提高傳熱效率的空心圓臺螺旋型能量樁結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉地源熱泵系統(tǒng)地埋管的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠提高傳熱效率的空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)，主要適用于建筑供暖供冷的地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]地源熱泵系統(tǒng)利用地下土體作為低品位冷熱源，由于地下土體溫度較為恒定，且溫度范圍非常適合熱泵機(jī)組高效運(yùn)行，故能有效減少機(jī)組運(yùn)行能耗，為建筑節(jié)能減排事業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件，其換熱效率對地埋管系統(tǒng)設(shè)計容量及運(yùn)行效果具有重要影響。單U型、雙U型垂直地埋管換熱器應(yīng)用較多，但是其鉆孔較深，一般在50m~120m范圍，對于南方地區(qū)，如重慶、成都等巖石地質(zhì)區(qū)域，鉆孔難度大，施工周期長，鉆孔費(fèi)用昂貴，其經(jīng)濟(jì)性制約了垂直U型地埋管的推廣應(yīng)用。此外，垂直U型地埋管存在較為嚴(yán)重的鉆孔內(nèi)熱短路現(xiàn)象，其換熱效率低。近年來，一種能量粧技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。由于能量粧可以依托建筑基礎(chǔ)埋設(shè)換熱管，大大減少了鉆孔費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)性較好。能量粧換熱管采用并聯(lián)雙U型、串聯(lián)雙U型及螺旋型布置，提高了傳熱效率，特別是螺旋型能源粧，大大增加了換熱流體與周邊土體的接觸面積，其換熱效率得到大幅度的提高。相關(guān)研宄已經(jīng)表明，螺距是影響螺旋型能量粧傳熱效率的重要因素，由于螺旋換熱管的螺距較小，導(dǎo)致軸向相鄰螺旋管之間的存在較為明顯的熱干擾現(xiàn)象，制約了螺旋型能量粧傳熱效率的提高，故如何降低軸向相鄰螺旋管的熱干擾程度，對提高螺旋型能源粧傳熱效率具有重要作用。
[0004]在本發(fā)明之前，中國發(fā)明專利“粧埋螺旋管式地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器的傳熱方法”(專利號:ZL200810159583.7)公開了一種在建筑粧基礎(chǔ)灌注粧鋼筋籠上綁扎埋設(shè)螺旋型換熱管的技術(shù)方案。該技術(shù)方案能夠減少專門的鉆孔埋管費(fèi)用，大大降低了系統(tǒng)初投資。換熱管的綁扎埋設(shè)與建筑粧基礎(chǔ)建設(shè)同時進(jìn)行，降低了施工周期。但是，該技術(shù)方案中換熱管呈螺旋形式布置，其螺旋間距較小，軸向相鄰螺旋管間的熱干擾強(qiáng)度較大，換熱效率收到限制。中國發(fā)明專利“一種預(yù)制能量粧的施工方法”(專利號:ZL201310441978.7)公開了一種將換熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)，空心鋼管代替?zhèn)鹘y(tǒng)實心鋼管作為預(yù)制粧主筋的能量粧施工技術(shù)方案。該技術(shù)方案解決了換熱管與主筋綁扎埋設(shè)造成的相互干擾、混凝土密實度、鋼筋腐蝕等技術(shù)問題，具有埋管存活率高、施工周期短、地下空間及工程造價節(jié)省的優(yōu)點。但是，其埋管布置形式為垂直U型，換熱流體與土體的接觸面積較小，換熱量及換熱效率不及螺旋型能量粧。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明專利針對目前地源熱泵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，在便于施工操作、減少初投資及不改變換熱流體與土體的接觸換熱面積的基礎(chǔ)上，減弱螺旋型能量粧的軸向熱干擾程度、提高能量粧換熱效率，提供一種能夠提高傳熱效率的空心圓臺螺旋型能量粧。
[0007]本發(fā)明專利的技術(shù)方案:提高傳熱效率的空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)，在土體層內(nèi)設(shè)置能量粧井，其特征在于:所述能量粧井呈圓錐臺狀，由能量粧上底面、能量粧下底面、能量粧側(cè)曲面與能量粧內(nèi)壁面構(gòu)成中間部位為圓柱體的圓錐臺狀的能量粧井，能量粧上底面的直徑大于能量粧下底面的直徑；
在能量粧井內(nèi)設(shè)置換熱管并固定，所述換熱管由依次連接的三部分組成:換熱管進(jìn)口管段、換熱管螺旋管段、換熱管出口管段；螺旋換熱管段沿能量粧側(cè)曲面設(shè)置并固定，換熱管進(jìn)口管段從能量粧上底面的邊緣垂直進(jìn)入，換熱管出口管段沿能量粧內(nèi)壁面豎直向上引出；
將換熱管設(shè)置在中空的能量粧井內(nèi)后，采用能量粧回填料對能量粧井進(jìn)行回填，得到能量粧回填料層。
[0008]進(jìn)一步的特征是:換熱管螺旋管段8按照截頂圓錐螺旋形式布置，螺距為100~300mm ;沿螺旋方向每隔1.5~3m，在能量粧側(cè)曲面上垂直打入固定釘，固定釘伸出側(cè)曲面30~40mm，固定釘?shù)拈g距從下底面向上底面的螺旋方向上逐漸增大，將換熱管螺旋管段依次綁扎在固定釘上，形成換熱管的螺旋管段。
[0009]換熱管為聚乙烯塑料管或聚丁烯管。
[0010]提高傳熱效率的空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)根據(jù)工藝要求，確定圓錐臺狀的能量粧井的參數(shù)；
(2)能量粧井的開挖成型:根據(jù)上述確定的參數(shù)，在工程所在地點進(jìn)行施工作業(yè)，開挖土體層，得到由能量粧上底面、能量粧下底面、能量粧側(cè)曲面與能量粧內(nèi)壁面構(gòu)成的中間部位為圓柱體的圓錐臺狀的能量粧井；
(3)在能量粧井內(nèi)設(shè)置換熱管:按照工藝要求，確定螺旋狀布置的換熱管的螺距，根據(jù)確定的螺距，沿螺旋方向每隔1.5~3m，在上述能量粧井的圓臺側(cè)曲面上打入固定釘，固定釘伸出側(cè)曲面30~40mm，固定釘?shù)拈g距從下底面向上底面螺旋方向上逐漸增大，將換熱管依次綁扎在固定釘上，形成換熱管的螺旋管段；
(4)換熱管出口管段的固定:沿豎直方向每隔0.5~lm，在能量粧內(nèi)壁面垂直打入固定釘，固定釘伸出圓柱外壁面30~40mm，將保溫后的換熱管出口管段綁扎在固定釘上；
(5)能量粧井的回填:采用能量粧井回填料，對綁扎完畢后的能量粧井進(jìn)行回填，得到所述的空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)。
[0011]對出口管段進(jìn)行保溫，保溫材料采用泡沫橡塑保溫材料，在一定長度出口管段上纏繞保溫材料，保溫層厚度為20~30mm。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明專利具有如下特點:
在保證有效換熱管長度一致的情況下，與傳統(tǒng)圓柱面布置的螺旋型能量粧相比，本發(fā)明專利的螺旋換熱管段呈一定的錐度布置，螺旋管沿徑向相互錯列，相鄰螺旋管在軸向上的熱干擾強(qiáng)度減弱，增大了螺旋管沿軸向上的傳熱能力；與土體換熱溫差較大的換熱流體從半徑較大的圓臺上底面流入，一定程度上減弱了能量粧上部的回填區(qū)域熱短路現(xiàn)象。綜上所述，本發(fā)明專利有效提高了能量粧的傳熱效率。與傳統(tǒng)圓柱面布置的螺旋型能量粧相比，本發(fā)明專利減少了能量粧的土方開挖量及回填料使用量，從而節(jié)省了能量粧的初投資。與傳統(tǒng)圓柱型能量粧相比，本發(fā)明專利井壁具有一定的錐度，降低了開挖過程中井壁坍塌風(fēng)險。而且，換熱管為聚乙烯塑料管或聚丁烯管，抗腐蝕能力顯著提高，大幅度提高使用壽命O
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明空心圓臺能量粧井縱向示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)布置平面示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明空心圓臺螺旋型能量粧結(jié)構(gòu)布置粧身縱向示意圖。
[0017]圖4為不同設(shè)計參數(shù)下單位管長換熱熱阻的對比圖(圓臺高度為1.5m)
圖中:I一土體層；2—能量粧井；3—能量粧上底面；4一能量粧下底面；5—能量粧側(cè)曲面；6—能量粧內(nèi)壁面；7—土體表面；8—換熱管螺旋管段；9一換熱管進(jìn)口管段；10—換熱管出口管段；11 一能量粧回填料層；12—能量粧上底面覆土層。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和具體實施例說明詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的【具體實施方式】
圖1所示的本發(fā)明空心圓臺能量粧井的結(jié)構(gòu)，在土體層I內(nèi)設(shè)置能量粧井2，該能量粧井2呈圓錐臺狀，倒置的圓錐狀；或者中間部位為圓柱體的圓錐臺狀，其能量粧上底面3的直徑大于能量粧下底面4的直徑；以保證能量粧具有一定的錐度，從而降低了井壁的坍塌風(fēng)險。能量粧側(cè)曲面5是斜面，能量粧內(nèi)壁面6是豎直的，或者帶斜度的；能量粧上底面3、能量粧下底面4、能量粧側(cè)曲面5與能量粧內(nèi)壁面6構(gòu)成中間部位為圓柱體的圓錐臺狀的能量粧井2，其截面為梯形結(jié)構(gòu)，直角梯形或非直角梯形。
[0020]能量粧井2的開挖成型:根據(jù)施工作業(yè)現(xiàn)場情況，刨除能量粧上底面覆蓋層12，覆土層厚度不小于1.5m，以空心圓臺能量粧上底面3為開挖的基準(zhǔn)面，按照空心圓臺的設(shè)計尺寸，采用半機(jī)械式挖孔方式對空心圓臺能量粧井2進(jìn)行成型。開挖時，在能量粧側(cè)曲面5上涂抹10~20mm厚的混凝土砂楽，保證能量粧側(cè)曲面5平整度和圓滑度?？招膱A臺能量粧下底面4的直徑不小于0.3mm，空心圓臺能量粧上底面3的直徑不大于2.5m，空心圓臺能量粧井7的高度為1.0-2.0m。
[0021]在能量粧井2內(nèi)設(shè)置換熱管并固定，所述換熱管由依次連接的三部分組成:換熱管進(jìn)口管段9、換熱管