[发明专利]一种传热增强型预制螺旋能量桩及其施工方法

说明书

本发明涉及新型地源热泵系统的埋管的技术领域，具体地说是一种传热增强型预制螺旋能量桩及其施工方法。所述的传热增强型预制螺旋能量桩包括桩帽、桩身、螺旋叶片、桩靴和桩身内的换热管；所述的桩帽和桩靴分别与桩身的两端焊接连接，三者对中，其中，桩帽顶面中心预留设有凹槽，凹槽中设有块体；凹槽两侧预留有两个孔洞用于换热管的穿过；桩靴为圆锥形靴体，靴体表面布设有凸起的螺纹；桩身为预制钢筋混凝土桩，所述螺旋叶片与桩侧预埋钢筋焊接在一起，紧贴桩侧表面；螺旋叶片与桩身之间填充有填充物；螺旋叶片在沿桩长方向由若干个螺旋段焊接而成；换热管的螺旋段绑扎在钢筋笼外侧，出口段绑扎在钢筋笼内侧。

技术领域

本发明涉及新型地源热泵系统的埋管的技术领域，具体涉及适用于建筑供暖供冷的地源热泵技术领域，具体地说是一种传热增强型预制螺旋能量桩及其施工方法。

背景技术

地源热泵系统主要包括地埋管换热器和热泵系统，是开采土体中蕴含浅层地温能常用的方法。地埋管换热器是通过在土体中钻孔，钻孔内设置换热管，钻孔内回填等方法形成的一种地热能提取装置，其利用土壤和大气之间的温差，可在冬夏两季实现土壤和大气之间的能量交换。然而，地埋管换热器高昂的钻孔费用和较大的土地使用空间会限制地源热泵技术的推广和应用。

中国实用新型专利号为201620263236.9，名称为空心圆台螺旋型能量桩的换热管的专利，公开了空心圆台螺旋型能量桩的换热管，由依次连接的进口管段、螺旋管段和出口管段三部分组成，通过呈锥度布置换热管，以及螺旋管相互错列，既能减少热干扰强度，又能增加传热能力。中国实用新型专利号为200810159583.7，名称为桩埋螺旋管式地源热泵系统及其地热换热器的传热模型的专利，公开了一种桩埋螺旋管式地源热泵系统及其地热换热器的传热模型，结构包括地热换热器，地热换热器通过管路与空调热泵系统连接，空调热泵系统则与向建筑物内的输送和末端系统连接，所述地热换热器有多个，每个地热换热器由建筑物桩基和埋设在桩基内的螺旋管组成桩埋螺旋管式地热换热器。通过提出实心圆柱面热源模型，用格林函数法求出了该传热模型的两个解析解表达式，通过建立传热模型，分析桩埋螺旋管地热换热器的各种参数以及对传热能力的影响。

换热器的换热效率与换热面(即换热器与周围环境的接触面)的大小成正比。然而现有技术中，能量桩大多采用圆柱形的几何结构形式，导致能量桩与周围土体的换热面有限，从而限制能量桩的换热效率。因此，有必要提出一种新型能量桩，使其可有效增加能量桩与土体的换热面，从而大大提高能量桩的换热效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足和缺陷，解决传统能量桩与土体接触面积小导致换热效率低的问题；本发明提出一种传热增强型预制螺旋能量桩及其施工方法。通过将螺旋叶片与桩身采用钢筋焊接连接构成螺旋能量桩，通过利用螺旋桩桩身表面分布螺旋叶片，使得桩身与周边土体接触面积增大，实现承载性能好、换热效率高的方案。

为实现本发明目的而采用的技术方案如下：

一种传热增强型预制螺旋能量桩，包括桩帽、桩身、螺旋叶片、桩靴和桩身内的换热管；所述的桩帽和桩靴分别与桩身的两端焊接连接，三者对中，其中，桩帽顶面中心预留设有凹槽，凹槽中设有块体；凹槽两侧预留有两个孔洞用于换热管的穿过，桩帽直径与桩身直径相同；桩靴为圆锥形靴体，靴体表面布设有凸起的螺纹，靴体最大直径与桩身直径相同。

所述桩身为预制钢筋混凝土桩，在预制时桩侧表面设置预埋钢筋，与桩体钢筋笼焊接在一起并伸出桩侧表面；所述预埋钢筋设置在螺旋叶片路径上。

所述螺旋叶片与桩侧预埋钢筋焊接在一起，紧贴桩侧表面；螺旋叶片与桩身之间填充有填充物；螺旋叶片在沿桩长方向由若干个螺旋段焊接而成。

所述换热管由入口段、螺旋段和出口段组成，螺旋段形状呈螺旋状，入口段和出口段为直管；螺旋段绑扎在钢筋笼外侧，出口段绑扎在钢筋笼内侧，入口段和出口段的端部从桩帽预留孔洞穿出。

进一步，所述桩帽、块体、螺旋叶片材质为钢材。