CN202792689U - 管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统 - Google Patents

Abstract

一种管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，包括地埋管换热器、地源热泵和管桩；地埋管换热器的介质入口端和介质出口端分别与地源热泵的介质出口端和介质入口端对应连接；所述地埋管换热器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端连接；对于每个地埋管换热器和一个管桩，螺旋管自上而下环绕在管桩的环壁中。与现有技术相比，本技术方案将地源热泵系统的地埋管换热器的埋设与地下工程的管桩结合起来，既可以节省地埋管换热器钻孔埋设的成本，降低造价，还可以解决热泵系统占用地下空间大的问题，而且能够有效保护地埋管换热器，提高其耐久性和可靠性，同时还能充分利用混凝土良好的热传导性和热容，提高传热效果。

Description

管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统

技术领域

本实用新型涉及一种地源热泵地埋管系统，特别涉及一种埋设在管桩环壁中的地源热泵地埋管系统。

背景技术

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地温能)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。地源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量，运行费用仅为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，我国“十二五”新能源规划中正式纳入了“地热能”这一项，计划在未来5年内，完成地源热泵供暖(制冷)面积3.5亿平方米，总市场规模至少700亿元左右，可以预计我国的地源热泵市场将掀起一轮高潮。

地源热泵系统存在如下问题：一是其地下换热系统(地埋管系统)的埋设会占用大量土地，给原本就用地紧张的城市地区增加更多困难，不易进行大面积推广；二是地源热泵系统建设的初期投入大，其中地埋管的钻孔施工费用占相当大的比例；三是地埋管的施工质量在目前传统的钻孔埋管中无法得到切实保障。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种占用地下空间小、降低施工费用、传热效果好的埋设在管桩环壁中的地源热泵地埋管系统。

为解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：

一种管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是包括地埋管换热器、地源热泵和管桩；所述地埋管换热器有一个或多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；地埋管换热器的介质入口端和介质出口端分别与地源热泵的介质出口端和介质入口端对应连接；

所述地埋管换热器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端连接；对于每个地埋管换热器和一个管桩，螺旋管自上而下环绕在管桩的环壁中；直管的与螺旋管连接的一端在下，直管的另一端在上。

直管与螺旋管相比，换热效果有很大差距，在这里主要是用来引入介质，所以，可以把直管与管桩的环壁密贴，也可以不密贴。

所述地埋管换热器多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；各个地埋管换热器的介质出口端和介质入口端分别并联后，再与地源热泵的介质入口端和介质出口端对应连接。

优选的，所述直管的不与螺旋管连接的一端作为地埋管换热器的介质入口端；螺旋管的不与直管连接的一端作为地埋管换热器的介质出口端。

所述地埋管换热器的介质入口端和介质出口端露在管桩顶外。

所述管桩是钢管桩、预制钢筋混凝土管桩或钢管混凝土管桩。

方案1、所述管桩是钢管桩，所述螺旋管焊接在钢管桩的环壁的内壁上。也可以把直管焊接在钢管桩的环壁的内壁上。

方案2、所述管桩是预制钢筋混凝土管桩，螺旋管绑扎在预制钢筋混凝土管桩的钢筋笼上。也可以把直管绑扎在预制钢筋混凝土管桩的钢筋笼上。

方案3、所述管桩是钢管混凝土管桩，螺旋管焊接在钢管混凝土管桩的钢管壁上，且被混凝土包裹。也可以把直管焊接在钢管混凝土管桩的钢管壁上，且被混凝土包裹。

在工程施工时，所述地埋管换热器顶端的两个端头须露出管桩桩顶外1m，地埋管换热器底端连接段离管桩底部有一定间隙，例如0.5～2m。

本实用新型将地源热泵系统的地埋管换热器的埋设与地下工程的管桩结合起来，既可以节省地埋管换热器钻孔埋设的成本，降低造价，还可以解决热泵系统占用地下空间大的问题，而且能够有效保护地埋管换热器，提高其耐久性和可靠性，同时还能充分利用混凝土良好的热传导性和热容，提高传热效果。

附图说明

图1是本实用新型的轴向截面示意图。

图2是图1中单根管桩水平展开后的示意图。

图3是图1的俯视示意图。

图中，1.管桩，11.混凝土，2.地埋管换热器，21.螺旋管，22.连接总管(各个地埋管换热器的介质入口端和介质出口端分别与之对应连接)，23.直管，3.地源热泵。

具体实施方式

一种管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是包括地埋管换热器、地源热泵和管桩；所述地埋管换热器有一个或多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；地埋管换热器的介质入口端和介质出口端分别与地源热泵的介质出口端和介质入口端对应连接；

所述地埋管换热器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端连接；对于每个地埋管换热器和一个管桩，螺旋管自上而下环绕在管桩的环壁中；直管的与螺旋管连接的一端在下，直管的另一端在上。

直管与螺旋管相比，换热效果有很大差距，在这里主要是用来引入介质，所以，可以把直管与管桩的环壁密贴，也可以不密贴。

所述地埋管换热器多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；各个地埋管换热器的介质出口端和介质入口端分别并联后，再与地源热泵的介质入口端和介质出口端对应连接。

优选的，所述直管的不与螺旋管连接的一端作为地埋管换热器的介质入口端；螺旋管的不与直管连接的一端作为地埋管换热器的介质出口端。

所述地埋管换热器的介质入口端和介质出口端露在管桩顶外。

所述管桩是钢管桩、预制钢筋混凝土管桩或钢管混凝土管桩。

方案1、所述管桩是钢管桩，所述螺旋管焊接在钢管桩的环壁的内壁上。也可以把直管焊接在钢管桩的环壁的内壁上。

方案2、所述管桩是预制钢筋混凝土管桩，螺旋管绑扎在预制钢筋混凝土管桩的钢筋笼上。也可以把直管绑扎在预制钢筋混凝土管桩的钢筋笼上。

方案3、所述管桩是钢管混凝土管桩，螺旋管焊接在钢管混凝土管桩的钢管壁上，且被混凝土包裹。也可以把直管焊接在钢管混凝土管桩的钢管壁上，且被混凝土包裹。

下文将参照附图对本实用新型埋设在管桩环壁中的地源热泵地埋管系统进行详细描述。

管桩系在工厂预制，其制作过程如下：制作钢筋笼；钢筋笼与桩头金属连接件连接，安置各种预埋件；钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土，完成桩体雏形；上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，混凝土离心挤密、成型；养护脱模。管桩按混凝土等级及壁厚又可分为预应力高强混凝土管桩(代号PHC)、预应力混凝土管桩(代号PC)和预应力混凝土薄壁管桩(代号PTC)。

本实用新型将地源热泵系统的地埋管换热器的埋设与地下工程中的管桩1结合起来，既可以节省钻孔埋设的成本，降低造价，还可以解决地源热泵系统占用地下空间大的问题，而且能够有效保护地埋管换热器2，提高其耐久性和可靠性，同时还能充分利用混凝土良好的热传导性和热容，提高传热效果。所以，将地源热泵系统的地埋管换热器2的埋设与地下工程中的管桩1结合起来，将成为地源热泵系统进一步推广应用的新方向。

如图1所示，所述地源热泵地埋管系统包括地埋管换热器2和管桩1，所述地埋管换热器2预埋在所述管桩1的环壁中。所述地埋管换热器2沿着所述管桩1的环壁环向布置。所述地埋管换热器2绑扎在所述管桩1中的钢筋笼上。所述地埋管换热器2内设置传热介质，所述地埋管换热器2的两端头分组并联后连接到所述地源热泵3上。

如图1和图3所示，所述管桩1设置多个，每个所述管桩1内设置一组所述地埋管换热器2，每组所述地埋管换热器2的两端头通过连接总管22分别并联起来，连接总管22再连接到所述地源热泵3上。

本实用新型主要针对地源热泵系统中地埋管换热器2的埋设位置和方式进行设计，如图1、图2和图3所示，生产施工步骤如下：

1.对管桩进行预制加工，首先制作好钢筋笼，将地源热泵系统的地埋管换热器2绑扎在钢筋笼内侧，单根桩中地埋管换热器2顶端的两个端头须露出桩顶外1m，地埋管换热器的底端离管桩1的底部有一定间隙，例如0.5～2m(如图1和图2所示)。

2.将已绑扎好地埋管换热器2的钢筋笼装入钢模内，向钢模内浇筑混凝土11，将地埋管换热器2和钢筋笼一同浇注在管桩1内，完成桩体雏形；

3.上述装有桩体雏形的钢模绕桩轴旋转，混凝土离心挤密、成型后养护、脱模；

4.采用静力压桩机或锤击打桩机将预制好的管桩1压入或打入土层中至设计标高，桩的位置和数量根据设计要求确定。

在地埋管换热器2内设置传热介质，传热介质在地埋管换热器2环路系统中循环，并与管桩1内的混凝土和周围土层进行热交换。地埋管换热器2顶端的两个端头露出管桩1桩顶外1m，分组并联连接到连接总管22，再与地源热泵3相连。

一般的地下工程需设置多个管桩1，在每根桩内设置一组地埋管换热器2，每组地埋管换热器2顶端的两个端头露出管桩1桩顶外1m，并通过分组并联连接到连接总管22组成环路，再连接到地源热泵3上。所述的地埋管换热器2的并联连接方式是指每组地埋管换热器2均可不通过其他组地埋管换热器2直接与连接总管22连接，再与地源热泵3相连，与电路连接中的并联相似。

本实用新型的工作原理为：地下一定深度的岩土层拥有常年基本恒定的地温，而地下工程绝大部分位于这样的土层中，这为利用地温能的地源热泵系统提供了有利条件。在管桩1中埋设地埋管换热器2并形成环路，传热介质在地埋管换热器2环路系统中循环时与管桩1中的混凝土和周围土层进行热交换，吸收(或释放)热量，根据能量守恒，这一部分能量即可用于对室内进行供暖(或制冷)，进而降低空调系统运行时的能耗。

将地源热泵系统的施工与地下工程管桩的生产施工结合起来，具有如下优点：

在空间布置方面，由于将地埋管换热器2埋设在地下工程结构中，可以省去传统地埋管换热器2的占地以及专为地埋管换热器2的埋设进行的钻孔等施工费用；

在施工质量控制方面，由于地埋管换热器2是绑扎在钢筋笼的主筋上，并随之下放至设计标高，其埋管的施工质量能够得到很好的保证，可很好地防止传统钻孔埋设方式中地埋管换热器2在下放过程中的偏移或管道的损坏，地埋管换热器2在混凝土11的保护下，其耐久性和可靠性将大大提高；

在传热性能方面，由于混凝土具有良好的热传导能力以及较高的热容，将地埋管换热器2埋设在管桩的混凝土11中，可提高地埋管换热器2的换热能力和传热效果；

在经济性方面，由于这一技术节省了地埋管换热器2的占地、额外的钻孔施工等费用，可以较大地降低地源热泵系统的初期投资。

管桩分为钢管桩、预制钢筋混凝土管桩和钢管混凝土管桩。作为一种地基处理及桩基础形式，管桩从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到了广泛的应用，并发挥着巨大的作用，目前已朝着全面取代传统实心桩的方向发展。

本技术方案把换热构件跟管桩结构紧密地结合起来，既可保证地下换热系统的稳定性、耐久性；造价相对其他节能技术低廉；还具有通用性，且不占用额外空间；而且通过它获得的能源具有可再生性、且稳定可靠、清洁持久、经济和环境效益显著等特点，因此，将换热构件跟管桩结构结合起来的节能技术在我国有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。

Claims (8)

1.一种管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是包括地埋管换热器、地源热泵和管桩；所述地埋管换热器有一个或多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；地埋管换热器的介质入口端和介质出口端分别与地源热泵的介质出口端和介质入口端对应连接；

所述地埋管换热器包括直管和螺旋管，直管的一端和螺旋管的一端连接；对于每个地埋管换热器和一个管桩，螺旋管自上而下环绕在管桩的环壁中；直管与螺旋管连接的一端在下，直管的另一端在上。

2.根据权利要求1所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述管桩是钢管桩、预制钢筋混凝土管桩或钢管混凝土管桩。

3.根据权利要求1所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述地埋管换热器的介质入口端和介质出口端露在管桩顶外。

4.根据权利要求1、2或3所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述直管的不与螺旋管连接的一端作为地埋管换热器的介质入口端；螺旋管的不与直管连接的一端作为地埋管换热器的介质出口端。

5.根据权利要求4所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述管桩是钢管桩，所述螺旋管焊接在钢管桩的环壁的内壁上。

6.根据权利要求4所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述管桩是预制钢筋混凝土管桩，螺旋管绑扎在预制钢筋混凝土管桩的钢筋笼上。

7.根据权利要求4所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述管桩是钢管混凝土管桩，螺旋管焊接在钢管混凝土管桩的钢管壁上，且被混凝土包裹。

8.根据权利要求1所述的管桩环壁内埋式的螺旋管地源热泵地埋管系统，其特征是所述地埋管换热器多个，管桩的数量与地埋管换热器数量对应；各个地埋管换热器的介质出口端和介质入口端分别并联后，再与地源热泵的介质入口端和介质出口端对应连接。

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