【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于土木建筑工程，尤其涉及一種低應力相變能源樁、包括該低應力相變能源樁的地源熱泵換熱系統(tǒng)及其施工方法。
技術介紹
1、為了緩解建筑物在運營過程中能耗大、環(huán)境污染重、能源利用率低等問題，國內外學者和工程師在地源熱泵技術經(jīng)驗的基礎上，不斷嘗試淺層地熱能利用的新工藝和新方法。隨后發(fā)展了一種新型的建筑節(jié)能技術——能源樁技術(能源樁、能量樁)。
2、其中，該能源樁技術主要是將傳統(tǒng)的地埋管地源熱泵系統(tǒng)與建筑物的樁基礎相結合，即在建筑物各種形式的樁基礎內植入地下熱交換管路系統(tǒng)，從而不僅能實現(xiàn)空間資源的合理利用，而且能從地層中獲取淺層地溫能資源，如圖1、圖2所示。該類能源樁主要原理是：通過熱交換管內循環(huán)溶液介質與樁周巖土體之間的溫度差，實現(xiàn)樁土之間的熱交換，從而利用淺層地熱能實現(xiàn)對地上建筑物夏季制冷和冬季供暖的目標。
3、針對能源樁的優(yōu)化主要是集中在提高其傳熱性能和換熱效率，通常是采用優(yōu)化換熱管的形式、改變管內流體的等方法實現(xiàn)。上述方法通常是增加地埋管的數(shù)量、長度以擴大換熱面積，這不僅使樁的結構變復雜，而且容易使得樁體產(chǎn)生較大的溫度應力，從而影響樁基的承載力和上部建筑結構的安全性。
4、此外，相變材料在建筑節(jié)能領域應用廣泛，其可以在相變過程中吸收或釋放大量的潛熱，從而對環(huán)境溫度進行有效的調控。該類相變材料被廣泛的應用于建筑物墻體或屋頂?shù)谋夭牧稀⑤椛涔┡到y(tǒng)、智能調溫窗戶、建筑儲能單元等。一些學者們隨后將該材料應用到能源地下結構中，從而增加結構體的能量密度、提高換熱量，從而減小熱交換所需要的地下空間
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術中的不足，本專利技術的目的在于提供一種低應力相變能源樁、包括該低應力相變能源樁的地源熱泵換熱系統(tǒng)及其施工方法。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術所采取的解決方案如下：
3、第一個方面，本專利技術提供一種低應力相變能源樁，包括至少一個樁單體，每個樁單體包括樁體和位于所述樁體內的圓柱筒型固定支架、能源管和混凝土，其中，所述能源管固定在所述固定支架中，所述能源管和所述固定支架預設在所述樁體中，所述混凝土填充于所述樁體中，所述能源管的入口端和出口端伸出所述混凝土，所述能源管的管體包括呈套筒型、其截面為回字形的內管和外管，所述套筒型能源管的內管用于通入換熱的冷熱溶液，所述套筒型能源管的內管和外管之間用于填充相變材料。
4、優(yōu)選地，所述圓柱筒型固定支架為鋼筋籠，所述鋼筋籠包括多個主筋和多個箍筋，所述主筋沿所述樁體的周向垂直均勻設置，每個箍筋水平地與主筋固定連接，相鄰兩個箍筋之間的距離相等，所述套筒型能源管固定在所述鋼筋籠的主筋上。
5、優(yōu)選地，所述能源管整體呈u字型、w字型或螺旋型；優(yōu)選地，所述能源管整體呈w字型。
6、優(yōu)選地，所述相變材料為石蠟。
7、優(yōu)選地，所述低應力相變能源樁包括多個并列連接的樁單體。
8、第二個方面，本專利技術還提供一種地源熱泵換熱系統(tǒng)，包括熱泵換熱器、室內空調循環(huán)系統(tǒng)、埋在土壤中的如上所述的低應力相變能源樁和樁身周圍的土體；所述低應力相變能源柱的入口端和出口端分別與所述熱泵換熱器的第一出口端和第一入口端連接，所述熱泵換熱器的第二出口端和第二入口端分別與所述室內空調循環(huán)系統(tǒng)的入口端和出口端連接。
9、優(yōu)選地，所述室內空調循環(huán)系統(tǒng)包括風機盤管和/或地暖系統(tǒng)，所述風機盤管設置于室內墻體內，所述地暖系統(tǒng)設置于室內樓層底板中。
10、第三個方面，本專利技術還提供一種如上所述的地源熱泵換熱系統(tǒng)的施工方法，包括如下步驟：
11、s1、根據(jù)建筑物結構荷載大小，結合地層條件，設計低應力相變能源樁的樁單體的截面直徑與樁長、主筋與箍筋尺寸型號和數(shù)量以及樁間距，根據(jù)淺層地層溫度分布情況及室內空調循環(huán)系統(tǒng)能量需求，設計能源管的埋置形式、內管和外管的直徑與長度；
12、s2、制作數(shù)根直的能源管，將相變材料加熱使其成為熔融狀態(tài)，然后倒入直的能源管的內管和外管之間的空隙內，并在直的能源管的兩端、內管和外管之間的空隙內塞入密封材料，然后將四根直的能源管在兩段能源管的首尾之間通過橡膠管連接，接口處通過金屬卡箍進行銜接加固，制作成整體呈w字型的能源管；
13、s3、將制作好的能源管綁扎在鋼筋籠上，然后澆筑混凝土，能源管的頂部從相變能源樁的樁體的上側延伸出一段長度，形成與熱泵換熱器連接的入口端和出口端，完成一個樁單體的制作，然后將數(shù)個這樣的樁單體埋入土壤中，相互并聯(lián)連接后的入口端和出口端分別與熱泵換熱器的第一出口端和第一入口端連接，用于熱交換載體中冷熱溶液的輸入和輸出；
14、s4、將熱泵換熱器的第二出口端和第二入口端分別與室內空調循環(huán)系統(tǒng)中的風機盤管和/或地暖系統(tǒng)的入口端和出口端進行連接，形成回路，用于樁土熱交換后的冷熱能量進入室內空調循環(huán)系統(tǒng)中的風機盤管和/或地暖系統(tǒng)來調節(jié)室內溫度。
15、第四個方面，本專利技術還提供一種如上所述的地源熱泵換熱系統(tǒng)的熱交換方法，包括如下步驟：
16、將來自熱泵換熱器的冷熱溶液通過低應力相變能源樁頂部的入口端流入能源管的內管中，冷熱溶液在能源管的內管中流動，并與樁身周圍的土體進行熱交換；
17、能源管的內管和外管之間填充相變材料，夏季內管中循環(huán)的熱溶液一部分熱量儲存在內管和外管之間的相變材料中，冬季內管中循環(huán)的冷溶液一部分冷量儲存在內管和外管之間的相變材料中；
18、最后，能源管的內管中的循環(huán)溶液由頂部的出口端回流至熱泵換熱器中，完成一次熱循環(huán)。
19、有益效果
20、本專利技術提供的一種低應力相變能源樁以及包括該低應力相變能源樁的地源熱泵換熱系統(tǒng)，采用截面為回字形的套筒型能源管，內管用于通入換熱的冷熱溶液，內管和外管之間填充相變材料，在保持現(xiàn)有能源樁體內部結構形式的基礎上，既能維持樁體原有的傳熱性能和換熱效率，而且有效地避免了樁體溫度變化過大而產(chǎn)生的熱應力對樁體本身和上部建筑結構的影響，可以最大程度地保證樁體力學性質的穩(wěn)定可控，從而更好地應用于現(xiàn)場實際工程中。
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1.一種低應力相變能源樁，其特征在于，包括至少一個樁單體，每個樁單體包括樁體和位于所述樁體內的圓柱筒型固定支架、能源管和混凝土，其中，所述能源管固定在所述固定支架中，所述能源管和所述固定支架預設在所述樁體中，所述混凝土填充于所述樁體中，所述能源管的入口端和出口端伸出所述混凝土，所述能源管的管體包括呈套筒型、其截面為回字形的內管和外管，所述套筒型能源管的內管用于通入換熱的冷熱溶液，所述套筒型能源管的內管和外管之間用于填充相變材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在于，所述圓柱筒型固定支架為鋼筋籠，所述鋼筋籠包括多個主筋和多個箍筋，所述主筋沿所述樁體的周向垂直均勻設置，每個箍筋水平地與主筋固定連接，相鄰兩個箍筋之間的距離相等，所述套筒型能源管固定在所述鋼筋籠的主筋上。
3.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在于，所述能源管整體呈U字型、W字型或螺旋型；優(yōu)選地，所述能源管整體呈W字型。
4.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在于，所述相變材料為石蠟。
5.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在
6.一種地源熱泵換熱系統(tǒng)，其特征在于，包括熱泵換熱器、室內空調循環(huán)系統(tǒng)、埋在土壤中的如權利要求1-5任一項所述的低應力相變能源樁和樁身周圍的土體；所述低應力相變能源柱的入口端和出口端分別與所述熱泵換熱器的第一出口端和第一入口端連接，所述熱泵換熱器的第二出口端和第二入口端分別與所述室內空調循環(huán)系統(tǒng)的入口端和出口端連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的地源熱泵換熱系統(tǒng)，其特征在于，所述室內空調循環(huán)系統(tǒng)包括風機盤管和/或地暖系統(tǒng)，所述風機盤管設置于室內墻體內，所述地暖系統(tǒng)設置于室內樓層底板中。
8.一種如權利要求6或7所述的地源熱泵換熱系統(tǒng)的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：
9.一種如權利要求6或7所述的地源熱泵換熱系統(tǒng)的熱交換方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種低應力相變能源樁，其特征在于，包括至少一個樁單體，每個樁單體包括樁體和位于所述樁體內的圓柱筒型固定支架、能源管和混凝土，其中，所述能源管固定在所述固定支架中，所述能源管和所述固定支架預設在所述樁體中，所述混凝土填充于所述樁體中，所述能源管的入口端和出口端伸出所述混凝土，所述能源管的管體包括呈套筒型、其截面為回字形的內管和外管，所述套筒型能源管的內管用于通入換熱的冷熱溶液，所述套筒型能源管的內管和外管之間用于填充相變材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在于，所述圓柱筒型固定支架為鋼筋籠，所述鋼筋籠包括多個主筋和多個箍筋，所述主筋沿所述樁體的周向垂直均勻設置，每個箍筋水平地與主筋固定連接，相鄰兩個箍筋之間的距離相等，所述套筒型能源管固定在所述鋼筋籠的主筋上。
3.根據(jù)權利要求1所述的低應力相變能源樁，其特征在于，所述能源管整體呈u字型、w字型或螺旋型；優(yōu)選地，所述能源管整體呈w字型。
4.根據(jù)權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：戴旭，孫旻，吳劍秋，吳元昊，李拙民，竇錦鐘，王煒，袁青云，呂行行，張永剛，曹明洋，
申請(專利權)人：中國建筑第八工程局有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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