段62的外周面远离硬质段61的一端开有环形槽622；所述传热管5的底部内侧开有容置槽31；所述容置槽31内通过扭力弹簧铰接有卡接板311；所述卡接板311一端的上表面与容置槽31的上表面抵触，另一端插入环形槽622内与记忆合金段62卡接。如图2所示，安装时，先沿右钢管4将记忆合金段62插入到空心换热体2内，记忆合金段62恢复常温，所述记忆合金段62变为弯管，插入到左钢管3内，再沿左钢管3插入传热管5，当卡接板311与记忆合金段62抵触时，所述卡接板311向上旋转进入容置槽31内，所述记忆合金段62插入传热管5内，所述环形槽622与容置槽31连通，所述卡接板311在扭力弹簧的作用下，向下旋转插入到环形槽622内，与记忆合金段62卡接，所述记忆合金段62与传热管5连通。便于记忆合金段62与传热管5的连接，便于传热管5的安装。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述容置槽31沿径向向内凸形成凸台312；所述容置槽31内安装有套筒313；所述套筒313与凸台312卡接，且可沿竖直方向在凸台312上滑动；所述套筒313底部开有缺口；所述卡接板311铰接在缺口内；所述卡接板311一端的上表面与凸台312的下表面抵触，另一端插入环形槽622内与记忆合金段62卡接。如图2所示，初始状态下，所述卡接板311一端插入到环形槽622内，与记忆合金段62卡接，另一端与凸台312抵触。需要检修传热管5时，向上提传热管5，所述凸台312向上滑动，与卡接板311分离。当凸台312滑动至套筒313顶端时，所述套筒313在凸台312的作用下，向上滑动。所述卡接板311向下旋转进入套筒313的缺口内，与记忆合金段62分离，所述传热管5与记忆合金段62分离。沿左钢管3将传热管5拔出。便于传热管5的拆卸。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述左钢管3的底部沿径向向内凸形成支承台32；所述支承台32的上表面开有与传热管5相配合的密封槽321；所述密封槽321内安装有密封胶垫。如图2所示，当传热管5插入到左钢管3底部时，所述传热管5的底端插入到密封槽321内密封。便于提高传热管5的密闭性，便于使用。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述记忆合金段62远离硬质段61的一端设置有锥形穿刺头623；所述锥形穿刺头623插入传热管5内与传热管5连通。便于将记忆合金段62插入到传热管5内。
一种地源热泵灌注桩的施工方法，具有上述的地源热泵灌注桩的结构，包括如下步骤：
S1、根据设计要求，确定基坑的直径和深度、空心换热体2以及左钢管3、右钢管4的长度，将左钢管3、右钢管4固定在空心换热体2顶部，并与空心换热体2连通，制成钢筋笼；
S2、根据步骤S1确定的基坑的直径和深度，在土壤上钻取基坑；
S3、将步骤S1中的钢筋笼放入基坑中，并灌注混凝土，冷却后形成端承桩1；
S4、将电缆611与外部电源系统连接，加热装置将温度提升到达跃变温度之上，记忆合金段62变为直管，将记忆合金段62沿右钢管4插入到空心换热体2内，将电缆611与外部电源系统断开，记忆合金段62变为弯管；向上提导热管6，使记忆合金段62远离硬质段61的一端插入到左钢管3中，将传热管5插入左钢管3中，并与记忆合金段62连通，形成换热管；
S5、将换热管与外界地源热泵系统连通，形成回路，通水检测环路的有效性，完成整体预制地源热泵灌注桩的施工。施工过程简单，便于缩短工期。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：包括端承桩(1)、换热管、以及设置于端承桩(1)内部的钢筋笼；所述钢筋笼包括空心换热体(2)和设置在空心换热体(2)顶部的左、右钢管(3、4)；所述左、右钢管(3、4)均与空心换热体(2)连通，且穿过端承桩(1)与外界连通；所述换热管包括分别内套于左、右钢管(3、4)的传热管(5)和导热管(6)；所述导热管(6)包括硬质段(61)和记忆合金段(62)；所述记忆合金段(62)远离硬质段(61)的一端插入左钢管(3)内与传热管(5)可拆卸连接；所述记忆合金段(62)在常温下为弯管，到达跃变温度之上则为直管，在记忆合金段(62)的内壁设有加热装置；所述硬质段(61)的侧壁内设置有与加热装置连接的电缆(611)；所述电缆(611)与外部电源系统可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述加热装置包括加热带(621)；所述加热带(621)内埋于记忆合金段(62)的侧壁内，且螺旋缠绕在记忆合金段(62)上。
3.根据权利要求1所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述记忆合金段(62)与硬质段(61)可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述右钢管(4)向内凸形成定位板(41)；所述硬质段(61)的外周面上沿竖直方向开有沟槽(612)；所述定位板(41)内嵌于沟槽(612)时，所述记忆合金段(62)与传热管(5)可拆卸连接。
5.根据权利要求1-4其中任一项所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述记忆合金段(62)的外周面远离硬质段(61)的一端开有环形槽(622)；所述传热管(5)的底部内侧开有容置槽(31)；所述容置槽(31)内通过扭力弹簧铰接有卡接板(311)；所述卡接板(311)一端的上表面与容置槽(31)的上表面抵触，另一端插入环形槽(622)内与记忆合金段(62)卡接。
6.根据权利要求5所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述容置槽(31)沿径向向内凸形成凸台(312)；所述容置槽(31)内安装有套筒(313)；所述套筒(313)与凸台(312)卡接，且可沿竖直方向在凸台(312)上滑动；所述套筒(313)底部开有缺口；所述卡接板(311)铰接在缺口内；所述卡接板(311)一端的上表面与凸台(312)的下表面抵触，另一端插入环形槽(622)内与记忆合金段(62)卡接。
7.根据权利要求6所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述左钢管(3)的底部沿径向向内凸形成支承台(32)；所述支承台(32)的上表面开有与传热管(5)相配合的密封槽(321)；所述密封槽(321)内安装有密封胶垫。
8.根据权利要求7所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于：所述记忆合金段(62)远离硬质段(61)的一端设置有锥形穿刺头(623)；所述锥形穿刺头(623)插入传热管(5)内与传热管(5)连通。
9.一种地源热泵灌注桩的施工方法，具有如权利要求1-8任一项所述的地源热泵灌注桩的结构，其特征在于，包括如下步骤：
S1)根据设计要求，确定基坑的直径和深度、空心换热体(2)以及左、右钢管(3、4)的长度，将左、右钢管(3、4)固定在空心换热体(2)顶部，并与空心换热体(2)连通，制成钢筋笼；
S2)根据步骤S1)确定的基坑的直径和深度，在土壤上钻取基坑；
S3)将步骤S1)中的钢筋笼放入基坑中，并灌注混凝土，冷却后形成端承桩(1)；
S4)将电缆(611)与外部电源系统连接，加热装置将温度提升到达跃变温度之上，记忆合金段(62)变为直管，将记忆合金段(62)沿右钢管(4)插入到空心换热体(2)内，将电缆(611)与外部电源系统断开，记忆合金段(62)变为弯管；向上提导热管(6)，使记忆合金段(62)远离硬质段(61)的一端插入到左钢管(3)中，将传热管(5)插入左钢管(3)中，并与记忆合金段(62)连通，形成换热管；
S5)将换热管与外界地源热泵系统连通，形成回路，通水检测环路的有效性，完成整体预制地源热泵灌注桩的施工。
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