CN111074906B - 一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合基坑支护结构和建筑结构的地热采暖系统，包括深水层采暖单元、桩间层采暖单元、建筑层采暖单元和循环管道单元，深水层采暖单元、桩间层采暖单元和建筑层采暖单元均通过循环管道单元与蒸汽机房相连；换热效率高，在建筑桩基础中布设了采暖管，在基坑支护结构布设采暖管，提高了换热面积，同时改变了采热模式，由层流变成絮流，同时提高了导热液体的换热效率；资源利用率高，将临时用的基坑支护结构用以采暖，无须要单独进行钻孔埋设，提高了资源利用率；施工效率高，管体的布设数量和形状都经过设计，占用施工空间少，对建筑影响小，采暖管无须单独钻孔埋设，对建筑地基的扰动较小。

Description

一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑采暖技术领域，尤其涉及一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法。
背景技术
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源电能，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证室内温度的均衡。然而，目前地源热泵埋设的管道一般都是单独施工的，且在施工过程中会对建筑地基产生一定的影响，不利于建筑结构的安全；与此同时，排桩作为深基坑支护的一种常用支护形式，其在建筑基础施工完成后就直接遗留在了地上，资源利用率低。
如中国专利文献公开的一种能源桩及其系统，申请号为CN201310459205，主要包括一桩体以及一设置于所述桩体的内部的换热管，所述桩体设置于地下，所述桩体为由水泥、粉煤灰和碎石组成的复合体，所述换热管在所述桩体内部形成一导热通路，但其存在以下不足：(1)换热效率低，在一根桩体中埋设了多根换热管，但桩体的导热系数有限，因此采暖效率不高；(2)资源利用率低，仅考虑了在桩基础中埋设采暖管，未考虑基坑支护结构在采暖方面的应用；(3)施工效率低，在桩体中埋设了过多的管道，不利于桩体施工。为此，本发明结合基坑支护结构和建筑结构，提出了一种换热效率高、资源利用率低、施工效率低。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，能够在保证原有的建筑功能时，采集利用地下热能。
本发明的第二个目的是提供建立此采暖系统的施工方法。
技术方案：一种结合基坑支护结构和建筑结构的地热采暖系统，包括深水层采暖单元、桩间层采暖单元、建筑层采暖单元和循环管道单元，所述深水层采暖单元、桩间层采暖单元和建筑层采暖单元均通过所述循环管道单元与蒸汽机房相连。
进一步的，所述深水层采暖单元包括深水导热管、导热片和导热液，所述深水导热管纵向埋设在高含水层中，其上端侧壁周围回填有黏土层，所述导热片分布在所述深水导热管位于地下的侧壁上，且包覆在填埋的细沙层中，所述导热液流淌在所述深水导热管的内腔中。
进一步的，所述桩间层采暖单元包括止水层、排桩层和防护层，所述止水层、排桩层和防护层依次由基坑的外侧向内侧分布；所述止水层为掺杂有导热材料的止水帷幕。
进一步的，所述排桩层包括支护桩、U形导热管和连接导管，所述U形导热管纵向分布在所述支护桩的内腔中，其进水端与出水端分别与所述连接导管相连。
进一步的，所述防护层包括导热钢护网、导热锚杆和防护导热管，所述导热锚杆的一端掩埋在所述止水层内，另一端带有套环和倒钩，所述套环套接在所述防护导热管的外壁上，所述倒钩钩住所述导热钢护网使其贴附在所述排桩层的外侧；所述连接导管与所述防护导热管保持连通。
进一步的，所述建筑层采暖单元包括桩基层、墙体层和墙外层，其中，所述桩基层的桩基柱内埋设有U形采暖管，所述墙体层的地下外墙体内呈W形埋设有采热板，所述墙外层的泥土中埋设有环形采暖管。
进一步的，所述循环管道单元包括主管道、引流管和循环水泵，所述引流管设置有若干个，均与所述主管道连接并保持连通，所述循环水泵与所述主管道相连。
进一步的，所述深水导热管、U形导热管、防护导热管、U形采暖管和环形采暖管均设置有扰流板，各管道及所述采热板各自与所述引流管相连。
进一步的，所述引流管位于所述主管道的一端安装有控制阀，而所述主管道的外侧壁上设置有保温层。
本发明采用上述采暖系统进行施工的方法，包括以下施工步骤：
S1：地质勘察，设计合理的采暖系统方案；
S2：挖掘施工，形成止水帷幕；
S3：旋挖钻孔，包括支护桩钻孔，高采热钻孔和建筑桩基钻孔；
S4：排布管道，将深水导热管、U形导热管和U形采暖管固定在编织的钢筋笼内；
S5：钻孔回填，先向钻孔内下放带有导热管的钢筋笼，再回填混凝土；
S6：开挖基坑与桩间土加固交替进行；
S7：施工地下连接墙，在地下外墙体内呈W形埋设所述采热板，在墙间的泥土中埋设所述环形采暖管；
S8：将各级导管与所述引流管相连，再将所述引流管与所述主管道相连，最后将所述主管道与蒸汽机房相连；
S9：管道连接完成后，回填泥土及混凝土，启动各级所述控制阀，再启动所述循环水泵进行热能采集利用。
本发明的有益效果：
(1)换热效率高，不仅在建筑桩基础中布设了采暖管，同时在基坑支护结构布设采暖管，提高了换热面积，同时改变了采热模式，由层流变成絮流，同时提高了导热液体的换热效率。
(2)资源利用率高，将临时用的基坑支护结构用以采暖，无须要单独进行钻孔埋设，提高了资源利用率。
(3)施工效率高，管体的布设数量和形状都经过设计，占用施工空间少。
(4)对建筑影响小，采暖管无须单独钻孔埋设，对建筑地基的扰动较小。为此，本发明结合基坑支护结构和建筑结构，提出了一种换热效率高、资源利用率低、施工效率低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统的场景结构示意图。
图2为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的深水层采暖单元结构示意图。
图3为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的排桩层连接结构示意图。
图4为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的桩间层采暖单元结构示意图。
图5为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的桩基层安装结构示意图。
图6为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的墙外层安装结构示意图。
图7为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统及其施工方法的墙体层安装结构示意图。
图8为本发明结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统的整体连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
参照图1～8，为本发明第一个实施例，提供了一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，包括深水层采暖单元1、桩间层采暖单元2、建筑层采暖单元3和循环管道单元4，深水层采暖单元1、桩间层采暖单元2和建筑层采暖单元3均通过循环管道单元4与蒸汽机房相连。
具体的，深水层采暖单元1包括深水导热管11、导热片12和导热液13，深水导热管11纵向埋设在高含水层中，其上端侧壁周围回填有黏土层，导热片12分布在深水导热管11位于地下的侧壁上，且包覆在填埋的细沙层中，导热液13流淌在深水导热管11的内腔中；桩间层采暖单元2包括止水层21、排桩层22和防护层23，止水层21、排桩层22和防护层23依次由基坑的外侧向内侧分布；止水层21为掺杂有导热材料的止水帷幕；排桩层22包括支护桩22a、U形导热管22b和连接导管22c，U形导热管22b纵向分布在支护桩22a的内腔中，其进水端与出水端分别与连接导管22c相连。
进一步的，防护层23包括导热钢护网23a、导热锚杆23b和防护导热管23c，导热锚杆23b的一端掩埋在止水层21内，另一端带有套环和倒钩，套环套接在防护导热管23c的外壁上，倒钩钩住导热钢护网23a使其贴附在排桩层22的外侧；连接导管22c与防护导热管23c保持连通。
建筑层采暖单元3包括桩基层31、墙体层32和墙外层33，其中，桩基层31的桩基柱内埋设有U形采暖管31a，墙体层32的地下外墙体内呈W形埋设有采热板32a，墙外层33的泥土中埋设有环形采暖管33a；循环管道单元4包括主管道41、引流管42和循环水泵43，引流管42设置有若干个，均与主管道41连接并保持连通，循环水泵43与主管道41相连；深水导热管11、U形导热管22b、防护导热管23c、U形采暖管31a和环形采暖管33a均设置有扰流板A，各管道及所述采热板32a各自与所述引流管42相连；引流管42位于主管道41的一端安装有控制阀42a，而主管道41的外侧壁上设置有保温层。
其中，结合图1，深水层采暖单元1位于基坑的周边，深入地底层，从地下高含水地层中吸取热量，而桩间层采暖单元2则为基坑周边地层及泥土层中热量的吸取，建筑层采暖单元3在基坑内，吸取墙体周边的热量，循环管道4则用于将各单元内的热量进行汇集，并进行传递使用和转化。
进一步的，结合附图2，深水导热管11整体呈U形，目的在于使得进出水能够循环使用，而U形设计增加了管体位于地层中的长度，提高换热的效果，U形底部位于高含水层的地层中，在U形深水导热管11的外壁上分布有导热片12，导热片12均匀分布，用于增大深水导热管11与高含水层的整体接触面，从而使得深水导热管11能够在单位时间内获取更多的热量；结合附图4，止水层21为掺杂有导热材料的止水帷幕，目的不仅在于桩间土的防护及隔水，而且用于提高止水层21的导热性，配合排桩层22和防护层23使用，提高桩间层采热单元2的采热能力；排桩层22中支护桩22a用于支撑防护基坑边缘的地层，避免地层塌陷，结合附图3，U形导热管22b分布在支护桩22a的内腔中，U形底部位于支护桩22a的内腔底部，U形导热管22b顶部的进水端和出水端与两根连接导管22c对应设置，用于U形导热管22b实现进出水的循环，需要说明的是，U形导热管22b不平行于支护断面且错位设置，目的在于避免桩提的剪切破坏。
而在防护层23中，导热钢护网23a由导热锚杆23b固定在排桩层22的外侧，导热锚杆23b带有倒钩的一端钩在导热钢护网23a上，另一端穿过相邻支护桩22a之间的间距插入止水层21内，导热钢护网23a固定后，向导热钢护网23a形成墙面喷涂导热砂浆，即增加整体的导热性能，也能防止桩间土体的下落；防护导热管23位于导热锚杆23b的端部，地层中的热量经导热钢护网23a和导热锚杆23b向防护导热管23c中汇聚，防护导热管23c内流动有水或导热液，将管体上的热量传递并带走。
结合附图5，桩基层31中，由于桩基一般较深，沿桩基内埋设U形采暖管31a用于采集地下的热量，在U形采暖管31a的底部设置有增大的金属圆头，用于提高底部的接触面，强化采暖效果，而桩基本身对U形采暖管31a具有良好的防护效果；结合附图7，墙体层32中，在位于低地层的墙体内，安装采热板32a，为增大采热板32a与墙面的接触面积，将采热板32a整体呈W形分布，并通过在其端部与引流管42的侧壁相连；结合附图6，墙外层33，位于建筑墙体外侧的土层内，呈螺旋式环绕在建筑外侧，埋设环形采暖管33a，环形采暖管33a的两端分别与引流管42相连通。
结合附图8，循环管道单元4中，主管道41与各引流管42相连，引流管42用于将各采暖单元中的热量进行传递引导至主管道41中，主管道41通向热能转换机房，且在主管道41和引流管42的外侧设置保温层，循环水泵43为整个采暖系统管道的动力来源，驱动管道内的水流动实现循环；而在各管道内设置扰流板A的目的在于，延长水在管道内流动的路径，从而延长换热的时间，需要说明的是，在引流管42及主管道41内未设置，目的在于避免在管内水流动输送过程中热能散失；在引流管42端部设置控制阀42a的目的在于使得各采暖单元独立且可控，在任一采暖单元损坏时可关闭使用，从而不影响其他采暖单元的正常工作。
实施例2
参照图1～8，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：
本发明采用上述采暖系统进行施工的方法，包括以下施工步骤：
S1：地质勘查，设计合理的采暖系统方案；
S2：挖掘施工，形成止水帷幕；
S3：旋挖钻孔，包括支护桩钻孔，高采热钻孔和建筑桩基钻孔；
S4：排布管道，将深水导热管11、U形导热管22b和U形采暖管31a固定在编织的钢筋笼内；
S5：钻孔回填，先向钻孔内下放带有导热管的钢筋笼，再回填混凝土；
S6：开挖基坑与桩间土加固交替进行；
S7：施工地下连接墙，在地下外墙体内呈W形埋设采热板32a，在墙间的泥土中埋设环形采暖管33a；
S8：将各级导管与引流管42相连，再将引流管42与主管道41相连，最后将主管道41与蒸汽机房相连；
S9：管道连接完成后，回填泥土及混凝土，启动各级控制阀42a，再启动循环水泵43进行热能采集利用。
其中，采暖系统方案设计以勘查地层的地热值为依据；在施工形成止水帷幕前，需确定基坑的施工范围；旋挖钻孔时，确定好支护桩22a的数量及深度，以及相邻支护桩22a之间的间距，高采热管钻孔和建筑桩基钻孔的深度及位置；向钻孔内下放编织好且带有各导热管的钢筋笼，至钻孔的底部，放置稳定后，使得各导热管的端部位于钻孔之上，回填混凝土，其中，混凝土中可添加导热材料，以提高保温和热能转换的效率；其中需要说明的是，深水层采暖单元1铺设时，先钻孔，然后埋置深水导热管11，然后在钻孔的底部换填细沙，而在钻孔顶部段回填黏土，以防止地下水的涌出；而在基坑挖掘中，随挖掘深度的增加，对桩基和支护桩22a分别进行加固，形成基坑主体结构后，再进行建筑的施工，并伴随着建筑层采暖单元3中桩基层31、墙体层32和墙外层33间采暖部件的安装，随着建筑的成形，通过引流管42和主管道41连接各采暖单元的采热管道，使其形成完整的且可循环的采暖系统。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：包括深水层采暖单元(1)、桩间层采暖单元(2)、建筑层采暖单元(3)和循环管道单元(4)，所述深水层采暖单元(1)、桩间层采暖单元(2)和建筑层采暖单元(3)均通过所述循环管道单元(4)与蒸汽机房相连；
所述桩间层采暖单元(2)包括止水层(21)、排桩层(22)和防护层(23)，所述止水层(21)、排桩层(22)和防护层(23)依次由基坑的外侧向内侧分布；
所述止水层(21)为掺杂有导热材料的止水帷幕；
所述建筑层采暖单元(3)包括桩基层(31)、墙体层(32)和墙外层(33)，其中，所述桩基层(31)的桩基柱内埋设有U形采暖管(31a)，所述墙体层(32)的地下外墙体内呈W形埋设有采热板(32a)，所述墙外层(33)的泥土中埋设有环形采暖管(33a)。
2.如权利要求1所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述深水层采暖单元(1)包括深水导热管(11)、导热片(12)和导热液(13)，所述深水导热管(11)纵向埋设在高含水层中，其上端侧壁周围回填有黏土层，所述导热片(12)分布在所述深水导热管(11)位于地下的侧壁上，且包覆在填埋的细沙层中，所述导热液(13)流淌在所述深水导热管(11)的内腔中。
3.如权利要求2所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述排桩层(22)包括支护桩(22a)、U形导热管(22b)和连接导管(22c)，所述U形导热管(22b)纵向分布在所述支护桩(22a)的内腔中，且其分布平面与基坑外侧不平行，其进水端与出水端分别与所述连接导管(22c)相连。
4.如权利要求3所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述防护层(23)包括导热钢护网(23a)、导热锚杆(23b)和防护导热管(23c)，所述导热锚杆(23b)的一端掩埋在所述止水层(21)内，另一端带有套环和倒钩，所述套环套接在所述防护导热管(23c)的外壁上，所述倒钩钩住所述导热钢护网(23a)使其贴附在所述排桩层(22)的外侧；
所述连接导管(22c)与所述防护导热管(23c)保持连通。
5.如权利要求4所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述循环管道单元(4)包括主管道(41)、引流管(42)和循环水泵(43)，所述引流管(42)设置有若干个，均与所述主管道(41)连接并保持连通，所述循环水泵(43)与所述主管道(41)相连。
6.如权利要求5所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述深水导热管(11)、U形导热管(22b)、防护导热管(23c)、U形采暖管(31a)和环形采暖管(33a)均设置有扰流板(A)，各管道及所述采热板(32a)各自与所述引流管(42)相连。
7.如权利要求6所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，其特征在于：所述引流管(42)连接所述主管道(41)的一端安装有控制阀(42a)，而所述主管道(41)的外侧壁上设置有保温层。
8.一种结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统的施工方法，其特征在于：采用上述权利要求7所述的结合基坑支护结构和建筑结构的采暖系统，包括以下施工步骤：
S1：地质勘察，设计合理的采暖系统方案；
S2：挖掘施工，形成止水帷幕；
S3：旋挖钻孔，包括支护桩钻孔，高采热钻孔和建筑桩基钻孔；
S4：排布管道，将所述深水导热管(11)、U形导热管(22b)和U形采暖管(31a)固定在编织的钢筋笼内；
S5：钻孔回填，先向钻孔内下放带有导热管的钢筋笼，再回填混凝土；
S6：开挖基坑与桩间土加固交替进行；
S7：施工地下连接墙，在地下外墙体内呈W形埋设所述采热板(32a)，在墙间的泥土中埋设所述环形采暖管(33a)；
S8：将各级导管与所述引流管(42)相连，再将所述引流管(42)与所述主管道(41)相连，最后将所述主管道(41)与蒸汽机房相连；
S9：管道连接完成后，回填泥土及混凝土，启动各级所述控制阀(42a)，再启动所述循环水泵(43)进行热能采集利用。
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