CN111076452A - 一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，包括设于地面上的供能管道、地源热泵机组及蓄水池，设于地面下的连通管道、热交换管、水管、U型浸泡管、综合管廊管体；所述连通管道一侧连接于地源热泵机组，另一侧连接于预制竖向板下端；所述水管一侧连接于蓄水池，另一侧穿过连通管道并分为若干支线伸入预制空心排桩桩体内腔；所述热交换管一侧连接于地源热泵机组，另一侧穿过连通管道并分为若干支线伸入预制空心排桩桩体内腔与U型浸泡管连接。本发明充分利用了综合管廊与空心管桩的内部空间，方便了地热系统管线的管理与维修，降低了工程的开挖与建设成本，对实现综合管廊的高效利用以及清洁能源的循环使用具有重要意义。

Description

一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统
技术领域
本发明属于土木工程与能源工程技术领域中，具体涉及一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统。
背景技术
综合管廊，全称为地下城市管道综合走廊，本质是指在城市道路下方建造一个市政共用隧道，将电力、通信、供水、燃气等多种市政管线集中在一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源的共享。同时，综合管廊设置了检修通道，监测系统等，可以节约大笔的后续检修维护费用，长期来看具有很好的经济效益。
地源换热系统作为一套清洁的能源利用系统，能够有效的利用浅层地热能制热和制冷，从而达到降低能耗和保护环境的目的，目前正被广泛推广应用。目前，我国地源换热的利用形式主要有土壤源热泵、地下水水源热泵、地表水水源热泵、复合系统等多种利用形式。随着近年来中国水资源和环境政策的限制，同时鉴于土壤源热泵的闭式环路特点，其对环境基本不造成影响，土壤源热泵呈快速发展的趋势。
土壤源热泵多通过钻孔埋管形成地下闭合环路进行换热，但是埋置在土体内部的管线在管理与维修方面存在很大难度。同时，土壤源热泵管线与其他城市管道线的埋置与管理往往独立进行，缺乏秩序，道路的反复开挖不仅对原有管线造成了一定的破坏，也提高了工程的成本。相应地，本领域存在着发展一种易于管理与维修的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的技术需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，将布设于地下预制底板下的空心排桩与地源热泵相结合，以满足地面用户供暖供冷的要求，避免了土体的二次开挖，有效减少了空心排桩的必要长度，同时方便了热交换管的检修，具有较好的应用条件，对充分利用地下综合管廊空间及提高清洁能源使用率具有重要意义。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，包括设于地面上的供能管道、地源热泵机组及蓄水池，设于地面下的连通管道、热交换管、水管、U型浸泡管、综合管廊管体。
所述预制综合管廊包括预制顶板、预制竖向板、预制底板以及预制空心排桩；所述供能管道一侧连接于所述地源热泵机组，另一侧连接于用户；所述连通管道一侧连接于所述地源热泵机组，另一侧连接于所述预制竖向板下端；所述预制空心排桩桩顶连接于所述预制底板；所述水管一侧连接所述蓄水池，另一侧穿过所述连通管道并铺设于所述预制底板并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩桩体内腔；所述热交换管一侧连接于所述地源热泵机组，所述热交换管另一侧穿过连通管道并铺设于所述预制底板并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩桩体内腔并与U型浸泡管连接。
进一步地，所述综合管廊为综合预制叠合管廊，所述预制底板预留圆形孔洞，圆形孔洞沿着综合管廊走向等距布置；所述预制空心排桩顶端设有凹槽，所述预制空心排桩的外径等于所述预制底板预留圆形孔洞外径，所述预制空心排桩与所述预制底板预制叠合使得所述预制空心排桩桩顶与所述预制底板表面齐平；所述预制竖向板下端预留方形孔洞。
进一步地，施工时所述预制底板下铺设有垫层，所述垫层预留与所述预制底板及所述预制空心排桩同样大小的圆形孔洞。
进一步地，所述连通管道的截面尺寸略小于所述预制竖向板下端预留方形孔洞截面尺寸，所述连通管道一端固定于所述预制竖向板下端预留方形孔洞；所述连通管道的施工于综合管廊土体回填前进行。
进一步地，所述连通管道的施工于综合管廊土体回填前进行。
进一步地，所述预制空心排桩内腔中的水由蓄水池通过水管注入。
进一步地，地源热泵机组包括蓄水箱和出水箱，出水箱的一侧接口连接于所述供能管道的出水口，另一侧接口连接于所述热交换管的进水口，蓄水箱一侧接口连接于所述供能管道的进水口，另一侧接口连接于所述热交换管的出水口。所述热交换管的进水管与出水管同时穿过连通管道铺设于所述预制底板上并各自形成分支，通过所述预制空心排桩中的所述U型浸泡管将所述热交换管的进水管与出水管进行连接，形成完整的回路。
进一步地，所述预制空心排桩上设有空心排桩桩盖，桩盖由两块呈对称结构的构件组成，拼合后整个桩盖为扁平圆柱体型，所述预制空心排桩桩盖直径与空心排桩凹槽直径相契合；桩盖中间开有三个圆形孔用于热交换管与水管通过，桩盖边缘开有两个圆形小孔用于提升或放置桩盖。
进一步地，铺设于所述预制底板的所述热交换管与所述水管套有管线管套，所述管线管套呈C字型；若干所述管线管套可以进行搭接；所述管线管套前后共两个搭接面，一侧搭接面呈凸起状，另一侧搭接面呈凹入状，一个所述管线管套的凸起搭接面与相邻所述管线管套的凹入搭接面连接，两个所述管线管套的凸起部分与凹入部分相契合。
进一步地，所述预制竖向板下端圆形孔洞与所述连通管道连接处空隙可选用橡胶材料、止水带等进行防水处理。
本发明的有益效果是：
1.热交换管通过空心排桩内腔中的水体进行热量交换，与在实心排桩中埋置热交换管相比，相比节约了排桩的材料费用。
2.热交换管贯穿连通管道、综合管廊管体及空心排桩内腔中，不直接与土体接触，方便了热交换管的管理与维修，避免了土体的开挖。
3.地源热泵在使用时要求热交换管埋置在地面以下一定深度，单独使用空心排桩需提高空心排桩的长度以达到深度的要求，通过使用装配有预制空心排桩的预制综合管廊，有效地利用了综合管廊自身已处于地面以下一定深度的特点，降低了空心排桩的长度，节约了空心排桩的建设成本。
4.所述地热系统在工程建设中操作简单，机动性好，实用性高，借助综合管廊的发展可进一步推广使用。
附图说明
图1为本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的使用状态示意图；
图2为图1中的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的热交换管与水管的布置示意图；
图3为图1中的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的预制底板与预制空心排桩装配的示意图；
图4为图1中的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的预制竖向板与连通管道装配的示意图；
图5为本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的空心排桩及空心排桩桩盖示意图；
图6为本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的热交换管、水管与管线管套示意图；
图7为本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统的管线管套示意图。
附图标记列表：
1-供能管道，2-地源热泵机组，3-蓄水池，4-连通管道，5-热交换管，6-水管、7-预制底板，8-预制竖向板，9-空心排桩，10-垫层，11-管线管套，12-空心排桩桩盖，13-U型浸泡管，14-预制顶板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-图4所示，本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，包括设于地面上的供能管道1、地源热泵机组2及蓄水池3，设于地面下的连通管道4、热交换管5、水管6、预制综合管廊。所述预制综合管廊包括预制顶板14、预制竖向板8、预制底板7以及预制空心排桩9；所述供能管道1一侧连接于所述地源热泵机组2，另一侧连接于用户；所述连通管道4一侧连接于所述地源热泵机组2，另一侧连接于所述预制竖向板8下端；所述预制空心排桩9桩顶连接于所述预制底板7；所述水管6一侧连接于所述蓄水池3，穿过所述连通管道4并铺设于所述综合管廊管体预制底板7并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩9桩体内腔；所述热交换管5一侧连接于所述地源热泵机组2，所述热交换管5穿过连通管道4并铺设于所述预制底板7并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩9桩体内腔并与所述U型浸泡管13连接。
本发明中，所述地源热泵机组2包括蓄水箱和出水箱，将出水箱的一侧接口与所述供能管道1的出水口连接，另一侧接口与所述热交换管5的进水口连接，将蓄水箱一侧接口与所述供能管道1的进水口连接，另一侧接口与所述热交换管5的出水口连接。所述热交换管5的水管6（包括进水管与出水管）同时穿过连通管道4铺设于所述预制底板7上并各自形成分支，通过所述预制空心排桩9中的所述U型浸泡管将所述热交换管5的水管6（包括进水管与出水管）进行连接，形成完整的回路。
如图5所示，本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，所述预制空心排桩9顶端开有高度为H的凹槽，开有凹槽部分的桩体外半径为R3，内半径为R1，凹槽以下桩体的外半径为R2，内半径为R1，所述预制空心排桩9配有所述预制空心排桩桩盖12，桩盖由两块呈对称结构的构件组成，拼合后整个桩盖为扁平圆柱体型，圆柱体直径为R2，与空心排桩9凹槽相契合，同时，桩盖中间开有三个圆形孔用于热交换管5与水管6通过，桩盖边缘开有两个圆形小孔用于提升或放置桩盖。
如图6与图7所示，本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，铺设于所述预制底板7的所述热交换管5与所述水管6套有管线管套11，所述管线管套11呈C字型；若干所述管线管套11可以进行搭接；所述管线管套11前后共两个搭接面，一侧搭接面呈凸起状，另一侧搭接面呈凹入状，一个所述管线管套11的凸起搭接面与相邻所述管线管套11的凹入搭接面连接，两个所述管线管套11的凸起部分与凹入部分相契合。
工程实施时，在场地内首先铺设垫层10并在所述预制底板7及预制空心排桩9位置预留孔洞，孔洞大小与所述预制底板7预留孔洞及预制空心排桩9大小一致。同时在预留孔洞位置处进行开挖，开挖深度与预制空心排桩9高度一致。对所述预制底板7与预制空心排桩9进行预制装配，装配完毕后吊装至所述垫层10之上，确保预制空心排桩穿过所述垫层10预留孔洞并进入开挖孔中。所述预制底板7施工结束后对所述预制竖向板8进行安装，并将连通管道4的一端与所述预制竖向板8下端预留孔洞进行连接，采用橡胶材料与止水带进行防水处理。所述预制竖向板安装完毕后对所述预制顶板14进行安装。待所述综合管廊与所述连通管道4施工完毕后，采用土将施工场地填平以完成整个施工。施工结束后可打开所述蓄水池3的阀门，通过所述水管6进行排水，将所述预制空心排桩9的内腔中充满水。为防止管线维修人员踩空掉入所述预制空心排桩9内，所述热交换管5与水管6布置完毕后需盖上所述预制空心排桩桩盖12。为放置铺设于所述预制底板7上的所述热交换管5遭破坏，在所述热交换管5铺设完毕后需盖上所述管线管套11
所述地热系统主要在夏季与冬季运行。在夏季，所述供能管道1中的水从用户室内环境吸收热量并进入所述地源热泵系统中的出水箱，然后通过所述热交换管5的进水口穿过连通管道4进入铺设于所述预制底板7下的所述预制空心排桩9内的U型浸泡管的进水口中，U型浸泡管中水的热量传输给所述预制空心排桩9中的水，然后通过所述预制空心排桩9桩体传导到周围的土壤中实现热量的消散，从U型浸泡管出水口出来的水经所述地源热泵系统提升后进入所述地源热泵系统的蓄水箱，然后通过所述供能管道1的进水口进入所述供能管道1，如此实现循环。在冬季，所述预制空心排桩9内腔中的水从桩体周围的土壤中吸收高热量，所述U型浸泡管内的水再从所述预制空心排桩9内腔中的水中吸收热量，从U型浸泡管出水口出来的具有高热量的水经所述地源热泵系统提升后进入所述地源热泵系统的蓄水箱，然后通过所述供能管道1的进水口进入所述供能管道1，于用户的室内环境中释放热量，释放热量后低热量的水再通过所述供能管道1的出水口进入所述地源热泵系统中的出水箱，然后通过所述热交换管5的进水口穿过连通管道4进入铺设于所述预制底板7下的所述预制空心排桩9内的U型浸泡管的进水口中，如此实现循环。
本发明提供的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其将预制底板7与预制空心排桩9进行装配，结合预制竖向板8及预制顶板14共同装配为预制综合管廊。在预制竖向板8下端开口并连接连通管道4，使得地下综合管廊与地面地源热泵机组2及蓄水池3连接形成完整的地上-地下通路，将热交换管5穿过连通管道4并铺设于预制底板7后浸泡于空心排桩9内腔的水体中，由此利用土壤作为热源或冷源为用户提供可持续的清洁能源，减小了热交换管5的管理与维修难度，降低了桩体的建设成本，对综合管廊空间的充分利用以及清洁能源的进一步发展有着重要意义。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：
所述地热系统包括设于地面上的供能管道（1）、地源热泵机组（2）及蓄水池（3），设于地面下的连通管道（4）、热交换管（5）、水管（6）、U型浸泡管（13）、综合管廊管体；
所述综合管廊管体包括预制顶板（14）、预制竖向板（8）、预制底板（7）以及预制空心排桩（9）；所述供能管道（1）一侧连接于所述地源热泵机组（2），另一侧连接于用户；所述连通管道（4）一侧连接于所述地源热泵机组（2），另一侧连接于所述预制竖向板（8）下端；所述预制空心排桩（9）桩顶连接于所述预制底板（7）；所述水管（6）一侧连接于所述蓄水池（3），另一侧穿过所述连通管道（4）并铺设于所述预制底板（7）并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩（9）桩体内腔；所述热交换管（5）一侧连接于所述地源热泵机组（2），所述热交换管（5）另一侧穿过连通管道（4）并铺设于所述预制底板（7）并分为若干支线，各支线分别伸入所述预制空心排桩（9）桩体内腔并与U型浸泡管（13）连接。
2.如权利要求1所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：所述综合管廊为预制综合叠合管廊，所述预制底板（7）预留圆形孔洞，圆形孔洞沿着综合管廊走向等距布置；所述预制空心排桩（9）顶端设有凹槽，所述预制空心排桩（9）的外径等于所述预制底板（7）预留圆形孔洞外径，所述预制空心排桩（9）与所述预制底板（7）预制叠合使得所述预制空心排桩（9）桩顶与所述预制底板（7）表面齐平；所述预制竖向板（8）下端预留方形孔洞。
3.如权利要求1-2任一项所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：所述垫层（10）预留与所述预制底板（7）及所述预制空心排桩同样大小的圆形孔洞。
4.如权利要求1-2任一项所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：所述连通管道（4）的截面尺寸略小于所述预制竖向板（8）下端预留方形孔洞截面尺寸，所述连通管道（4）一端固定于所述预制竖向板（8）下端预留方形孔洞；所述连通管道（4）的施工于综合管廊土体回填前进行。
5.如权利要求2所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：所述预制空心排桩（9）上设有预制空心排桩桩盖（13），所述预制空心排桩桩盖（13）由两块呈对称结构的构件组成，拼合后整个桩盖为扁平圆柱体型，所述预制空心排桩桩盖（13）直径与空心排桩（9）凹槽直径相契合；桩盖中间开有三个圆形孔用于热交换管与水管通过，桩盖边缘开有两个圆形小孔用于提升或放置桩盖。
6.如权利要求1所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：铺设于所述预制底板（7）的所述热交换管（5）与所述水管（6）套有管线管套（11），所述管线管套（11）呈C字型；若干所述管线管套（11）可以进行搭接；所述管线管套（11）前后共两个搭接面，一侧搭接面呈凸起状，另一侧搭接面呈凹入状，一个所述管线管套（11）的凸起搭接面与相邻所述管线管套（11）的凹入搭接面连接，两个所述管线管套（11）的凸起部分与凹入部分相契合。
7.如权利要求1-2任一项所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：所述预制空心排桩（9）内腔中的水由蓄水池（3）通过水管（6）注入。
8.如权利要求1所述的基于地下预制综合管廊的空心排桩地源换热系统，其特征在于：地源热泵机组（2）包括蓄水箱和出水箱，出水箱的一侧接口连接于所述供能管道（1）的出水口，另一侧接口连接于所述热交换管（5）的进水口，蓄水箱一侧接口连接于所述供能管道（1）的进水口，另一侧接口连接于所述热交换管（5）的出水口；所述热交换管（5）的水管（6）穿过连通管道（4）铺设于所述预制底板（7）上并各自形成分支，通过所述预制空心排桩（9）中的所述U型浸泡管将所述热交换管（5）的水管（6）进行连接，形成完整的回路。
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