[发明专利]一种半开放式受迫对流换热能源桩管桩系统

说明书

本发明提供一种半开放式受迫对流换热能源桩管桩系统，包括预制混凝土管桩和开放式换热管，开放式换热管包括进液管和回液管，在预制混凝土管桩的桩孔内形成一体的换热室，进液管进入换热室的底部，回液管安装在换热室的顶部，换热介质经进液管输入桩孔底部，从下面向上流经整个桩孔，从桩顶流出，与预制混凝土管桩外的土体完成受迫对流。本发明的能源桩系统利用了管桩桩孔内注入的水进行循环，在桩孔内形成受迫对流，提高了换热效率，节省了材料与费用；且施工安装简便；且桩孔内部的开放管路杜绝了渗漏问题，相比传统灌注桩或管桩埋管方便、可靠。

技术领域

本发明涉及建筑桩基础和地源热泵技术领域，尤其涉及一种可利用管桩桩孔实现受迫对流换热的新型能源桩。

背景技术

地源热泵技术是利用地埋管换热器与热泵机组系统，通过换热器中循环液体实现建筑与土体换热的一种新兴节能技术。系统在夏季将建筑的热量排入地下，冬季从地下取热供建筑使用，能有效利用浅层地温能这种清洁能源。其系统具有不受空气温度影响、无结霜、能效比高等优点，得到广泛关注。

传统的地源热泵机组的换热管埋设需要占用大面积的土体，但目前城市用地较为紧张，导致其成本较高。而且，换热管需安装在较深的土体预钻孔中，并回填填料封孔，费用较高。而能源桩是通过放入建筑桩基中的地埋管换热器，经桩体混凝土实现与周边土体换热的新技术，能节约占地、钻孔费用等传统地源热泵系统的初投资。

而能源桩的施工与制作也有其自身限制。最常见的是将换热管绑扎于钻孔灌注桩的钢筋笼上，后回灌混凝土，将管路埋于混凝土中。但该桩型绑扎管道复杂，且吊装施工过程中易使管道接头损坏造成渗漏；在混凝土水化过程中放出的热量和相应的混凝土膨胀易挤压管路，导致管路漏水或者堵塞，成活率受限制。也有管桩能源桩的先例如：一种预制能量桩的施工方法（ CN 103485332 B），一种PCC能量桩及其施工方法（CN 108775010 A）等发明，是将换热管放入管桩的桩壁内或桩孔内后回填桩芯土。若管路埋于桩壁内，多节管桩接桩使传热管接头极不方便，同时管桩桩壁本身较薄，管路埋设影响混凝土整体性能；若管路埋于桩孔，其回填过程不易控制填芯密实度，进而影响换热能力。此外回填过程也可能给管路接头施加太大压力，造成破裂。且优质回填材料成本较高。打桩过程中的土塞效应，也易造成有效埋管深度不足的缺陷。还有建筑物基础管桩的新用途及管桩式地源热泵换热器（CN 107990576 A），在管桩的内腔中注入换热介质，在管桩的封头设有伸入到管桩上部的短取水管和伸入到管桩深处的长取水管，多个管桩并联后构成地源热泵系统的换热器，靠水的比重自然对流。

发明内容

发明目的：本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种施工方便、快捷，管路成活率高，桩身换热能力强的新型能源桩，实现此新技术的进一步推广应用。

技术方案：本发明所述的半开放式受迫对流换热能源桩管桩系统，包括预制混凝土管桩和开放式换热管，所述开放式换热管包括进液管和回液管，所述预制混凝土管桩在桩孔内形成一体的换热室，所述进液管进入换热室的底部，所述回液管安装在换热室的顶部，换热介质经进液管输入桩孔底部，从下面向上流经整个桩孔，从桩顶流出，在桩孔内完成受迫对流。

具体地，所述进液管底端距桩孔底面20cm以上；所述回液管插入至桩顶承台混凝土填芯底端，并伸入桩孔中5-10cm。使用时，进水管持续进水直至水将桩孔内的空间填满，多余水能从回水管流出。进水管另一末端通过进水分集管与热泵相连，回水管另一端连接回水分集总管后接入热泵机组。

具体地，第一节混凝土管桩桩头焊接桩尖封口，确保打桩时桩底不形成土塞即可，保证桩孔的有效长度，不需要严格密封。成桩后，从桩顶的桩孔向下灌入少量混凝土，使其在桩底能形成10-20cm的混凝土封底层，待其凝固后，即可对桩底达到密封效果。