一种采用复合相变材料的能源桩

本技术涉及浅层地热能应用，尤其涉及一种采用相变材料的能源桩。

背景技术：

1、地源热泵系统指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能、交换系统及建筑物内系统组成的供热系统。我国地源热泵项目在大中城市实施经济条件好，地源热泵系统具有稳定性好、节能高效和使用寿命长等优点,但也存在初期投资偏高、大量占用地下空间、系统复杂以及安装难度大等方面的不足，从而制约了其大面积的推广应用。

2、随着桩基处理技术及施工工艺不断创新，“能源桩”、“能量桩”被广泛研究，该技术主要是在桩基础内植入地下热交换管路系统，将地埋管地源热泵与建筑桩基础结合起来通过桩体作为传热管的回填材料，密实性高、与大地的接触更好，接触热阻小，热传递与交换效率更高，传热效果好，比传统空调系统节能30%~50%。

3、phc管桩，即预应力高强度混凝土管桩，采用phc管桩作为承担荷载重量的主要支撑，将地热能应用与桩基两者有效结合实现一桩两用，由于传统能源桩工作的不间断导致桩周围土体的热量被吸收较快，管桩吸收土体热量的速率远远大于远处土体对桩周围之间的热传递。导致桩周围的土体温度与桩身温度相差不大，因此换热效率大大降低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种采用复合相变材料的能源桩。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种采用复合相变材料的能源桩，包括phc管桩、设于phc管桩中的芯料层、埋设在芯料层中的u形换热管以及埋设在芯料层中的温度调节机构，温度调节机构包括多组内设相变材料的长条状薄壁钢壳，u形换热管包括底部的连接管和与连接管两端连接的换热臂管，每组长条状薄壁钢壳均固定在换热臂管上且与换热臂管平行设置。

4、优选的，每组长条状薄壁钢壳包括多个长条状薄壁钢壳和多个套管连接结构，每个长条状薄壁钢壳包括两端的球形端以及连接两个球形端的薄壁钢管，球形端的半径大于薄壁钢管的半径，相邻长条状薄壁钢壳通过套管连接结构连接，套管连接结构一侧开口且开口处具有通过螺栓或铆钉固定的连接板，套管连接结构在连接板固定在一起后形成中间粗两端细的台阶孔，台阶孔的大直径段的直径与球形端的直径相同，台阶孔的小直径段的直径与薄壁钢管的直径相等，每组长条状薄壁钢壳通过不锈钢丝捆扎在u形换热管上。

5、优选的，u形换热管自下而上设置多个连接两个换热臂管的支撑结构，支撑结构包括中间的连接杆及两端的卡环，换热臂管插接固定在对应的卡环中。

6、优选的，每个换热臂管上固定两组长条状薄壁钢壳，一组长条状薄壁钢壳内具有适用于冬季的低温相变石蜡填充芯，另一组长条状薄壁钢壳内具有适用于夏季的高温相变石蜡填充芯。

7、本实用新型的有益效果是：

8、1 .复合相变材料的能源桩中，预制的phc管桩也可以承担荷载，长条状薄壁钢壳内的相变材料又可以将地热吸收、储存和释放，对热量的吸收效率进行调节，解决由桩与周围土体温差较小引起的换热效率差的问题。为建筑提供绿色环保的能源,结构简单，设置合理，制作成本低，适用范围广。

9、2 .设置低温相变石蜡填充芯和高温相变石蜡填充芯，夏季温度炎热，地表温度较高，地下温度较低，流进能源桩的换热液体温度较高，高温相变石蜡会吸热产生相变，部分吸收来不及扩散到周围土体中的能量,加快水管内温度的降低，冬季温度寒冷，地表温度较低，地下温度较高,低温相变石蜡会放热产生相变，加快水管内温度上升的速度。

10、3.薄壁钢管结构与换热臂管平行设，两种相变材料离桩周围土的距离更接近由此可以增加换热能力。

11、4.多个长条状薄壁钢壳和多个套管连接结构组成长条状薄壁钢壳组,使得在安装的时候,边安装边固定,非常灵活, 套管连接结构能够防止单个长条状薄壁钢壳从套管连接结构中脱出, 台阶孔的小直径段的直径与薄壁钢管的直径相等能够防止长条状薄壁钢壳组弯折。

12、5.u形换热管自下而上设置多个连接两个换热臂管的支撑结构能够保证u形换热管的两个换热臂管自下而上保持相等的间距，避免两个换热臂管逐渐靠拢或分开。

技术特征：

1.一种采用复合相变材料的能源桩，其特征在于：包括phc管桩、设于phc管桩中的芯料层、埋设在芯料层中的u形换热管以及埋设在芯料层中的温度调节机构，温度调节机构包括多组内设相变材料的长条状薄壁钢壳，u形换热管包括底部的连接管和与连接管两端连接的换热臂管，每组长条状薄壁钢壳均固定在换热臂管上且与换热臂管平行设置。

2.根据权利要求1所述的一种采用复合相变材料的能源桩，其特征在于：每组长条状薄壁钢壳包括多个长条状薄壁钢壳和多个套管连接结构，每个长条状薄壁钢壳包括两端的球形端以及连接两个球形端的薄壁钢管，球形端的半径大于薄壁钢管的半径，相邻长条状薄壁钢壳通过套管连接结构连接，套管连接结构一侧开口且开口处具有通过螺栓或铆钉固定的连接板，套管连接结构在连接板固定在一起后形成中间粗两端细的台阶孔，台阶孔的大直径段的直径与球形端的直径相同，台阶孔的小直径段的直径与薄壁钢管的直径相等，每组长条状薄壁钢壳通过不锈钢丝捆扎在u形换热管上。

3.根据权利要求2所述的一种采用复合相变材料的能源桩，其特征在于：u形换热管自下而上设置多个连接两个换热臂管的支撑结构，支撑结构包括中间的连接杆及两端的卡环，换热臂管插接固定在对应的卡环中。

4.根据权利要求3所述的一种采用复合相变材料的能源桩，其特征在于：每个换热臂管上固定两组长条状薄壁钢壳，一组长条状薄壁钢壳内具有适用于冬季的低温相变石蜡填充芯，另一组长条状薄壁钢壳内具有适用于夏季的高温相变石蜡填充芯。

技术总结
本技术公开了一种采用复合相变材料的能源桩，包括PHC管桩、设于PHC管桩中的芯料层、埋设在芯料层中的U形换热管以及埋设在芯料层中的温度调节机构，温度调节机构包括多组内设相变材料的长条状薄壁钢壳，U形换热管包括底部的连接管和与连接管两端连接的换热臂管，每组长条状薄壁钢壳均固定在换热臂管上且与换热臂管平行设置。本技术的复合相变材料的能源桩中，预制的PHC管桩也可以承担荷载，长条状薄壁钢壳内的相变材料又可以将地热吸收、储存和释放，对热量的吸收效率进行调节，解决由桩与周围土体温差较小引起的换热效率差的问题。为建筑提供绿色环保的能源,结构简单，设置合理，制作成本低，适用范围广。

技术研发人员：陈金灿,时刚,蔡瀚琛,王松,陈际学
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：20240319
技术公布日：2024/11/18