[实用新型]带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土管桩

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种将桩基施工与地源热泵预成孔埋设管状换热器施工一体化的技术，具体涉及一种管壁中带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土预应力空心管桩。

背景技术

目前公知的预制钢筋混凝土预应力管桩是指在工厂通过先张法工艺制作的预应力高强混凝土管桩(代号PHC)、预应力混凝土管桩(代号PC)、预应力混凝土薄壁管桩(代号PTC)。不同的预制钢筋混凝土管桩的尺寸、力学性能、构造要求、设计、生产、施工、验收等方面均应符合《预应力混凝土管桩》(图集号03SG409)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)、《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2011)、《混凝土结构设计规范》(GB5010-2010)等国家和行业相关规范的要求。

能源和环境问题已经引起世界广泛关注，地热能因其环境友好特性在建筑采暖和制冷方面正通过地源热泵技术逐步替代传统能源。地表下一定深度的地热能温度常年保持不变，夏季低于室外温度冬季高于室外温度，地源热泵夏季通过交换介质将建筑物内产生的热量转移到土壤中，冬季通过交换介质将土壤中的热量转移到室内从而达到制冷和采暖的目的(夏才初,曹诗定,王伟.能源地下工程的概念、应用与前景展望[J].地下空间与工程学报,2009-6,5(3):419-424)，其工作原理如图1所示。

现阶段地源热泵的埋管方式主要分为水平埋管和垂直埋管，水平埋管埋深较浅，施工方便，但占用空间较大，系统受地面温度影响较大运行不稳定换热效果差；垂直埋管虽克服了水平埋管的一部分缺点但因其钻孔费用高昂，施工复杂(余闯,潘林有,刘松玉等.热交换桩的作用机制及其应用[J].岩土力学,2009-4,30(4):933-948)也一直饱受诟病，成为地源热泵技术发展道路上的重大障碍。

桩基是建筑物较为常用的基础形式，其直径从0.5m到2.0m不等，长达数十米甚至百米，若能将建筑桩基作为地源热泵管状换热器的载体，便可使桩基施工与地源热泵预成孔埋设管状换热器的施工一体化，从而省去钻孔埋设地源热泵管状换热器的复杂施工过程，减少地源热泵施工周期及初期投资。国内外现有的一体化施工大多基于灌注桩，需要在桩基施工现场将各种形状的管状换热器绑扎到灌注桩的钢筋笼上，施工难度较大，准确性更是难以保证，而且管状换热器在灌注混凝土时容易挤压破坏，还可能阻碍注浆导管的下放，从而影响施工效率。此外国内已有的公开发明称为“低温地热能转换预应力混凝土管桩”，其申请号为(200610016544.2)公开号为(1800510)。其实际上是在预制管桩施工完毕后在管桩管内孔中下放各种形状的管状换热器，管桩孔壁与换热器之间充填回填材料，仅管桩的施工工艺避免了钻孔出现的缩颈、塌孔等问题，并没有从实质上解决钻孔埋设管状换热器施工工艺复杂的问题，此外换热效率还受回填材料导热性能的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改变现阶段地源热泵技术钻孔费用高，灌注桩管状换热器施工复杂的不利现状，促进地源热泵技术的推广使用，提供一种带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土管桩，将桩基施工与地源热泵预成孔埋设管状换热器的施工一体化，桩基在传统承载作用的基础上具有进行地热转换的功能。

本实用新型采用的技术方案为：一种带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土管桩，该管桩设置在土层中，并通过地表交换管路、地源热泵机组与建筑物连接；

所述带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土管桩包括双半圆W并联形换热器、钢筋笼、配套弯头、金属保护套筒、混凝土、换热器流体进口、换热器流体出口和交换介质，所述钢筋笼内侧绑扎有双半圆W并联形换热器，双半圆W并联形换热器内设有交换介质，并沿管桩全长布设，所述钢筋笼和双半圆W并联形换热器均浇筑在混凝土中形成预制钢筋混凝土管桩的管壁，双半圆W并联形换热器上部分别设有换热器流体进口和换热器流体出口，换热器流体进口和换热器流体出口通过配套弯头在距桩顶0.5m处从管桩侧弯曲向管桩管壁外，所述配套弯头外设有金属保护套筒，双半圆W并联形换热器底部距桩底0.1m。

作为优选，所述双半圆W并联形换热器为高密度聚乙烯(HDPE)材质，管径依据管桩壁厚确定。

作为优选，在当预制钢筋混凝土管桩设计桩长较长需要分段生产、施工时，所述带有地源热泵双半圆W并联形换热器的预制钢筋混凝土管桩分为上段桩、中段桩和下段桩；

所述上段桩中的双半圆W并联形换热器在距离桩底0.5m处垂直向下；