一种混凝土能源桩的制作方法

1.本实用新型涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种混凝土能源桩。


背景技术：

2.地热能是一种以热力存在的天然能源。通过梯级综合利用，可实现地热发电、采暖、温室种植、水产品养殖、干燥、制冷、游泳、洗浴、灌溉、治疗以及溶雪等功能。我国从20世纪70年代开始地热普查、勘探和利用，建设了广东丰顺等7个中低温地热能电站，1977年在西藏建设了羊八井地热电站。上世纪90年代以来，北京、天津、保定、咸阳、沈阳等城市开展中低温地热资源供暖、旅游疗养、种植养殖等直接利用工作。本世纪初以来，热泵供暖(制冷)等浅层地热能开发利用逐步加快发展。目前，浅层和水热型地热能供暖(制冷)技术已基本成熟。浅层地热能应用主要使用热泵技术，2004年后年增长率超过30％，应用范围扩展至全国，其中80％集中在华北和东北南部，包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等地区。2015年底全国浅层地热能供暖(制冷)面积达到3.92亿平方米，全国水热型地热能供暖面积达到1.02亿平方米。地热能年利用量约2000万吨标准煤。国家能源局《地热能开发利用“十三五”规划》明确浅层地热能利用布局为：沿长江经济带地区，针对城镇居民对供暖的迫切需求，加快推广以热泵技术应用为主的地热能利用，减少大规模燃煤集中供暖，减轻天然气供暖造成的保供和价格的双重压力。
3.地源热泵系统是一种以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。其基本工作原理是地热采集系统中埋设闭合回路换热管线，管线内部充满流体类介质，用于与地下土体或水源交换热能；空调制冷系统实现管线内部流体和大气热能的交换。热泵机组则通过少量的电能将流体在高、低势能间循环流动，从而将大气浅层地表进行热能交换，实现冬季采暖、夏季降温功能，同时该系统还能供应生活热水。
4.地热能交换系统根据能量来源可分为地埋管地源、地下水地源和地表水地源三类。地埋管换热系统是传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统。一般的，地下越深，地热能越大。采用水平铺管地热交换系统，其所能埋入的土壤深度较浅，故需要大范围铺设采集足够的地热。一般性的垂直地热交换系统与基础相互独立，只具有换热功能，且埋置深度较深，耗材较多，占用地表面积较大。同时对于现有能源桩，无论是采用钻孔灌注桩或预应力管桩形式，当换热管线埋设在混凝土中时，与桩内钢筋笼间均有可能存在交叉碰触，对于管线布置形式带来约束，给施工亦带来不便。
5.因此，如何优化换热管线等建筑物地下管路的布置结构，充分利用建筑物地下部分的建筑空间是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种混凝土能源桩，该混凝土能源桩能够兼具承重和管线布置的作用，从而充分利用建筑物地下部分的建筑空间，并优化换热管线等建筑物地下
管路的布置结构。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种混凝土能源桩，包括沿竖直方向布置于地表以下的外管体以及同轴插装于所述外管体内部的内管体，所述外管体的内壁与所述内管体的外壁间形成外环腔，所述内管体的内部具有中置腔，所述外环腔及所述中置腔中至少有一个的内部布置有换热管线，且所述外环腔内填充有混凝土。
8.优选地，所述外管体和所述内管体均为钢管。
9.优选地，所述换热管线位于所述中置腔内，且所述中置腔内填充有填料。
10.优选地，所述填料为由膨润土与细沙或水泥混合而成的料浆。
11.优选地，所述外管体和所述内管体均为变截面管。
12.优选地，所述外管体和所述内管体均为自一端至另一端外径递增的变径管。
13.优选地，所述外管体的内壁与所述内管体的外壁的间距恒定，且所述外管体与所述内管体的变径幅度相同。
14.优选地，所述外管体和所述内管体均为等厚等径管。
15.优选地，所述外管体的横截面和所述内管体的横截面分别为圆形、方形、多边形中的任一种。
16.优选地，所述换热管线的布置形状为u形、双u形或螺旋形中的任一种。
17.相对上述背景技术，本实用新型所提供的混凝土能源桩，其装配使用过程中，通过外管体及内管体配合填充于外环腔内的混凝土，使所述混凝土能源桩整体形成高强度的承重桩结构，能够胜任绝大部分工况下的上层建筑承载需求，在此基础上，可将能够传导地热的换热管线布置于中置腔和/或外环腔内，以此将换热管线集成于所述混凝土能源桩的主体结构中，从而无需另设用于布置换热管线的管路结构，大幅提高了所述混凝土能源桩的结构集成度，节省了地表以下的建筑空间，并通过内管体和外管体为换热管线提供的充分可靠的结构保护，延缓换热管线的老化，延长其使用寿命。
18.在本实用新型的另一优选方案中，所述换热管线位于所述中置腔内，且所述中置腔内填充有填料。填料能够作为换热管线与周围土层间的导热媒介，保证换热管线的换热效率和换热效果，提高所述混凝土能源桩的工作性能，且该填料可以为换热管线提供适度的结构支撑和辅助定位，避免换热管线松动。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的换热管线位于外环腔内的混凝土能源桩的结构透视图；
21.图2为图1的横截面示意图；
22.图3为本实用新型一种具体实施方式所提供的换热管线位于中置腔内的混凝土能源桩的结构透视图；
23.图4为图3的横截面示意图；
24.图5为本实用新型一种具体实施方式所提供的具有变径管结构的混凝土能源桩的结构透视图；
25.图6为外管体和内管体的横截面同为方形且换热管线布置于外环腔的能源桩的横截面结构示意图；
26.图7为外管体的横截面为圆形且内管体的横截面为方形的混凝土能源桩的横截面结构示意图；
27.图8为外管体的横截面为方形且内管体的横截面为圆形的混凝土能源桩的横截面结构示意图；
28.图9为外管体和内管体的横截面同为多边形的混凝土能源桩的横截面结构示意图。
29.其中：
30.11-外管体；
31.111-外环腔；
32.12-内管体；
33.121-中置腔；
34.13-换热管线；
35.14-填料。
具体实施方式
36.本实用新型的核心是提供一种混凝土能源桩，该混凝土能源桩能够兼具承重和管线布置的作用，从而充分利用建筑物地下部分的建筑空间，并优化换热管线等建筑物地下管路的布置结构。
37.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
38.请参考图1至图4，图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的换热管线位于外环腔内的混凝土能源桩的结构透视图；图2为图1的横截面示意图；图3为本实用新型一种具体实施方式所提供的换热管线位于中置腔内的混凝土能源桩的结构透视图；图4为图3的横截面示意图。
39.在具体实施方式中，本实用新型所提供的混凝土能源桩，包括沿竖直方向布置于地表以下的外管体11以及同轴插装于外管体11内部的内管体12，外管体11的内壁与内管体12的外壁间形成外环腔111，内管体12的内部具有中置腔121，外环腔111及中置腔121中至少有一个的内部布置有换热管线13，且外环腔111内填充有混凝土。
40.所述混凝土能源桩装配使用过程中，通过外管体11及内管体12配合填充于外环腔111内的混凝土，使所述混凝土能源桩整体形成高强度的承重桩结构，能够胜任绝大部分工况下的上层建筑承载需求，在此基础上，可将能够传导地热的换热管线13布置于中置腔121和/或外环腔111内，以此将换热管线13集成于所述混凝土能源桩的主体结构中，从而无需另设用于布置换热管线13的管路结构，大幅提高了所述混凝土能源桩的结构集成度，节省了地表以下的建筑空间，并通过内管体12和外管体11为换热管线13提供的充分可靠的结构保护，延缓换热管线13的老化，延长其使用寿命。
41.进一步地，换热管线13位于中置腔121内，且中置腔121内填充有填料14。填料14能够作为换热管线13与周围土层间的导热媒介，保证换热管线13的换热效率和换热效果，提高所述混凝土能源桩的工作性能，且该填料14可以为换热管线13提供适度的结构支撑和辅助定位，避免换热管线13松动。
42.更进一步地，填料14为由膨润土与细沙或水泥混合而成的料浆。膨润土与细沙或水泥混合后形成的混合料浆能够对中置腔121内部形成有效填充，并对位于中置腔121内的换热管线13形成可靠支撑和限位，避免换热管线13形成缠绕和淤结，保证换热管线13的整体换热效果和工作性能。
43.应当明确的是，实际应用中，换热管线13是可以布置在外环腔111内的，且可通过填充于外环腔111内的混凝土作为位于外环腔111内的换热管线13与周围土层间的导热媒介，保证换热管线13与周围土层间的换热效率和换热效果；同时，填充于外环腔111内的混凝土也能够为位于外环腔111内的换热管线13提供适度的结构支撑和辅助定位，以免换热管线13产生结构松动。
44.请结合参考图5，图5为本实用新型一种具体实施方式所提供的具有变径管结构的混凝土能源桩的结构透视图。
45.此外，外管体11和内管体12均为变截面管。具有变截面结构的管体能够进一步提高外管体11和内管体12的环境适应能力，以满足不同工况下的管路埋设施工需求。
46.具体地，外管体11和内管体12均为自一端至另一端外径递增的变径管。变径管体结构可以适度提高外管体11和内管体12的应力分布，优化所述混凝土能源桩的整体结构强度和可靠性，使所述混凝土能源桩的结构支撑效果更好。
47.需要进一步说明的是，实际应用中，具有变截面结构的外管体11和内管体12并不局限于上文及相应附图所示的规则变径管，还可以为中间粗两端细、中间细两短粗或者粗细不均的规则或不规则变截面管体，原则上，外管体11和内管体12的管体结构只要是能够满足所述混凝土能源桩的实际应用需要均可。
48.当然，在大部分常规工况下，外管体11和内管体12均为等径管即可，也即，外管体11和内管体12二者均为自一端至另一端外径保持恒定一致的等径管体，如此，可满足大部分情况下的管路埋设和组装需求，并增加工作人员的实际工况中管体结构的备选方案；更进一步地，外管体11和内管体12还可以为外径保持恒定一致且管体厚度也保持恒定一致的管体，也即，外管体11和内管体12均为等厚等径管。
49.更具体地，外管体11的内壁与内管体12的外壁的间距恒定，且外管体11与内管体12的变径幅度相同。如此同幅等距变径结构，有助于进一步优化外管体11与内管体12间的套装对位效果，并使外环腔111内填充有混凝土后的结构应力分布更加均匀一致，进而使混凝土能源桩的整体结构更加稳定可靠。
50.应当明确的是，考虑到管路实际埋设后的结构强度，采用变径管结构时，上述外管体11和内管体12的小径端均沿均位于顶部，而上述外管体11和内管体12的大径端均位于底部，以此，使土体对外管体11的外壁形成均匀可靠的压紧力，保证所述混凝土能源桩埋设后的整体固定效果和管路布设可靠性。
51.请综合参考图6至图9，图6为外管体11和内管体12的横截面同为方形的混凝土能源桩的横截面结构示意图；图7为外管体11的横截面为圆形且内管体12的横截面为方形的
混凝土能源桩的横截面结构示意图；图8为外管体11的横截面为方形且内管体12的横截面为圆形的混凝土能源桩的横截面结构示意图；图9为外管体11和内管体12的横截面同为多边形的混凝土能源桩的横截面结构示意图。
52.在实际应用中，外管体11的横截面和内管体12的横截面可以分别为圆形、方形、多边形中的任一种。依据实际管路埋设条件和工况需要的不同，工作人员可以采用具有规则或不规则横截面结构的外管体11及内管体12，且外管体11的横截面与内管体12的横截面可以相同，也可以不同，实际作业时，只要是能够保证内管体12可靠地对位插装于外管体11内，并保证相应的外环腔111和中置腔121具有充足的结构空间以与换热管线13及混凝土等填充料配合即可。
53.应当明确，本文所指的横截面，是指各外管体11和内管体12中，沿垂直于其各自轴线的方向截取的截面，若本文中其余内容也涉及横截面之措辞，则均可参照此处理解，不再赘述。
54.此外需要说明的是，上文及相应附图中所提及和展示的外管体11及内管体12的横截面形状，仅为举例说明之用，实际操作中工作人员也可以采用上文及附图未提及的形状作为外管体11和内管体12的横截面形状之具体应用，原则上，只要是能够满足所述混凝土能源桩的实际应用需要均可。
55.与此相类似地，换热管线13的布置形状也不局限于本文附图中所示的单u型、双u型及螺旋型等，工作人员可以依据外环腔111和中置腔121内的实际装配空间并结合具体工况需求灵活选择，原则上，只要是能够满足所述混凝土能源桩的实际应用需要均可。
56.另一方面，外管体11和内管体12均为钢管。钢管质地轻巧且坚固可靠，能够充分保证内部换热管线13的结构防护效果，并降低埋设过程中的操作难度，提高所述混凝土能源桩的埋设操作效率及其整体结构强度和可靠性。
57.综上可知，本实用新型中提供的混凝土能源桩，其装配使用过程中，通过外管体及内管体配合填充于外环腔内的混凝土，使所述混凝土能源桩整体形成高强度的承重桩结构，能够胜任绝大部分工况下的上层建筑承载需求，在此基础上，可将能够传导地热的换热管线布置于中置腔和/或外环腔内，以此将换热管线集成于所述混凝土能源桩的主体结构中，从而无需另设用于布置换热管线的管路结构，大幅提高了所述混凝土能源桩的结构集成度，节省了地表以下的建筑空间，并通过内管体和外管体为换热管线提供的充分可靠的结构保护，延缓换热管线的老化，延长其使用寿命。
58.以上对本实用新型所提供的混凝土能源桩进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。