[发明专利]一种地热能采集桩基及施工方法

说明书

  

技术领域

本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种地热能采集桩基及施工方法。 

  

背景技术

地热资源是一种清洁能源，且分布广、造价低、使用方便，具有广阔的开发和应用前景。地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，通过消耗电能，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。地源热泵不需要人工的冷热源，可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热，向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷，是一种有效地利用能源的方式。但是，地源热泵埋设需要占用较大的土地面积，且初期埋设成本高，因此其经济性较差。 

在本发明之前，中国专利（专利申请号：200610016545.7）公开了“低温地热能转换预制钢筋混凝土方桩”，通过在预制钢筋混凝土方桩中埋设各形状的管状换热器装置进行承载、挡土支护、地基加固的同时，可以进行浅层低温地热能转换，起到桩基和地源热泵预成孔直接埋设管状换热器的双重作用。在采用焊接法接桩或法兰法接桩的预制钢筋混凝土方桩中的钢筋笼内沿，绑扎U型管状换热器或螺旋型盘管换热器或其它形状的管状换热器，随方桩沉桩至土(岩)层中。预制钢筋混凝土方桩内的各类管状换热器与地表管路连接，换热器管路内充填交换流体，通过管状换热器系统中的交换流体与钢筋笼、桩身混凝土、桩周土-水系统进行热交换，形成封闭式地源热泵的地下低温地热能交换器。这种能量桩虽然不增加用地面积，但具有以下缺点：（1）U形管绑扎在钢筋笼上，并埋设在混凝土中，与桩身一起受力变形，容易造成管道的变形和损坏；（2）U形管埋设在混凝土中，不能回收、不能重复使用，也不能进行检修，在使用过程中出现问题无法补救；（3）预制桩需要接桩，U形管的接头难以处理，容易造成热源的损失；（4）U形管道埋在混凝土中，使桩在受力时在U形管周围产生应力集中，不利于桩身的受力，容易产生局部破坏，桩的承载力降低。此外，中国专利（专利申请号：200410082851.1）还公开了“一种地下能源采集桩”，在混凝土管桩内设置有一U型管，混凝土管桩的上端设有混凝土填芯盖，U型管的上端穿出混凝土填芯盖外，并通过紧固件予以固定。可直接利用混凝土管桩进行地源热泵系统中的闭环系统管路的安装。该能量桩虽然将导热管与混凝土分离，但这种能量桩仍具有以下缺点：管桩与U型管之间是相互分离的，两者相隔有一定的距离，不利于热量的传递，地热需要通过管桩混凝土传到管腔中间的材料、在传递到U形管，传递路径复杂，热量损失多，利用效率不高。 

  

发明内容

本发明的目的就在于克服传统能量桩的缺陷，充分利用大直径管桩的内部空间，开发一种施工便捷、经济性好、使用方便的地热能采集桩基及施工方法。 

一种地热能采集桩基，由大直径现浇或预制管桩、导热液体、分流板、盖板、底板、导热管、集热器等部分组成，其特征在于：现浇大直径管桩桩底采用钢筋混凝土完全封闭；现浇大直径管桩顶部设置钢筋混凝土盖板；在盖板上设置多个孔洞，分别作为进水口和出水口；在现浇大直径管桩内部空腔内设置分流板，分流板宽度与管桩内径宽度相等，分流板沿桩长通长布置，且位于桩中线上，将管桩空腔一分为二；在分流板靠近底部的位置设置多个孔洞，作为导热液体循环的通道；管桩空腔内注满导热液体；导热管穿过盖板上的孔洞深入到管桩空腔内的导热液体中；导热管与集热器连接，并与管桩空腔一起形成一个循环通道。 

所述的管桩为大直径现浇管桩或者预制管桩。 

所述的分流板上、下、左、右边缘通过密封胶与混凝土接触处密封。 

    所述的盖板为活动式，可拆卸，盖板直径与管桩内直径相等。 

所述盖板上的孔洞直径大小与导热管外直径相等，数量与导热管数量相等。其中一半孔洞连接进水管、一半孔洞连接出水管。 

所述的分流板底部设置的孔洞面积之和大于盖板上孔洞面积之和的一半。 

    所述的导热管在盖板顶部上方的位置设置活动接头，可用于拆卸。 

  

本发明一种地热能采集桩基的施工方法，包括以下技术步骤：

（1）在桩位施工钢筋混凝土管桩，并进行混凝土养护。必须使桩体混凝土养护达到一定强度才能进入下一步骤以保证施工安全。

（2）预制钢筋混凝土盖板，并按要求预留孔洞。