提高傳熱效率的預(yù)制能量球地?zé)峤粨Q器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉地源熱栗系統(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預(yù)制能量球換熱器，主要適用于建筑供暖供冷的土壤熱栗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤源熱栗系統(tǒng)利用地下淺層巖土體作為低品位冷熱源(或熱匯)，由于地下一定深度的巖土體溫度較為恒定，且溫度范圍有利于熱栗機(jī)組高效運(yùn)行，故能有效減少機(jī)組運(yùn)行能耗，在建筑節(jié)能領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展。地埋管換熱器是土壤源熱栗系統(tǒng)的核心部件，其換熱效率決定了地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度及運(yùn)行調(diào)節(jié)控制方法。在工程實(shí)踐中，豎直單U型和雙U型地埋管換熱器應(yīng)用廣泛，但其鉆孔一般在50m?120m范圍，對(duì)于西南方地區(qū)如重慶、成都等地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，施工難度大，前期初投資大，其經(jīng)濟(jì)性制約了豎直地埋管的推廣應(yīng)用。此外，豎直地埋管換熱器存在較為嚴(yán)重的鉆孔內(nèi)熱短路現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低。近年來，一種可以依托建筑基礎(chǔ)埋設(shè)換熱器，大大減少了鉆孔費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)性較好能量粧技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。能量粧換熱管常常采用并聯(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)研究已經(jīng)表明，螺距是影響螺旋型能量粧傳熱效率的重要因素，由于傳統(tǒng)的螺旋換熱管的螺距較小，引起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(duì)提高螺旋型能源粧傳熱效率具有重要作用。
[0003]在本發(fā)明之前，中國發(fā)明專利“一種預(yù)制能量粧的施工方法”(專利號(hào):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(shí)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(shí)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(jià)節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)。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。中國發(fā)明專利“一種六邊形預(yù)制能量粧及其制作方法”(專利號(hào)CN103498470A)公開了一種把位于六邊形頂角，埋設(shè)有傳熱管的空心鋼管作為預(yù)制粧構(gòu)造主筋的能量粧技術(shù)方案;該技術(shù)方案將傳熱管埋設(shè)在空心鋼管內(nèi)，有效解決了傳熱管與鋼筋綁扎埋設(shè)造成的相互干擾、混凝土密實(shí)度不均、鋼筋籠易腐蝕、以及灌注粧基整體承載力低等技術(shù)問題;而且埋管存活率更高，便于粧體大量堆放和運(yùn)輸安全，施工工期短、地下空間和工程造價(jià)節(jié)省。但是，其換熱器埋設(shè)方式為豎直地埋管，換熱流體與周圍土體的接觸面積有限，換熱量及換熱效率不及螺旋型能量粧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明專利針對(duì)目前地源熱栗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，為提高地埋管換熱器的換熱效率，減弱螺旋地埋管之間的軸向熱干擾，設(shè)計(jì)一種提高傳熱效率的預(yù)制能量球地?zé)峤粨Q器。
[0005]本發(fā)明專利的技術(shù)方案:提高傳熱效率的預(yù)制能量球地?zé)峤粨Q器，包括球體骨架，其特征在于:所述球體骨架由預(yù)制能量球構(gòu)造筋和預(yù)制能量球箍筋構(gòu)成;所述預(yù)制能量球構(gòu)造筋呈圓形，數(shù)量為兩組或以上，豎向沿圓周360度方向設(shè)置，形成球體的經(jīng)線;所述預(yù)制能量球箍筋呈正多邊形，沿高度方向橫向設(shè)置，形成球體的瑋線;預(yù)制能量球箍筋采用焊接或綁扎的方式連接在對(duì)應(yīng)的預(yù)制能量球構(gòu)造筋上；
在球體骨架內(nèi)設(shè)置換熱管，所述換熱管包括相連接的換熱管進(jìn)口段、螺旋換熱管段和換熱管出口段，螺旋換熱管段位于換熱管進(jìn)口段、換熱管出口段之間；換熱管進(jìn)口段設(shè)置在頂部的箍筋內(nèi)側(cè)，螺旋換熱管段沿球體骨架螺旋布置，換熱管出口段位于箍筋的中心，下端與螺旋換熱管段的尾端連通;換熱管進(jìn)口段和換熱管出口段都豎直向上伸出球體骨架頂部一段距離；
在球體骨架內(nèi)填充回填料，或者其內(nèi)、外側(cè)都填充回填料。
[0006]進(jìn)一步的特征是:換熱管螺旋管段按照球面螺旋形式布置，螺距為100?300mm;沿螺旋方向?qū)Q熱管螺旋管段依次綁扎在預(yù)制能量球構(gòu)造筋或預(yù)制能量球箍筋上，形成換熱管的螺旋管段。
[0007]換熱管管材為聚乙烯塑料管或聚丁烯管。
[0008]螺旋換熱管段連接在預(yù)制能量球構(gòu)造筋和/或預(yù)制能量球箍筋外表面上。
[0009]在球體骨架頂部設(shè)置有吊裝環(huán)，吊裝環(huán)與預(yù)制能量球構(gòu)造筋或頂部的預(yù)制能量球箍筋相連。
[0010]提高傳熱效率的預(yù)制能量球換熱器的制造方法，其包括如下步驟:
(1)根據(jù)工藝要求，確定預(yù)制能量球換熱器構(gòu)造筋、箍筋的參數(shù)，加工構(gòu)造筋、箍筋，并對(duì)構(gòu)造筋和箍筋進(jìn)行捆扎成形；
(2)在捆扎好的圓球面上設(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，將換熱管依次綁扎在構(gòu)造筋上，形成換熱管的螺旋管段；
(3)換熱管出口管段的固定:沿豎直方向?qū)⒈睾蟮膿Q熱管出口管段依次綁扎在底部箍筋和頂部箍筋的中心；
(4)對(duì)連接完畢的換熱管進(jìn)行通水試驗(yàn)，檢驗(yàn)換熱管的密封性。
[0011](5)能量球粧井的開挖成型:根據(jù)上述確定的參數(shù)，在工程所在地點(diǎn)進(jìn)行施工作業(yè)，開挖土體層，得到滿足下一步施工要求的能量球粧井；
(6)將捆扎好了換熱管的球體骨架放置在能量球粧井內(nèi)，采用回填料，對(duì)球體骨架內(nèi)外進(jìn)行回填，得到所述的預(yù)制能量球換熱器。
[0012]對(duì)進(jìn)口段和出口管段進(jìn)行保溫，保溫層采用聚氨酯泡沫塑料或復(fù)合保溫材料，在一定長(zhǎng)度進(jìn)口段和出口管段上纏繞保溫材料，保溫層厚度為20?30mm。
[0013]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明專利具有如下特點(diǎn):
1、本發(fā)明專利的預(yù)制能量球換熱器的換熱管沿球面螺旋布置，螺旋換熱管的水平方向相互錯(cuò)列，削弱了相鄰螺旋管在豎直方向上的熱干擾，從而提高了螺旋管沿豎直方向上的傳熱能力；
2、能量球交換器與土體接觸的換熱面呈球面，和傳統(tǒng)能量粧換熱僅在水平方向上相比，能量球換熱器與土體之間360°換熱(能量球頂部及底部也參與換熱過程)，進(jìn)一步提高了換熱器和土體之間的熱能力。
[0014]3、本發(fā)明設(shè)計(jì)的能量球直徑約1000?2000_，開挖深度較傳統(tǒng)地埋管(垂直U型、能量粧)淺，開挖量小，深度淺，有效避免坍塌問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明預(yù)制能量球立體結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明預(yù)制能量球平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明預(yù)制能量球縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:I一預(yù)制能量球吊裝環(huán);2—換熱管進(jìn)口段;3—換熱管出口段;4一預(yù)制能量球箍筋;5—螺旋換熱管段;6—預(yù)制能量球構(gòu)造筋；8—回填料;10—球體骨架。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例說明詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的【具體實(shí)施方式】
圖1一圖3所示的本發(fā)明提高傳熱效率的預(yù)制能量球地?zé)峤粨Q器的結(jié)構(gòu)圖，包括球體骨架10，所述球體骨架10由預(yù)制能量球構(gòu)造筋6和預(yù)制能量球箍筋4構(gòu)成，直徑為1000?2000mm;所述預(yù)制能量球構(gòu)造筋6呈圓形，數(shù)量為兩組或以上，豎向沿圓周360度方向設(shè)置，形成球體的經(jīng)線，預(yù)制能量球構(gòu)造筋6的直徑比能量球球體直徑小60?100_，鋼筋直徑為15?25mm，圖示中的構(gòu)造筋6共三組，預(yù)制能量球構(gòu)造筋6上、下各交叉于同一點(diǎn)，采用焊接或綁扎的方式連接，預(yù)制能量球箍筋4呈正多邊形，如等邊三角形、正方形(包括矩形)、正五邊形、正六邊形、正七邊形、正八邊形等；圖中所示為正六邊形，邊長(zhǎng)為300?100mm，箍筋間距200?400mm，箍筋所用鋼材直徑為6?10mm，箍筋三組以上，圖示為五組;橫向設(shè)置的預(yù)制能量球箍筋4沿球體的高度方向水平設(shè)置，形成球體的瑋線;預(yù)制能量球箍筋4采用焊接或綁扎的方式連接在對(duì)應(yīng)的預(yù)制能量球構(gòu)造筋6上，形成球體骨架10。
[0020]在球體骨架10內(nèi)設(shè)置換熱管，所述換熱管包括相連接的換熱管進(jìn)口段2、螺旋換熱管段5和換熱管出口段3，螺旋換熱管段5位于換熱管進(jìn)口段2、換熱管出口段3之間；換熱管管材選用聚乙稀(PE)管材或聚丁稀(PB)管材，內(nèi)徑為25?32mm，管壁厚5?8mm，管長(zhǎng)度根據(jù)能量球球體實(shí)際尺寸確定。換熱管進(jìn)口段2設(shè)置在(固定在)頂部的箍筋4內(nèi)側(cè)，螺旋換熱