土壤源热泵桩内竖直换热器与水平集管间的柔性连接方法

摘要

本发明涉及在建筑的基础桩内铺设土壤源热泵竖直地埋管换热器的施工方法，具体地说，涉及基础桩内的埋管换热器引出管的结构型式与施工方法。土壤源热泵桩内竖直换热器与水平集管间的柔性连接方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)制作连结桩内U型管及水平集管的柔性弯管；2)制作罩在柔性弯管外的围护箱；3)柔性弯管段的一端与桩内U型管引出管连接；4)安装围护箱，柔性弯管的另一端从围护箱侧面孔内伸出，并与通向水平集管的支管连接。本发明可以达到防止建筑物桩内埋管换热器管道破损渗漏，影响安全运行的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及在建筑的基础桩内铺设土壤源热泵竖直地埋管换热器的施工方法，具体地说，涉及基础桩内的埋管换热器引出管的结构型式与施工方法。

背景技术

地源热泵可以分为：地下水源热泵系统、地表水源热泵系统和土壤源热泵系统，而土壤源热泵系统又可分为水平埋管和竖直埋管两种形式。对于竖直埋管换热器(即U型管)按埋管换热器与建筑物的位置区分，又可以分为：在建筑物基础底座外部埋管、在建筑物基础桩间埋管、在建筑物基础桩内埋管三种布置方式。

目前，在建筑物基础底座外部埋管应用最多，设计与施工方法也比较成熟，而另外两种布置方式国内仅在极少数工程上试用。目前发现在建筑物基础桩内埋管的工程项目出现了地埋管换热器管道裂缝漏水现象，严重影响土壤源热泵系统的正常运行。

原施工方法是：桩内的U型管在桩柱的上端侧面引出后直接接到水平的集管上，如果桩不发生沉降，那么桩柱上端与水平集管之间的距离不会发生变化，这一段接管不会受到拉伸的应力。但是实际情况桩必然在一定范围内沉降，而且建筑物建成初期沉降量较大，随后逐年减少，再以后基本稳定，根据规范，不同建筑在其使用期内，基础桩允许沉降为十几厘米甚至更多。水平集管位置是固定不动的，桩的下降使水平集管与桩柱间一段聚乙烯管道受到拉伸应力，应力过大会使管道裂缝漏水，这即是桩埋管发生渗漏的最主要的原因。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种柔性管段连接结构。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：土壤源热泵桩内竖直换热器与水平集管间的柔性连接方法；主要包括以下步骤：

1、制作连结桩内U型管及水平集管的柔性弯管(因为这段弯管是圆弧形的，而且又装于围护箱内，四周没有受到限制，两端发生位移时。聚乙烯材料的管道有较大的柔韧性，圆弧部分能伸直，故称为柔性弯管)，聚乙烯管，直径通常为DN20～DN40。

其作用是：弧形的柔性弯管在受到拉伸力时，可以伸直，从而大大减少管道受到的拉伸应力。

确定柔性弯管圆弧部分的长度，由以下三个参数决定：

(1)基础桩的设计最大沉降量，通过设计院的设计资料可以查阅到这个数值，一般为几厘米至十几厘米，用符号A表示。

(2)混凝土围护箱的长度，用符号B表示，一般为1.5～2.5倍桩直径，桩直径用符号D表示。

(3)富余系数K，一般取1.5～2。

(4)计算公式为：

(5)柔性弯管圆弧部分长度$=K\times \sqrt{A_2+{(B-1/2D)}^2}$

(6)柔性弯管的材料和公称尺寸与桩内U型管相同，是聚乙烯管材，直径通常为DN20～DN40.

根据以上计算柔性弯管长度下料并将直管制作成半圆形的弯管。

2、制作混凝土或钢板的罩在柔性弯管外的围护箱，其一侧开口，开口侧的上、下底面为半圆形，园直径与桩的直径相同，开口侧与桩圆柱外圆能紧贴结合形成一个空腔，其作用是：防止大量回填土进入空腔，当桩逐渐下沉而围护箱位置不动时，柔性弯管可以在空腔内自由伸直而不受到回填土壤的阻碍，弯管不会断裂损坏。

确定围护箱内部尺寸：

(1)内长≥1.5～2.5倍桩直径，用B表示。

(2)内宽≥桩直径D+(5—10)毫米。

(3)内高≥2倍桩的设计最大沉降量。

(4)混凝土围护箱壳的厚度为15～25mm，有一定强度不会被回填土压坏即可。

根据以上结构尺寸预制好混凝土围护箱。

3、柔性弯管段的一端与桩内U型管引出管电热熔连接。安装围护箱，围护箱底部土层要求夯实，避免下沉。柔性弯管的另一端从围护箱侧面孔内伸出，并与通向水平集管的支管电热熔连接。

5、围护箱四周及顶部回填土的回填与夯实。其要求与其它部位的回填夯实标准相同。

与现有技术相比，本发明使桩内竖直地埋管换热器的引出端与水平集管之间的连接管段能够在设计范围内自由伸长，以最大限度的减少管道可能受到的拉伸应力，达到防止建筑物桩内埋管换热器管道破损渗漏，影响安全运行的目的。

附图说明

图1是本发明结构垂直剖面示意图；其中，1 基础桩，2 U型管，3 柔性弯管，4水平集管，5 混凝土围护箱，6 电热熔接头A，66 电热熔接头B，D 桩的直径，A 桩的设计最大沉降量。

图2是图1中的I-I剖面俯视图；其中，1 基础桩，2 U型管，3 柔性弯管，4 水平集管，5 混凝土围护箱，6 电热熔接头A，66 电热熔接头B，B 混凝土围护箱内长度，D 桩的直径。

具体实施方式

下面结合附图说明本柔性铺设结构的设计制作与实施。

参见附图1，附图2，在基础桩1内埋设聚乙烯制成的U型管2，水平集管4在基础桩1外贯通数个基础桩1的间距，与U型管2呈异面垂直；混凝土围护箱5紧靠基础桩1的一侧，本发明土壤源热泵桩内竖直换热器与水平集管间的柔性连接方法；主要包括以下步骤：

1、制作连结桩内U型管及水平集管的柔性弯管3，采用聚乙烯管，直径通常为DN20～DN40；其作用是：弧形的柔性弯管在受到拉伸力时，可以伸直，从而大大减少管道受到的拉伸应力。

确定柔性弯管圆弧部分的长度，由以下三个参数决定：

a)基础桩的设计最大沉降量，通过设计院的设计资料可以查阅到这个数值，一般为几厘米至十几厘米，用符号A表示。

b)混凝土围护箱的长度，一般为1.5～2.5倍桩直径，用符号B表示。

c)富余系数K，一般取1.5～2。

d)计算公式为：

e)柔性弯管圆弧部分长度$=K\times \sqrt{A^2+{(B-1/2D)}^2}$

f)柔性弯管的材料和公称尺寸与桩内U型管相同，是聚乙烯管材，直径通常为DN20～DN40.

根据以上计算柔性弯管长度下料并将直管制作成半圆形的弯管。

2、制作混凝土或钢板的罩在柔性弯管外的围护箱，其一侧开口，开口侧的上、下底面为半圆形，园直径与桩的直径相同，开口侧与桩圆柱外圆能紧贴结合形成一个空腔，其作用是：防止大量回填土进入空腔，当桩逐渐下沉而围护箱位置不动时，柔性弯管可以在空腔内自由伸直而不受到回填土壤的阻碍，弯管不会断裂损坏。

确定围护箱内部尺寸：

a)内长≥1.5～2.5倍桩直径，用B表示。

b)内宽≥桩直径D+(5—10)毫米。

c)内高≥2倍桩的设计最大沉降量。

d)混凝土围护箱壳的厚度为15～25mm，有一定强度不会被回填土压坏即可。

根据以上结构尺寸预制好混凝土围护箱。

3、柔性弯管段的一端与桩内U型管引出管电热熔连接形成电热熔接头A6。

4、安装围护箱，围护箱底部土层要求夯实，避免下沉。柔性弯管的另一端从围护箱侧面孔内伸出，并与通向水平集管4的支管电热熔连接形成电热熔接头B66。

5、围护箱四周及顶部回填土的回填与夯实。其要求与其它部位的回填夯实标准相同。