土壤源热泵系统埋管方法及土壤源热泵系统

技术领域

本发明涉及土壤源热泵系统，具体而言，涉及一种土壤源热泵系统埋管方法及土壤源热 泵系统。

背景技术

土壤源热泵系统按照其地埋管换热系统的铺设方式可分为水平埋管和竖直埋管。对于竖 直埋管按照埋管换热器与建筑物位置关系，又可分为在建筑物外部空地埋管，在建筑物基础 底部桩基内埋管，以及在建筑物基础底部桩基间埋管三种布置方式。

目前，因技术及施工难度相对较低，在建筑物外部空地布置竖直地埋管的应用最为普遍， 但随着城市化进程的加快，建筑的容积率越来越低，对于一些建筑密集的城区，仅依靠在建 筑物周围的空地下布置地埋管，埋管数量已不能满足实际需求，这限制了土壤源热泵系统进 一步的推广应用。

建筑物底部布置地埋管能对其埋管数量进行有力补充。但建筑桩基间布置竖直地埋管的 过程中，需要在建筑桩基间的地基土中钻井布管，其深度一般深达几十米甚至上百米，钻井、 回填等施工作业对建筑地基土体的改变，不可避免的会对建筑物基础承载力特性产生影响。 并且进行建筑物底部布置地埋管的设计、施工工艺方法和常规土壤源热泵工程也有很大差异。 现有的空地铺设地埋管的方法不能够作为有效参考。目前也没有合理安全的能够在建筑物底 部布置地埋管的方法。

发明内容

本发明旨在提供一种土壤源热泵系统埋管方法及土壤源热泵系统，以解决现有技术中的 土壤源热泵系统不能在建筑物底部安全地布置埋管的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种土壤源热泵系统埋管方法，该 土壤源热泵系统埋管方法包括：在桩基内竖埋管，将第一换热管预制在桩基内，具体包括： 将第一换热管预先放置在桩基的钢筋笼内部，然后向钢筋笼内浇筑混凝土，以形成桩基；在 桩基间竖埋管，将第二换热管埋入桩基之间；通过水平集合管将第一换热管与第二换热管连 通。

进一步地，第一换热管为螺旋形换热管，第二换热管为U形换热管。

进一步地，第一换热管的管距为100mm。

进一步地，在桩基间竖埋管，将第二换热管埋入桩基之间的步骤中包括：在桩基间钻孔， 将第二换热管放入钻孔内，对钻孔进行回填。

进一步地，在桩基间钻孔的步骤之前还包括：确定第二换热管与桩基的安全距离，本步 骤包括：判断桩基的类型；若桩基为端承型，则第二换热管与桩基的中心距S大于或等于2.5 倍的桩基的直径；若桩基为非挤土灌注桩，则第二换热管与桩基的中心距S大于或等于3.0倍 的桩基的直径；若桩基为挤土桩，则第二换热管与桩基的中心距S大于或等于3.5倍的桩基的 直径。

进一步地，对钻孔进行回填的步骤中包括：选用回填料，回填料凝固后的强度大于或等 于原土质强度；将回填料填入钻孔内。

根据本发明的另一方面，提供了一种土壤源热泵，该土壤源热泵系统包括：空调末端； 埋管部，埋管部包括预制埋设在桩基内的第一换热管和埋设在桩基间的第二换热管；水平集 合管，水平集合管连接第一换热管和第二换热管；地源热泵主机，地源热泵主机连接在水平 集合管与空调末端之间。

进一步地，土壤源热泵系统还包括地源侧循环泵和空调侧循环泵，地源侧循环泵设置在 水平集合管上，且位于埋管部与地源热泵主机之间，空调侧循环泵设置在水平集合管上，且 位于地源热泵主机与空调末端之间。

进一步地，土壤源热泵系统还包括监测桩基沉降量的沉降监测部，沉降监测部包括：液 体静力水准器，液体静力水准器为多个，且一一对应地分布在各监测点，连通管连接各液体 静力水准器，使任意两个液体静力水准器之间连通；位移传感器，位移传感器的数量与液体 静力水准器的数量一致，且位移传感器一一对应地设置在液体静力水准器上，并监测液体静 力水准器的液面移动；巡检仪，巡检仪与位移传感器连接，收集并处理位移传感器监测的液 体静力水准器的液面移动，以确定桩基的沉降量。

进一步地，沉降监测部还包括：计算机监测中心，计算机监测中心与巡检仪连接，收集 并处理巡检仪输送的信息，并计算出各监测点之间的相对沉降量；无线传输模块，无线传输 模块与计算机监测中心连接，若计算机监测中心监测的各监测点之间的相对沉降量超过预警 值，则无线传输模块发出报警信息。

应用本发明的技术方案，通过该土壤源热泵系统埋管方法能够在桩基内预埋第一换热管， 有效利用桩基内的空间，提高埋管数量，以使换热面积增大，提高负载能力。桩基间埋设的 第二换热管有效利用了桩基之间的空间，合理优化了换热管的布置方式，在同样换热能力下， 减少占用面积，充分利用建筑区域内的所有用地。第一换热管预先放置在桩基的钢筋笼内部， 无需在桩基浇筑完成后损坏桩基的结构，保证了桩基的结构强度，进而确保了桩基的承载能 力。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例的土壤源热泵系统的结构示意图；以及

图2示出了本发明的实施例的沉降监测部的结构示意图。

附图标记说明：1、土壤；2、桩基；3、第一换热管；4、第二换热管；5、地源侧循环泵； 6、地源热泵主机；7、空调侧循环泵；8、空调末端；9、空调用户；11、水平集合管；12、位 移传感器；13、液体静力水准器；14、连通管；15、巡检仪；16、计算机监测中心；17、无 线传输模块。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和2所示，根据本发明的实施例，土壤源热泵系统埋管方法包括在桩基2内竖埋 管，将第一换热管3预制在桩基2内，具体包括；将第一换热管3预先放置在桩基2的钢筋 笼内部，然后向钢筋笼内浇筑混凝土，以形成桩基2；在桩基2间竖埋管，将第二换热管4埋 入桩基2之间；通过水平集合管11将第一换热管3与第二换热管4连通。通过该土壤源热泵 系统埋管方法能够在桩基2内预埋第一换热管3，有效利用桩基2内的空间，提高埋管数量， 以使换热面积增大，提高负载能力。桩基2间埋设的第二换热管4有效利用了桩基2之间的 空间，合理优化了换热管的布置方式，在同样换热能力下，减少占用面积，充分利用建筑区 域内的所有用地。第一换热管3预先放置在桩基2的钢筋笼内部，无需在桩基2浇筑完成后 损坏桩基2的结构，保证了桩基2的结构强度，进而确保了桩基2的承载能力。

需要说明的是，本发明基于在建筑物基础底部布置土壤源热泵系统，且该土壤源热泵系 统采用竖直地埋管换热器。

优选地，第一换热管3为螺旋形换热管，第二换热管4为U形换热管。螺旋形换热管能 够有效增大换热面积。

在本实施例中，第一换热管3的管距为100mm。螺旋换热管的管距是指螺旋换热管的相 邻两个螺旋的中心线之间的距离。第一换热管3的管距可以根据不同的换热需求选择，若需 要较大的换热面积，则将管距减小，以增加螺旋数量，提高换热面积。若需要的换热面积较 小，则将管距增大，以减少螺旋数量。

在桩基2间竖埋管，将第二换热管4埋入桩基2之间的步骤中包括：在桩基2间钻孔， 将第二换热管4放入钻孔内，对钻孔进行回填。

在桩基2间钻孔的步骤之前还包括：确定第二换热管4与桩基2的安全距离，本步骤包 括：

判断桩基2的类型，以根据不同的桩基2的类型确定不同的安全距离，以保证建筑的可 靠性。

若桩基2为端承型，则第二换热管4与桩基2的中心距S大于或等于2.5倍的桩基2的直 径。

若桩基2为非挤土灌注桩，则第二换热管4与桩基2的中心距S大于或等于3.0倍的桩基 2的直径。

若桩基2为挤土桩，则第二换热管4与桩基2的中心距S大于或等于3.5倍的桩基2的直 径。

在确定好的位置上钻井施工，生产钻孔，钻孔到设计深度后，将U形换热器放置于井内， 用回填材料将钻孔回填密实。

对钻孔进行回填的步骤中包括：

选用回填料，回填料凝固后的强度大于或等于原土质强度；

将回填料填入钻孔内。

为最大程度地减小埋设换热管对于地基的影响，应对钻孔选用合理配比的回填料，使回 填料凝固后的强度大于或等于原土质强度，最好使回填料凝固后的强度大于原土质强度，这 样不会降低地基的承载能力。回填料可参考以下成分及重量配比：

如果原地基(原状土)的强度低，回填料的强度也没有必要太高，水泥没必要掺入太多； 如果原地基(原状土)的强度高，回填料的强度也要高，高于原地基原状土即可。一般土层 的压缩模量Es0.1-0.2值为15～30MPa，那么回填料的压缩模量值为20～30MPa即可。

根据本发明的另一方面，土壤源热泵系统包括空调末端8、埋管部、水平集合管11和地 源热泵主机6，埋管部包括埋设在桩基2内的第一换热管3和埋设在桩基2间的第二换热管4， 第一换热管3能够有效利用桩基2内空间，第二换热管4能够有效利用桩基2间空间，提高 建筑空间的有效利用率，解决了原有埋管方式占地大的问题。水平集合管11连接第一换热管 3和第二换热管4，地源热泵主机6连接在水平集合管11与空调末端8之间。

土壤源热泵系统还包括地源侧循环泵5和空调侧循环泵7，地源侧循环泵5作为地源侧循 环水的驱动装置，空调侧循环泵7作为空调循环水的驱动装置。地源侧循环泵5设置在水平 集合管11上，且位于埋管部与地源热泵主机6之间，空调侧循环泵7设置在水平集合管11 上，且位于地源热泵主机6与空调末端8之间。

利用第二换热管4和第一换热管3中的流体介质与土壤1换热，形成一个整体的土壤源 热泵换热系统。与岩土换热之后的流体热量(冷量)经过地源热泵主机6的提升，送至建筑 物内的空调用户9中，达到制热或制冷的要求。

为了保证建筑桩基础的承载特性，土壤源热泵系统还包括监测桩基2沉降量的沉降监测 部，沉降监测部包括液体静力水准器13、位移传感器12和巡检仪15。

液体静力水准器13为多个，且一一对应地分布在各监测点，连通管14连接各液体静力 水准器13，使任意两个液体静力水准器13之间连通。

位移传感器12的数量与液体静力水准器13的数量一致，且位移传感器12一一对应地设 置在液体静力水准器13上，并监测液体静力水准器13的液面移动。

巡检仪15与位移传感器12连接，收集并处理位移传感器12监测的液体静力水准器13 的液面移动，以确定桩基2的沉降量。

为了便于传输和监控，沉降监测部还包括计算机监测中心16和无线传输模块17。

计算机监测中心16与巡检仪15连接，收集并处理巡检仪15输送的信息，并计算出各监 测点之间的相对沉降量。

无线传输模块17与计算机监测中心16连接，若计算机监测中心16监测的各监测点之间 的相对沉降量超过预警值，则无线传输模块17发出报警信息。

位移传感器12为电磁位移传感器，无线传输模块17包括GPRS模块。通过沉降监测 部能自动监测建筑物桩基的沉降量值，保证建筑使用安全。

沉降监测部的工作过程如下：

在建筑物的各监测点处安置液体静力水准器13，各液体静力水准器13相互之间采用连通 管14相连(液体静力水准器13及连通管14内都装有防冻液)，由于重力的作用，使得各液 体静力水准器13的液面高度永远保持相同，当建筑物的某监测点处产生竖向变形，则此处的 液体静力水准器13的液面高度会上升或下降，同时其它各点处液体静力水准器13的液面也 会受此影响而随之变化，即液面下降或上升。在各个液体静力水准器13的上部都安装有一个 电磁位移传感器，液面高度的变化值可由电磁位移传感器精确地探测到，并通过一台与各电 磁位移传感器相连的巡检仪15传输给计算机监测中心16，而计算机监测中心16可以根据各 监测点的液体静力水准器13的液面高度的变化值，随时计算出各监测点之间的相对沉降量， 当相对沉降量超过一定的预警值时，计算机监测中心16通过与其连接的GPRS模块采用G SM无线通信网络向工程技术人员发送信息报警。工程技术人员可以通过其它终端接收该报 警信息，例如通过手机或个人电脑接收，以便能够实时监控。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了 一种在建筑基础底部布置土壤源热泵系统竖直地埋管换热器的铺设方法，将桩基内埋管与桩 间埋管结合起来组成一个新的土壤源热泵埋管形式。确定了桩基间布置竖直地埋管换热器的 方法，换热管与不同类型的桩基间距，能够满足换热器及桩基的安全使用功能。提高了土壤 源热泵地埋管的有效埋管数量。能实时监控建筑物基础沉降量等地基变形状态。

本发明可解决土壤源热泵换热管布管区域占地面积过大的技术限制，能充分利用建筑区 域内所有用地，并且能实时监测建筑物沉降量等地基变形状态，即节省了宝贵的建筑用地空 间，又能充分保证建筑物与换热管的安全使用性能，有利于促进土壤源热泵技术在城市建筑 密集区域推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。