CN111189243B - 一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，属于地源热泵及桩基础技术领域；包括内部埋设竖直放置的U型导热管和钢筋笼的钢筋混凝土桩体、水平插入两端开口的套管内的石墨棒以及内部填充土壤热源汇集液的土壤热源汇集管；所述U型导热管上设置U型导热管预留孔，内部填充导热液，通过钢丝绑扎固定在钢筋笼上；所述土壤热源汇集管上设置土壤热源汇集管预留孔；所述石墨棒与套管合为一体，一端插入U型导热管预留孔中，另一端插入土壤热源汇集管预留孔内，石墨棒与套管通过钢丝绑扎固定在钢筋笼上。本发明增加了钢筋混凝土桩体的汇热范围，提高了桩体的导热率，制作成本低、工艺简单、易施工、施工周期短、能够节能减排。

Description

一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩
技术领域
本发明涉及地源热泵及桩基础技术领域，尤其是一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩。
背景技术
目前，能量桩是一种新型桩埋管地源热泵技术，通过桩体内部埋置热交换管，利用热交换管中流体与钢筋混凝土桩体再与周围土体的温差进行热交换，实现低温位热能向高温位转移，从而获取地热能。我国建筑物基础主要是采用钻孔灌注桩，桩体作为热交换和热传导的主体，需要其具有较好的热量储存能力和热传输性能，传统的能量桩桩身采用混凝土、碎石、钢材等，虽然钢桩具有良好的导热性能，但是其造价很高，然而碎石、混凝土桩的导热和储热性能一般。
能量桩采用钻孔灌注桩的施工方法，先钻孔然后将钢筋笼和导热管绑扎，沉入桩孔内，再浇筑混凝土形成桩体，这样能量桩钢筋混凝土桩体与土体的接触范围很受限制，土体的汇热范围较少，土体传到桩体的热量也比较少。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，是为了克服当前传统能量桩的热传导率低的缺陷，能够解决土体汇热范围小的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于，包括内部埋设U型导热管和钢筋笼的钢筋混凝土桩体、水平插入两端开口的套管内的石墨棒以及内部填充土壤热源汇集液的土壤热源汇集管；所述U型导热管上设置U型导热管预留孔，内部填充导热液，通过绑扎钢丝绑扎固定在钢筋笼上；所述土壤热源汇集管上设置土壤热源汇集管预留孔；所述石墨棒与套管合为一体，一端插入U型导热管预留孔中，另一端插入土壤热源汇集管预留孔内，石墨棒与套管通过绑扎钢丝绑扎固定在钢筋笼上；石墨棒长度大于套管长度，石墨棒一端与导热液接触，另一端与土壤热源汇集液接触；套管与U型导热管和土壤热源汇集管的接口处焊接密封。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述钢筋混凝土桩体为圆柱体，直径为600～1500mm，长度为10～30m；内部设置一根或两根U型导热管；内部还设置包括若干个竖向钢筋并竖直放置的钢筋笼。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述U型导热管选用PVC材料的U型圆柱管，直径为10～30mm，壁厚为1～3mm，U型口的距离为200～1000mm，U型导热管底部到钢筋混凝土桩体最底端的间距为1.5～3m；所述U型导热管与进液口和出液口连接处设置转接头。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述导热液为水或油。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述石墨棒水平布置，其直径为10～60mm，长度为60～200mm，石墨棒在钢筋混凝土桩体埋深方向上4m到U型导热管弯曲处每延米布置8～12根；石墨棒一端伸进土壤热源汇集管中，另一端伸进U型导热管中。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述套管采用PVC管材或钢皮管，直径为15～65mm，长度为50～190mm，壁厚为1～2mm，数量与石墨棒的数量一致。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述土壤热源汇集管采用PVC管材或钢皮管，底部为敞口，直径为60～120mm，长度为10～30m，壁厚为1～2mm。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述土壤热源汇集液为砂水混合物。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述土壤热源汇集管预留孔与U型导热管预留孔的大小、数量一致，与对应的石墨棒和套管的数量一致，孔的大小与套管的直径相匹配。
本发明技术方案的进一步改进在于：当采用一根U型导热管时，在其两侧对称布置两根土壤热源汇集管；当采用两根U型导热管时，在其四侧对称布置四根土壤热源汇集管。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明采用石墨棒点导热，通过土壤热源汇集管与石墨棒、套管三者相连，利用石墨棒高导热性将钢筋混凝土桩体内部的热量通过点传热的方式传到土体中，增加钢筋混凝土桩体与土体的汇热范围，使钢筋混凝土桩体与土体之间的热交换更加充分，减少了热能损失，解决了传统能量桩的地热资源利用低的问题。
2、本发明中设置留有预留孔的土壤热源汇集管，土壤热源汇集管中填充有土壤热源汇集液，土壤热源汇集管增加了与土体的接触面积，增加了钢筋混凝土桩体的汇热范围，提高了桩体的导热率，提高了能量桩的地热资源利用率，有效的保证了房间的温度。
3、本发明使用的材料价格低廉、制作成本低，工艺操作简单、易施工、周期短、能够节能减排。
附图说明
图1是本发明结构剖面示意图；
图2是本发明中设置两根U型导热管的结构顶面示意图；
图3是本发明中设置一根U型导热管的结构顶面示意图；
图4是本发明中设置一根U型导热管的另一种结构顶面示意图；
图5是本发明结构剖面详图；
图6是本发明结构顶面详图；
图7是本发明U型导热管预留孔、土壤热源汇集管预留孔详图。
其中，1、土体，2、钢筋混凝土桩体，3、钢筋笼，4、石墨棒，5、U型导热管，6、土壤热源汇集管，7、套管，8、进液口，9、出液口，10、导热液，11、土壤热源汇集液，12、绑扎钢丝，13、土壤热源汇集孔，14、地暖管，15、土壤热源汇集管预留孔，16、U型导热管预留孔。
具体实施方式
下面结合图1～7及具体的实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1～7所示，一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，包括内部埋设竖向放置的U型导热管5和钢筋笼3的钢筋混凝土桩体2、水平插入两端开口的套管7内的石墨棒4以及内部填充土壤热源汇集液11的土壤热源汇集管6；所述U型导热管5上设置U型导热管预留孔16，内部填充导热液10，通过绑扎钢丝绑扎固定在钢筋笼3上；所述土壤热源汇集管6上设置土壤热源汇集管预留孔15；所述石墨棒4与套管7合为一体，一端插入U型导热管预留孔16中，另一端插入土壤热源汇集管预留孔15内，石墨棒4与套管7通过绑扎钢丝绑扎固定在钢筋笼3上；石墨棒4长度大于套管7长度，石墨棒4一端与导热液10接触，另一端与土壤热源汇集液11接触；套管7与U型导热管5和土壤热源汇集管6的接口处焊接密封。为了防止导热液10及土壤热源汇集液11的相互流动，在石墨棒4伸进U型导热管5和土壤热源汇集管6的接口处采取密封措施。土体1是指钢筋混凝土桩体2和土壤热源汇集管6接触的土壤。
所述钢筋混凝土桩体2为圆柱体，直径为600～1500mm，长度为10～30m；内部设置一根或两根U型导热管5；内部还设置包括若干个竖向钢筋并竖直放置的钢筋笼3；如图3、图4所示，设置一根U型导热管5时，可以利用钢筋笼3中任意2根钢筋绑扎固定；如图2所示，当设置两根U型导热管5时，可以利用钢筋笼3中任意4根钢筋绑扎固定，若干个钢筋相互之间固定联接成钢筋笼3。
所述U型导热管5选用PVC材料的U型圆柱管，直径为10～30mm，壁厚为1～3mm，U型口的距离为200～1000mm，U型导热管5底部到钢筋混凝土桩体2最底端的间距为1.5～3m；所述U型导热管5与进液口8和出液口9连接处设置转接头，U型导热管5内填充的导热液10为水或油；与房间内地暖管14相连的进液口8和出液口9通过转接头与U型导热管5的两端相连，当设置两根U型导热管5时，要以串联后再与进液口8和出液口9连接，也可以分别单独与进液口8和出液口9相连，可以根据现场实际情况进行选择。
所述石墨棒4水平布置，其直径为10～60mm，长度为60-200mm，石墨棒4在钢筋混凝土桩体2埋深方向上4m到U型导热管5弯曲处每延米布置8～12根；石墨棒4一端伸进土壤热源汇集管6中，另一端伸进U型导热管5中，石墨棒4伸进土壤热源汇集管6和U型导热管5的长度不宜太长，保证石墨棒4端头能够全部与管内液体接触即可。
所述套管7采用PVC管材或钢皮管，直径为15～65mm，长度为50～190mm，壁厚为1～2mm，数量与石墨棒4的数量一致，套管7的内径略大于石墨棒4的外径，保证石墨棒4能够顺利插入套管7，套管7对石墨棒4起保护和支撑作用。
所述土壤热源汇集管6采用PVC管材或钢皮管，底部为敞口，直径为60～120mm，长度为10～30m，壁厚为1～2mm，土壤热源汇集管6内填充的土壤热源汇集液11为砂水混合物。
如图7所示，所述土壤热源汇集管预留孔15与U型导热管预留孔16的大小、数量一致，与对应的石墨棒4和套管7的数量一致，孔的大小需与套管7的直径相匹配。
当采用一根U型导热管5时，在其两侧对称布置两根土壤热源汇集管6；当采用两根U型导热管5时，在其四侧对称布置四根土壤热源汇集管6。
本发明具体的加工方法如下：
土壤热源汇集孔13用的是螺旋钻，钻头直径与土壤热源汇集孔13直径相匹配，钻头直径要比土壤热源汇集管6的直径大40～50mm，土壤热源汇集孔13的位置紧贴着钢筋混凝土桩孔，土壤热源汇集孔13与钢筋混凝土桩孔相通，孔洞钻好后插板机夹住土壤热源汇集管6向下压，当土壤热源汇集管6压进土壤热源汇集孔13后，向土壤热源汇集管6内边灌细砂边注水直至注满土壤热源汇集管6，与此同时向土壤热源汇集管6与土壤热源汇集孔13之间的空隙灌细砂。
钢筋混凝土桩体2施工与土壤热源汇集管6施工同时进行，先螺旋钻孔，紧接着采用正循环泥浆护壁，然后在现场绑扎钢筋笼3，钢筋笼3绑扎好以后将U型导热管5与其绑扎在一起，再将石墨棒4水平插入套管7内，将石墨棒4与套管7的一端绑在钢筋笼3上，然后将剩余端头插入竖向放置U型导热管预留孔16内，插入后采用焊接的方式将U型导热管5与套管7之间的缝隙密封，同时将墨棒4与U型导热管5同样采用焊接的方式将土壤热源汇集管6与套管7之间的缝隙密封，同时将墨棒4石墨棒4与套管7的另一端插入竖直放置的土壤热源汇集管预留孔15内，同样采用焊接的方式将土壤热源汇集管6与套管7之间的缝隙密封，在石墨棒4伸进U型导热管5和土壤热源汇集管6的接口处采取密封措施，防止导热液10及土壤热源汇集液11的相互流动；使钢筋笼3、石墨棒4、套管7、土壤热源汇集管6、U型导热管5形成一个整体，随着上述插板机压着土壤热源汇集管6一起沉入钢筋混凝土桩孔和土壤热源汇集孔13内，再次泥浆护壁，然后浇筑混凝土，浇筑混凝土与向土壤热源汇集管6内注砂水同时进行。
综上所述，本发明通过设置石墨棒与U型导热管和土壤热源汇集管内的液体相连接，利用石墨棒高导热性将钢筋混凝土桩体内部的热量通过点传热的方式传到土体中，增加了钢筋混凝土桩体与土体的汇热范围，使钢筋混凝土桩体与土体之间的热交换更加充分，减少了热能损失，有效解决了传统能量桩的地热资源利用低的问题。

Claims (5)

1.一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于，包括内部埋设U型导热管（5）和钢筋笼（3）的钢筋混凝土桩体（2）、水平插入两端开口的套管（7）内的石墨棒（4）以及内部填充土壤热源汇集液（11）的土壤热源汇集管（6）；所述U型导热管（5）上设置U型导热管预留孔（16），内部填充导热液（10），通过绑扎钢丝（12）绑扎固定在钢筋笼（3）上；所述土壤热源汇集管（6）上设置土壤热源汇集管预留孔（15）；所述石墨棒（4）与套管（7）合为一体，一端插入U型导热管预留孔（16）中，另一端插入土壤热源汇集管预留孔（15）内，石墨棒（4）与套管（7）通过绑扎钢丝（12）绑扎固定在钢筋笼（3）上；石墨棒（4）长度大于套管（7）长度，石墨棒（4）一端与导热液（10）接触，另一端与土壤热源汇集液（11）接触；套管（7）与U型导热管（5）和土壤热源汇集管（6）的接口处焊接密封；所述石墨棒（4）水平布置，其直径为10～60mm，长度为60～200mm，石墨棒（4）在钢筋混凝土桩体（2）埋深方向上4m到U型导热管（5）弯曲处每延米布置8～12根；石墨棒（4）一端伸进土壤热源汇集管（6）中，另一端伸进U型导热管（5）中；所述土壤热源汇集管（6）采用PVC管材或钢皮管，底部为敞口，直径为60～120mm，长度为10～30m，壁厚为1～2mm；
所述U型导热管（5）选用PVC材料的U型圆柱管，直径为10～30mm，壁厚为1～3mm，U型口的距离为200～1000mm，U型导热管（5）底部到钢筋混凝土桩体（2）最底端的间距为1.5～3m；所述U型导热管（5）与进液口（8）和出液口（9）连接处设置转接头；
所述套管（7）采用PVC管材或钢皮管，直径为15～65mm，长度为50-190mm，壁厚为1～2mm，数量与石墨棒（4）的数量一致；
所述土壤热源汇集管预留孔（15）与U型导热管预留孔（16）的大小、数量一致，与插入的石墨棒（4）和套管（7）的数量一致，孔的大小与套管（7）的直径相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于：所述钢筋混凝土桩体（2）为圆柱体，直径为600～1500mm，长度为10～30m；内部设置一根或两根U型导热管；内部还设置包括若干个竖向钢筋并竖直放置的钢筋笼（3）。
3.根据权利要求1所述的一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于：所述导热液（10）为水或油。
4.根据权利要求1所述的一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于：所述土壤热源汇集液（11）为砂水混合物。
5.根据权利要求2所述的一种土壤热源汇集管复合石墨棒点传热能量桩，其特征在于：当采用一根U型导热管（5）时，在其两侧对称布置两根土壤热源汇集管（6）；当采用两根U型导热管（5）时，在其四侧对称布置四根土壤热源汇集管（6）。
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