CN213806226U - 一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，包括多个板块及温度循环系统，在瓦楞彩钢板的凸起位置内部安装管卡，固定嵌入换热管，换热管与上方瓦楞彩钢板之间铺设导热材料，在换热管下方依次铺设保温隔热材料、平面彩钢板；能量桩的桩基础内埋设有换热管，换热管为自封闭状态，内部填充循环液体。板块埋设在需要进行除冰融雪的屋顶上部或下部，或桥面的内部，通过换热管与埋置在土层中能量桩连接，与温控开关、循环泵、热泵连接形成温度循环系统。本装置以浅层地温能作为热源，通过温度循环系统将地温能传递至屋顶或桥面，达到建筑屋顶或桥面除冰融雪目的。

Description

一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，属于大型钢结构建筑屋顶、公路及市政桥梁技术领域。

背景技术

我国地域广阔、纬度跨越大，冬季降雪比较普遍。桥面在积雪或结冰状态下容易造成交通安全事故，造成交通堵塞或人员伤亡。钢结构屋顶，尤其是大型工业厂房钢结构屋顶，积雪或结冰时，若不及时处治，容易造成冰柱溜冰、屋顶结构荷载超重坍塌工程安全事故，造成人员伤亡、经济损失。

目前最常见的除冰融雪方式主要有人工或机械除雪、撒融雪剂、发热电缆或电阻丝、导电混凝土路面、汲取地下水以及电磁场。然而，这些常见的除冰融雪方式都存在一些不足，比如利用大功率电机加热融雪时，运维成本较高；单方面利用电能转化为热能，也会造成大量的资源浪费；直接汲取地下水融雪时，会造成大量的水资源浪费，甚至引起地面沉降；人工或机械除雪的适用范围较小，主要适用于桥面、不适于在建筑屋顶；撒融雪剂会对桥面材料，尤其是钢筋材料产生腐蚀，影响桥面的长期耐久性。

专利号为ZL201720720113，专利名称为“一种建筑物屋顶调温结构”的一篇中国实用新型专利，公开了一种建筑物屋顶调温结构，在覆于建筑物屋顶的双层金属板中注水，并与外界储水桶相连，利用热泵加热达到屋顶除冰融雪的目的。但是该技术方案仍局限于使用人工热源，能源消耗较大；同时双层金属板注水后自重较大，整体密封难度较高，不适用于大面积、大跨度的钢结构屋顶。专利号为ZL03124320，专利名称为“融雪屋顶构造”的一篇中国发明专利，公开了一种基于地源热泵技术的管路式融雪装置，解决了人工热源能源消耗大的问题。但是，该技术方案地源热泵钻孔费用相对较高，屋顶循环管路直接铺设在屋顶上表面而相对容易损坏、热量损失率高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，通过温度循环系统，将浅层地温能传递至屋顶或桥面，进行除冰融雪。

为达到上述目的，本实用新型所采用如下技术方案：

本实用新型提供的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，包括多个板块1及温度循环系统，所述板块1的组成由上至下包括瓦楞彩钢板6、导热材料8、换热管2、管卡7、保温隔热材料9及平面彩钢板10；

所述瓦楞彩钢板6的凸起位置内部安装管卡7，固定嵌入的换热管2，所述换热管2与上方瓦楞彩钢板6之间铺设导热材料8，换热管2下方铺设保温隔热材料9，所述保温隔热材料9的下方包裹平面彩钢板10；

所述板块1埋设在需要进行除冰融雪的屋顶上部或下部，或桥面的内部，所述能量桩4埋置在土层中，通过换热管2与板块1连接；所述能量桩4的桩基础内埋设有换热管2，所述换热管2为自封闭状态，内部填充循环液体；

所述换热管2与能量桩4之间安装循环泵3，与温控开关11、热泵12连接形成温度循环系统。

进一步的，所述换热管2在能量桩4的桩基础内埋管形式为U形、W形或螺旋形。

进一步的，还包括设置在屋顶或桥面的温度传感器和雨雪监控系统，所述温度传感器和雨雪监控系统与温度循环系统连接。

进一步的，所述瓦楞彩钢板6中瓦楞的高为1cm~5cm，宽为1cm~6cm，所述瓦楞的斜边与水平方向夹角为30°~90°，瓦楞之间的横向间距为5cm~50cm。

进一步的，所述板块1内部的换热管2以U型方式连通。

进一步的，所述换热管2的接头处设置有公母接头5，能够用于板块1拼接时换热管2的连接。

进一步的，所述管卡7沿换热管2内循环液体流动的管道方向，间隔20cm~100cm布置，所述管卡7长5mm~30mm，与水平方向夹角为0°~75°。

进一步的，所述换热管2的两端均布置有管卡7。

进一步的，所述导热材料8包括金属小片或孔隙比为90%~95%的泡沫金属。

进一步的，所述保温隔热材料9的厚度为1cm~10cm，包括岩棉、玻璃纤维棉或泡沫固体状材料。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型利用地温能作为热源，为屋顶或桥面进行除冰融雪，减少能源浪费；同时板块材料价格低廉，可量产进行拼接使用，能够进行大规模推广应用；本实用新型装置也可应用在夏季，调节降低桥面或房屋内温度。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例瓦楞彩钢板及内部换热管布置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例板块的剖视图；

图中：1-板块；2-换热管；3-循环泵；4-能量桩；5-公母接头；5a-公接头；5b-母接头；6-瓦楞彩钢板；7-管卡；8-导热材料；9-保温隔热材料；10-平面彩钢板；11-温控开关；12-热泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1~3所示，分别为本实用新型实施例一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置整体结构示意图、瓦楞彩钢板6及内部换热管2布置的结构示意图以及板块1的剖视图。一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置包括能量桩4、换热管2、循环液、循环泵3、热泵12、温度传感器、温控开关11和监控系统，换热管2埋设在桩基础内形成能量桩4，桥面板或屋顶的顶面、地面或内部埋设换板块1，循环液在自封闭的换热管内，能量桩4的桩基础内、桥面板或屋顶内的换热管2、循环泵3及热泵12形成温度循环系统，在桥面板或屋顶设置温度传感器和雨雪监控系统，通过温控开关11启动或关闭温度循环系统。冬季通过温度循环系统，将浅层地温能传递至屋顶或桥面，进行除冰融雪；夏季通过温度循环系统，将屋顶或桥面的热量传递至地层土中，进行热能存储和降低屋顶或桥面温度。

能量桩4依托建筑或桥梁桩基础，在桩基础内埋设换热管2，当桩基础为钢筋混凝土灌注桩时，换热管2通过绑扎在钢筋笼内侧壁或外侧壁，埋设在桩体内部；当桩基础为预应力管桩时，预应力管桩贯入土层后，将换热管2埋设在预应力管桩桩芯内，并利用砂子或水泥浆或膨润土进行回填；桩基础为水泥搅拌桩或长螺旋钻桩时，换热管2通过水泥搅拌桩或长螺旋钻的钻杆内的空腔进行埋设，并利用砂子或水泥浆或膨润土进行回填；当桩基础为水泥土插芯组合桩时，换热管2绑扎在芯桩内侧或外侧，插入组合桩内。

换热管2在桩体内的埋管形式为U形、W形或螺旋形。与传统的地源热泵12相比，能量桩4不必消耗额外的地下空间、埋管施工时间与经济成本，前期投入较低；利用浅层地温能作为热源，与发热电缆、电阻丝除冰融雪技术所需要消耗的大量电能相比，减少了能源浪费。

一种实施例：一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置应用于屋顶时，钢结构屋顶由多块可拼接的板块1构成，板块1剖面如图3 所示，屋顶为瓦楞彩钢板，瓦楞高1cm~5cm，宽1cm~6cm，瓦楞斜边与水平方向坡度为30°~90°，瓦楞间横向间距为5cm~50cm。利用瓦楞彩钢板6拥有凸起的特征，安装固定管卡7，将换热管2沿着凸起的方向嵌入固定，换热管2与上方的瓦楞彩钢板6之间铺设导热材料8，换热管2的下方铺设保温隔热材料9，最下方被平面彩钢板10包裹，形成一个整体的板块1。每一板块1尺寸为1m×1m~3m×3m之间，板块1的内部由上至下依次为瓦楞彩钢板6、导热材料8、换热管2、管卡7、保温隔热材料9、平面彩钢板10组合而成，其中保温隔热材料9包括岩棉、玻璃纤维棉或泡沫固体状保温隔热材料，材料厚度为1cm~10cm。

板块1内部换热管2的管道以U型方式连通，每一板块设置公母接头5，公母接头5包括公接头5a和母接头5b，分别对应入水口及出水口，或者分别对应出水口及入水口。板块1之间拼接时仅需连接公母接头5，即可连接成一体。

安装时，瓦楞彩钢板6的侧边固定有管卡7；制作独立板块1时，将所需材料型号的换热管2顺瓦楞方向，嵌入至管卡7的上方，即利用管卡7的固定作用使得换热管2与瓦楞顶部贴合并固定；在换热管2与上方瓦楞彩钢板6之间填充小金属片或孔隙比为90%~95%的泡沫金属作为导热材料8，使换热管2与顶部彩钢板6之间有良好的热传递效果。再在换热管2下方铺设保温隔热材料9，使管道热量更多的向顶部的瓦楞彩钢板6传递，最下方布设平面彩钢板10，将上述材料包裹成为统一的整体。

瓦楞彩钢板6及内部换热管2布置的结构示意图如图2所示，根据板块1在屋顶所处的位置不同，换热管2有两种布置形式，两种形式呈镜像对称，入口5a与出口5b的位置相反。板块1拼接时，前后相邻的板块1分别采用图2的布置形式，即可正常拼接，连接公母接头5将换热管2连接完成后，板块1即拼接完成。前后板块1拼接完成后，在屋面的房檐处与屋顶处，用换热管2将左右相邻的板块1的出口5a和入口5b连接，屋顶的换热管2就形成了完整的管路，只留最左侧入口5a和最右侧出口5b通过换热管2与温度循环系统相连。

利用外界紧贴墙壁的换热管2将屋面换热管2的入口5a，出口5b与5~8根能量桩4中预留的U型管道串联，整体便形成了闭合回路。在回路中的合适位置连入循环泵3，为管道中流体提供动力，供换热管2内循环液体流体循环。

另一种实施例：一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置应用于桥面时，换热管2埋设在铺装层的钢筋笼层或埋设在桥面板底部，并在桥面板底部贴保温层以减少能源损失。

本实用新型中的导热材料8，可以使用金属小片或孔隙比为90%~95%的泡沫金属等传热性能良好的固体材料；换热管2的外径为16mm~50mm、壁厚为0.2~3mm；换热管沿瓦楞彩钢板6的凸起处布置，利用管卡7固定在凸起中，换热管2的间距与瓦楞横向间距相同，为5cm~50cm，同时换热管2的材质包括PB管、PE管、PE-X管、PE-RT管、PP-R管或铝塑管。

本实用新型中的管卡7为自锁式管卡，在生产瓦楞彩钢板时固定于彩钢板凸起处，具体位于凸起与板交界至凸起边二分之一中间，管卡长5mm~30mm，与水平方向角度为0°~75°；管卡沿循环液体流动的管道方向，隔20cm~100cm布置，其中换热管两头必须布置。

换热管2内的循环液体为不冻液或液氮气体，其中不冻液包括乙二醇水溶液或水，用于与能量桩进行热交换。

实际应用中当冬季降雪，提前开启循环泵3，利用换热管2将能量桩4中的浅层地热传至屋顶板块1上，板块1随着换热管2内的循环液体的热交换而逐渐升温或保持较高温度，降雪落在屋面板块1上会立刻融化成水，沿预设的坡道流走，避免形成积雪、溜冰现象，更杜绝了因积雪过重而导致的屋面坍塌情况的发生。在夏季，土层温度低于环境温度，可利用上述系统装置为屋顶降温，可以在一定程度上调节室内温度。

本实用新型的目的在于提供一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，以浅层地温能作为热源，通过埋设在能量桩4的桩基础内、建筑屋顶或桥面板内的换热管2，以换热管2内循环的不冻液或液氮气体为导热媒介，将浅层地温能传递至屋顶或桥面，以达到建筑屋顶或桥面除冰融雪的目的。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，包括多个板块（1）及温度循环系统，所述板块（1）的组成由上至下包括瓦楞彩钢板（6）、导热材料（8）、换热管（2）、管卡（7）、保温隔热材料（9）及平面彩钢板（10）；

所述瓦楞彩钢板（6）的凸起位置内部安装管卡（7），固定嵌入的换热管（2），所述换热管（2）与上方瓦楞彩钢板（6）之间铺设导热材料（8），换热管（2）下方铺设保温隔热材料（9），所述保温隔热材料（9）的下方包裹平面彩钢板（10）；

所述板块（1）埋设在需要进行除冰融雪的屋顶上部或下部，或桥面的内部，所述能量桩（4）埋置在土层中，通过换热管（2）与板块（1）连接；所述能量桩（4）的桩基础内埋设有换热管（2），所述换热管（2）为自封闭状态，内部填充循环液体；

所述换热管（2）与能量桩（4）之间安装循环泵（3），与温控开关（11）、热泵（12）连接形成温度循环系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述换热管（2）在能量桩（4）的桩基础内埋管形式为U形、W形或螺旋形。

3.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，还包括设置在屋顶或桥面的温度传感器和雨雪监控系统，所述温度传感器和雨雪监控系统与温度循环系统连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述瓦楞彩钢板（6）中瓦楞的高为1cm~5cm，宽为1cm~6cm，所述瓦楞的斜边与水平方向夹角为30°~90°，瓦楞之间的横向间距为5cm~50cm。

5.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述板块（1）内部的换热管（2）以U型方式连通。

6.根据权利要求5所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述换热管（2）的接头处设置有公母接头（5），能够用于板块（1）拼接时换热管（2）的连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述管卡（7）沿换热管（2）内循环液体流动的管道方向，间隔20cm~100cm布置，所述管卡（7）长5mm~30mm，与水平方向夹角为0°~75°。

8.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述换热管（2）的两端均布置有管卡（7）。

9.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述导热材料（8）包括金属小片或孔隙比为90%~95%的泡沫金属。

10.根据权利要求1所述的一种基于能量桩的屋顶或桥面除冰融雪系统装置，其特征在于，所述保温隔热材料（9）的厚度为1cm~10cm，包括岩棉、玻璃纤维棉或泡沫固体状材料。

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