CN203657582U - 一种phc管桩相变蓄能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种PHC管桩相变蓄能系统,包括PHC管桩及管桩桩尖,所述PHC管桩的空腔内充注有高温相变蓄能材料,所述PHC管桩的空腔内设有供水总管、若干回水支管及蓄能材料维护管,所述若干回水支管连通有回水总管。本实用新型有益效果:在PHC管桩内的空间安装换热管道并灌注高温相变蓄能材料,由换热管道、高温相变蓄能材料、PHC管桩和PHC管桩外的岩土体形成高效、大热容量的相变蓄能系统,实现冬季蓄冷、夏季蓄热,相较现有系统,本实用新型不额外占用建筑物空间,不需保温、有效蓄能时间长,并可分别实现蓄冷或蓄热,蓄能效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种PHC管桩相变蓄能系统。
背景技术
PHC管桩,即预应力高强度混凝土管桩,是采用先张预应力离心成型工艺,并经过10个大气压、1800 ℃ 左右的蒸汽养护,制成的一种空心圆筒型混凝土预制构件,标准节长为10m ,直径从300mm~800mm ,混凝土强度等级≥C80。
PHC 管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载,可选择强风化岩层,全风化岩层,坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层,且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强,因此适应地域广,建筑类型多。广泛应用于60 层以下的多种高层建筑以及工业与民用建筑低承台桩基础,铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物,及大型设备等工程基础。在大型建筑中,PHC管桩的使用量很大,单个项目的使用量经常达到数百甚至数千根,桩基深度可达数十米。
为保护桩下端以及封底、防止管内进土,防止桩移位,有效提高管桩的单桩承载力,PHC 管桩进行压桩施工时,常在PHC 管桩的端头部位安装桩尖。桩尖有十字型和尖头型等。
相变材料(Phase Change Materials),简称PCM。相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程,这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。所以,单位体积、单位质量的相变材料蓄能的量远远高于温差蓄能。相变材料可分为有机(Organic)和无机(Inorganic) 相变材料。亦可分为水合(Hydrated)相变材料和蜡质(Paraffin Wax)相变材料。冰蓄冷制冷系统就是比较常见的相变蓄冷的例子。但是,由于水的相变点在0°C,所以冰蓄冷系统只能用于蓄冷。随着科技的进步,科研人员目前逐渐研制出了多种高温相变蓄能材料,相变温度高于0°C,可在5°C ~40°C之间,相变温度范围涵盖了冷冻水供水温度范围、冷却塔温度范围、热泵制热工况蒸发器进水温度和制冷工况冷凝器进水温度范围等。利用高温相变蓄能材料,可在冬季和夏季分别实现相变蓄冷和相变蓄热。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种PHC管桩相变蓄能系统,在PHC管桩内的空间安装换热管道并灌注高温相变蓄能材料,由换热管道、高温相变蓄能材料、PHC管桩和PHC管桩外的岩土体形成高效、大热容量的相变蓄能系统,实现冬季蓄冷、夏季蓄热,并设有温度传感器检测高温相变蓄能材料的温度和系统供回水温度。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种PHC管桩相变蓄能系统,包括PHC管桩,所述PHC管桩的底端设有管桩桩尖,所述PHC管桩的空腔内充注有高温相变蓄能材料,所述PHC管桩的空腔内设有供水总管、若干回水支管及蓄能材料维护管,其中,所述供水总管设置在所述空腔的中心位置,所述若干回水支管设置在供水总管的四周,蓄能材料维护管设置在所述空腔的两侧;供水总管、若干回水支管及蓄能材料维护管均从PHC管桩的所述空腔的底部延伸至所述空腔顶端开口处的外侧;所述若干回水支管连通有回水总管。
进一步的,所述蓄能材料维护管包括两根蓄能材料维护管且所述两根蓄能材料维护管构成回路。
进一步的,所述PHC管桩的空腔的中部设有蓄能材料温度传感器,所述供水总管上设有供水总管温度传感器,所述回水总管上设有回水总管温度传感器。
进一步的,所述回水总管设置在所述PHC管桩的空腔的外侧。
进一步的,所述供水总管、若干回水支管、回水总管及蓄能材料维护管的材质均采用承压大于1.6MPa的高强度HDPE管材。
本实用新型所述的PHC管桩相变蓄能系统的施工方法,包括以下步骤:
1)、对PHC管桩进行分段压桩,分段连接,截桩;压桩完毕和截桩时应做好成品保护,避免杂物或建筑垃圾坠入PHC管桩空腔内;
2)、安装供水总管、回水支管、回水总管及蓄能材料维护管;所述供水总管、回水支管、回水总管及蓄能材料维护管安装在截桩高度并引出PHC管桩,在基础下的垫层内埋设,引出处使用橡塑海绵进行防磨损包覆;
3)、安装蓄能材料温度传感器,所述蓄能材料温度传感器需在灌注液体高温相变蓄能材料前预置入PHC管桩内,将传感器信号线提前引出PHC管桩,信号线外加设塑料保护套管;
4)、灌注高温相变蓄能材料,此过程需要在环境温度高于高温相变蓄能材料的相变温度的时间段进行,此时高温相变蓄能材料为液态;
5)、安装供水总管温度传感器及回水总管温度传感器;以及
6)、对PHC管桩相变蓄能系统进行全面检查及后续处理。
进一步的,各种管道管材均采用承压大于1.6MPa的高强度HDPE管材,并且在安装时内部充满水,打压至1.0MPa以上。
进一步的,所述高温蓄能材料在加注时PHC管桩的空腔内需预留充足的膨胀空间。
本实用新型与现有技术相比,具有以下优点:
1、充分利用PHC管桩内的空间作为高温相变蓄能材料的储存空间,不需额外设置大型蓄能箱、蓄能槽,不额外占用建筑物空间,本实用新型不额外占用建筑物空间,不需保温、有效蓄能时间长,并可分别实现蓄冷或蓄热,蓄能效率高;
2、 地下土壤本身具有很好的蓄能性能,本实用新型中PHC管桩与外壁的地下土壤、岩土体紧密接触,使换热管道、高温相变蓄能材料、PHC管桩和PHC管桩外的岩土体形成高效、大热容量的相变蓄能系统,有效蓄能空间不仅局限在PHC管桩内,在PHC管桩外的地下土壤的蓄热性能也可得到利用;
3、本实用新型采用高温相变蓄能材料进行蓄能,该材料的相变温度在5°C ~40°C之间,可在冬季和夏季分别实现高效相变蓄冷和相变蓄热;相较传统的冰蓄冷系统增加了蓄热功能,相较传统的水蓄冷、蓄热系统大大提高了单位体积蓄能介质的蓄能量。
附图说明
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述的PHC管桩相变蓄能系统正切面示意图;
图2是本实用新型实施例所述的PHC管桩相变蓄能系统横截面示意图。
图中:
1、管桩桩尖;2、PHC管桩;3、高温相变储能材料;4、蓄能材料维护管;5、蓄能材料温度传感器;6、回水支管;7、回水总管;8、供水总管;9、回水总管温度传感器;10、供水总管温度传感器。
具体实施方式
如图1-2所示,本实用新型实施例所述的PHC管桩相变蓄能系统,包括PHC管桩2,为避免土壤进入PHC管桩2内的空腔,PHC管桩2的底端设有管桩桩尖1,所述PHC管桩2的空腔内充注有高温相变蓄能材料3,所述PHC管桩2的空腔内设有供水总管8、若干回水支管6及蓄能材料维护管4,其中,所述供水总管8设置在所述空腔的中心位置,所述若干回水支管6设置在供水总管8的四周,蓄能材料维护管4设置在所述空腔的两侧,所述空腔内装有两根蓄能材料维护管4,且两根蓄能材料维护管4构成回路;供水总管8、若干回水支管6及蓄能材料维护管4均从PHC管桩2的所述空腔的底部延伸至所述空腔顶端开口处的外侧;所述若干回水支管6连通有回水总管7,回水总管7设置在PHC管桩2的空腔的外侧。所述PHC管桩2的空腔的中部设有蓄能材料温度传感器5,所述供水总管8上设有供水总管温度传感器10,所述回水总管7上设有回水总管温度传感器9。
本实用新型实施例所述的PHC管桩相变蓄能系统的施工方法,包括以下步骤:
1)、对PHC管2桩进行分段压桩,分段连接,截桩;压桩完毕和截桩时应做好成品保护,避免杂物或建筑垃圾坠入PHC管桩2空腔内;
2)、安装供水总管8、回水支管6、回水总管7及蓄能材料维护管4;所述供水总管8、回水支管6、回水总管7及蓄能材料维护管4安装在截桩高度并引出PHC管桩2,在基础下的垫层内埋设,引出处使用橡塑海绵进行防磨损包覆;
3)、安装蓄能材料温度传感器5,所述蓄能材料温度传感器5需在灌注液体高温相变蓄能材料3前预置入PHC管桩2内,将传感器信号线提前引出PHC管桩2,信号线外加设塑料保护套管;
4)、灌注高温相变蓄能材料3,此过程需要在环境温度高于高温相变蓄能材料3的相变温度的时间段进行,此时高温相变蓄能材料3为液态;高温蓄能材料3在加注时PHC管桩2的空腔内需预留充足的膨胀空间;
5)、安装供水总管温度传感器10及回水总管温度传感器9;以及
6)、对PHC管桩相变蓄能系统进行全面检查及后续处理。
各种管道管材均采用承压大于1.6MPa的高强度HDPE管材,并且在安装时内部充满水,打压至1.0MPa以上。
本实用新型所述高温相变蓄能材料3可利用现有技术选用,应选用对金属和混凝土无腐蚀性的材料。比如,在以蓄冷为主的项目中,可使用文献《常规空调工况用相变蓄冷介质的制备及热物性研究》公开的相变温度在7℃左右、无过冷度、相变过程稳定的有机相变蓄冷介质HS-10(基液)。为防止破坏管桩,蓄能材料的加注应考虑到材料相变为固态后的体积膨胀,在管桩内预留充足的膨胀空间。
以蓄冷为主的项目为例,使用HS-10相变蓄能材料,可以在冬季将管桩内的HS-10相变蓄能材料冷却到7℃以下形成固态,并继续向PHC管桩2内供冷,逐步吸收高温相变蓄能材料3、PHC管桩2的壁面、管桩周围岩土体的热量,降低PHC管桩2的壁面、管桩周围岩土体的温度,最终形成比较稳定的温度梯度分布,完成蓄冷。比如,当高温相变蓄能材料3冷却到7℃凝固后,继续供冷使其温度降至2℃(此温度可使用储能材料温度传感器5进行监控,间歇供冷,控制其不低于2℃,在保证蓄冷量的同时以防止桩基周边的地下岩土体内的水分结冰破坏桩基承载力),此时,PHC管桩2的内壁面温度也约为2℃,PHC管桩2外壁面温度约为3.0℃,相距PHC管桩2外壁0.5米的岩土体温度约为4.0℃,相距PHC管桩2外壁1米处约为5.0℃,其他位置的温度以此类推。蓄热工况下的情况与蓄冷工况相反,在夏季可将高温相变蓄能材料3加热到30℃左右蓄热。
高温相变蓄能材料3的灌注可在环境温度高于其相变温度(此时高温相变蓄能材料3为液态)的时间段进行,如需在环境温度低于其相变温度(此时高温相变蓄能材料3为固态)的时间段进行灌注,则需对高温相变蓄能材料3进行加热。
高温相变蓄能材料3的灌注和蓄能材料维护管4、回水支管6、回水总管7、供水总管8的安装需在PHC管桩2分段压桩、分段连接、截桩全部完毕后进行。压桩完毕和截桩时应做好成品保护,避免杂物和建筑垃圾坠入PHC管桩2的空腔内。
蓄能材料维护管4水平段、回水总管7、供水总管8安装在截桩高度并引出PHC管桩2,在基础下的垫层内埋设,引出处使用橡塑海绵进行防磨损包覆。各种管道管材均使用承压大于1.6MPa的高强度HDPE管材,并且内部充满水,打压至1.0MPa以上,带内压安装,保证管材不被压扁。
本实用新型设有蓄能材料温度传感器5、回水总管温度传感器9、供水总管温度传感器10,可实时测量高温相变蓄能材料3的温度和系统供回水温度。测量所得的温度信号可传送至建筑物冷热源控制中心,作为控制相变蓄能系统运行的基础参数。其中,蓄能材料温度传感器5需在灌注液体高温相变蓄能材料前预置入PHC管桩内,将传感器信号线提前引出PHC管桩2,为避免信号线被磨损,可在信号线外加设塑料保护套管。
由于建筑物的寿命在50年以上,在建筑物的寿命周期内,PHC管桩2的空腔内的液态的高温相变蓄能材料溶液可能有耗损、化学性质可能衰减,也有可能研发出新型的高温相变蓄能材料进行更换。本实用新型设有两根蓄能材料维护管4。在系统维护时,可通过蓄能材料维护管4对PHC管桩的空腔内的液态的高温相变蓄能溶液进行采样检测、维护或循环更换。具体方法为,将一台加压泵、一个蓄能材料溶液容器和两根蓄能材料维护管4形成环路。开启加压泵即可实现液态的高温相变蓄能材料在两根蓄能材料维护管4、蓄能材料溶液容器和PHC管桩的空腔之间的循环。在监测时,可从蓄能材料溶液容器中采样进行化学分析。在补充溶液时,可从与蓄能材料维护管4联通的蓄能材料溶液容器直接补充。在维护时,可逐渐向蓄能材料溶液容器中的高温相变蓄能溶液加入化学制剂,改善其导热或蓄能能力。比如,前述提到的HS-10相变蓄能材料,可在溶液容器中加入复合TiO2纳米颗粒形成有机相变蓄冷材料HS-14,提高材料的导热系数13.24%,进而改善蓄能材料、PHC管桩壁面、管桩周围岩土体的温度分布,进一步提高蓄热时PHC管桩2的壁面和管桩周围岩土体温度,降低蓄冷时PHC管桩2的壁面和管桩周围岩土体温度,由于周边岩土体的体积远远大于管桩,虽然加入复合TiO2纳米颗粒后HS-14的相变潜热降低了2.1%,但整体上系统的蓄能能力和热响应速度得到提高。高温相变蓄能材料3进行循环排出、更换需在其液态状况下进行。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式,任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种PHC管桩相变蓄能系统,包括PHC管桩(2),所述PHC管桩(2)的底端设有管桩桩尖(1),其特征在于:所述PHC管桩(2)的空腔内充注有高温相变蓄能材料(3),所述PHC管桩(2)的空腔内设有供水总管(8)、若干回水支管(6)及蓄能材料维护管(4),其中,所述供水总管(8)设置在所述PHC管桩(2)的空腔的中心位置,所述若干回水支管(6)设置在供水总管(8)的四周,蓄能材料维护管(4)设置在所述PHC管桩(2)的空腔的两侧;供水总管(8)、若干回水支管(6)及蓄能材料维护管(4)均从PHC管桩(2)的空腔的底部延伸至所述PHC管桩(2)的空腔顶端开口处的外侧;所述若干回水支管(6)连通有回水总管(7),所述回水总管(7)设置在所述PHC管桩(2)的空腔的外侧。
2.根据权利要求1所述的PHC管桩相变蓄能系统,其特征在于:所述蓄能材料维护管(4)包括两根蓄能材料维护管且所述两根蓄能材料维护管(4)构成回路。
3.根据权利要求2所述的PHC管桩相变蓄能系统,其特征在于:所述PHC管桩(2)的空腔的中部设有蓄能材料温度传感器(5)。
4.根据权利要求3所述的PHC管桩相变蓄能系统,其特征在于:所述供水总管(8)上设有供水总管温度传感器(10)。
5.根据权利要求4所述的PHC管桩相变蓄能系统,其特征在于:所述回水总管(7)上设有回水总管温度传感器(9)。
6.根据权利要求5所述的PHC管桩相变蓄能系统,其特征在于:所述供水总管(8)、若干回水支管(6)、回水总管(7)及蓄能材料维护管(4)的材质均采用承压大于1.6MPa的高强度HDPE管材。
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