螺旋管段8、换热管出口管段10。安装时，所述换热管螺旋状设置在能量粧井2内，螺旋换热管段8沿能量粧侧曲面5设置并固定，螺旋换热管段8按照截顶圆锥螺旋形式布置，螺距为100~300mm。沿螺旋方向每隔1.5~3m，在圆台侧曲面5上垂直打入固定钉，固定钉伸出侧曲面30~40mm，固定钉的间距从下底面4向上底面3的螺旋方向上逐渐增大，将换热管螺旋管段8依次绑扎在固定钉上，形成换热管的螺旋管段。换热管具体选用聚乙烯管或聚丁烯管。换热管进口管段9从空心圆台能量粧上底面3的边缘垂直进入。换热管出口管段10进行保温处理，保温材料采用泡沫橡塑保温材料，保温层厚度为20~30mm。换热管出口管段10沿能量粧内壁面6竖直向上引出，沿出口管段方向每隔0.5~lm，在空心圆柱外壁面垂直打入固定钉，固定钉伸出圆柱外壁面30~40mm，固定钉数量不少于3个，将保温后的出口管段绑扎在固定钉上。进口管段及出口管段均高出空心圆台上底面100~200mm，以便于与系统水平集管连接。
[0022]将换热管设置在中空的能量粧井2内后，需要对能量粧井2进行回填；本发明能量粧回填料可采用多种材料:如现有的混凝土、膨润土和细沙(水泥)的混合浆，或者其它导热性能较好的回填料，采用能量粧回填料进行回填，得到能量粧回填料层11。采用混凝土进行回填时，因本发明能量粧无需承载较大的荷载(如建筑基础等)，混凝土可采用强度较低的C15混凝土，利用混凝土输送泵将搅拌好的混凝土通过输送管道注入每个需要回填的能量粧井内部，回填时一次浇注完成。采用膨润土和细沙(水泥)的混合浆进行回填时，膨润土的比例宜为4% — 6%，以提高回填料的传热系数。回填过程中，应利用夯实设备进行振动夯实。能量粧回填完毕至少20~30天，待回填料凝固后，结合水平集管的施工，采用原土对能量粧上底面覆土层12进行回填夯实。
[0023]通过截顶圆锥螺旋布置有效换热管，在保证具有相同换热管长度的基础上，有效提高了能量粧的传热效率，降低了单位管长换热热阻。图4给出了不同设计参数空心圆台螺旋型能量粧的单位管长换热热阻，该结果是采用CFD数值模拟软件计算结果，Rl为圆台能量粧的下底面半径，R2为圆台能量粧的上底面半径。可以看出，相对与传统圆柱面布置的螺旋型能源粧，空心圆台螺旋型能量粧的单位管长换热热阻降低了 3°/『14% ;增大下底面半径与上底面半径的差值，其单位管长换热热阻降低更大，换热效果更好。
[0024]本发明一种提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构的制作方法，包括以下技术步骤:
(1)根据工艺要求，确定圆锥台状的能量粧井的参数；
(2)能量粧井的开挖成型:根据上述确定的参数，在工程所在地点进行施工作业，采用人工、半机械式或全机械式开挖土体层，得到由能量粧上底面、能量粧下底面、能量粧侧曲面与能量粧内壁面构成的中间部位为圆柱体的圆锥台状的能量粧井；
(3)在能量粧井内设置换热管:按照工艺要求，确定螺旋状布置的换热管的螺距，根据确定的螺距，沿螺旋方向每隔1.5~3m，在上述能量粧井的圆台侧曲面上垂直打入固定钉，固定钉伸出侧曲面30~40mm，固定钉的间距从下底面向上底面螺旋方向上逐渐增大，将聚乙烯塑料管(换热管)依次设置在能量粧井的圆台侧曲面上，通过固定(绑扎)在固定钉上，形成换热管的螺旋管段。
[0025]换热管出口管段的保温:在能量粧井内固定螺旋管段后，为了获得更好的保温效果，对出口管段进行保温，保温材料采用泡沫橡塑保温材料，在出口管段的一定长度管体表面上缠绕保温材料，保温层厚度为20~30mm。
[0026](4)换热管出口管段的固定:沿竖直方向每隔0.5~lm,能量粧内壁面垂直打入固定钉，固定钉伸出圆柱外壁面30~40_，固定钉数量不少于3个，将保温后的换热管出口管段绑扎在固定钉上。
[0027](5)能量粧井的回填:采用现有的混凝土、膨润土和细沙(水泥)的混合浆，或者其它导热性能较好的回填料，对绑扎完毕后的能量粧井进行回填。
[0028]换热管的入口及出口应高出能量粧上底面100~200mm，以便于与系统水平集管连接。
[0029]换热流体从换热管的进口管段流入，出口管段流出。
[0030]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构，在土体层(I)内设置能量粧井(2)，其特征在于:所述能量粧井(2)呈圆锥台状，由能量粧上底面(3)、能量粧下底面(4)、能量粧侧曲面(5)与能量粧内壁面(6)构成中间部位为圆柱体的圆锥台状的能量粧井(2)，能量粧上底面(3)的直径大于能量粧下底面(4)的直径； 在能量粧井(2)内设置换热管并固定，所述换热管由依次连接的三部分组成:换热管进口管段(9)、换热管螺旋管段(8)、换热管出口管段(10);螺旋换热管段(8)沿能量粧侧曲面(5)设置并固定，换热管进口管段(9)从能量粧上底面(3)的边缘垂直进入，换热管出口管段(10)沿能量粧内壁面(6)竖直向上引出； 将换热管设置在中空的能量粧井(2)内后，采用能量粧回填料对能量粧井(2)进行回填，得到能量粧回填料层(11)。2.根据权利要求1所述提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构，其特征在于:换热管螺旋管段(8)按照截顶圆锥螺旋形式布置，螺距为100~300mm;沿螺旋方向每隔1.5~3m，在能量粧侧曲面(5)上垂直打入固定钉，固定钉伸出侧曲面30~40mm，固定钉的间距从下底面(4)向上底面(3)的螺旋方向上逐渐增大，将换热管螺旋管段(8)依次绑扎在固定钉上，形成换热管的螺旋管段。3.根据权利要求2所述提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构，其特征在于:换热管为聚乙烯塑料管或聚丁烯管。4.提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据工艺要求，确定圆锥台状的能量粧井的参数； (2)能量粧井的开挖成型:根据上述确定的参数，在工程所在地点进行施工作业，开挖土体层，得到由能量粧上底面、能量粧下底面、能量粧侧曲面与能量粧内壁面构成的中间部位为圆柱体的圆锥台状的能量粧井； (3)在能量粧井内设置换热管:按照工艺要求，确定螺旋状布置的换热管的螺距，根据确定的螺距，沿螺旋方向每隔1.5~3m，在上述能量粧井的圆台侧曲面上打入固定钉，固定钉伸出侧曲面30~40mm，固定钉的间距从下底面向上底面螺旋方向上逐渐增大，将换热管依次绑扎在固定钉上，形成换热管的螺旋管段； (4)换热管出口管段的固定:沿竖直方向每隔0.5~lm，在能量粧内壁面垂直打入固定钉，固定钉伸出圆柱外壁面30~40mm，将保温后的换热管出口管段绑扎在固定钉上； (5)能量粧井的回填:采用能量粧井回填料，对绑扎完毕后的能量粧井进行回填，得到所述的空心圆台螺旋型能量粧结构。5.根据权4所述的提高传热效率的空心圆台螺旋型能量粧结构的制作方法，其特征在于，对出口管段进行保温，保温材料采用泡沫橡塑保温材料，在一定长度出口管段上缠绕保温材料，保温层厚度为20~30mm。
【专利摘要】本发明公开了提高传热效率的空心圆台螺旋型能量桩结构，在土体层内设置能量桩井，所述能量桩井呈圆锥台状，能量桩上底面的直径大于能量桩下底面的直径；在能量桩井内设置换热管并固定，换热管由依次连接的换热管进口管段、换热管螺旋管段、换热管出口管段组成；采用能量桩回填料对能量桩井进行回填。本发明的螺旋换热管段呈一定的锥度布置，螺旋管沿径向相互错列，相邻螺旋管在轴向上的热干扰强度减弱，增大了螺旋管沿轴向上的传热能力；与土体换热温差较大的换热流体从半径较大的圆台上底面流入，一定程度上减弱了能量桩上部的回填区域热短路现象，提高了能量桩的传热效率；抗腐蚀能力显著提高，大幅度提高使用寿命。
【IPC分类】F25B30/06, E02D5/56
【公开号】CN104912068
【申请号】CN201510277399
【发明人】黄光勤, 杨小凤, 戴通涌
【申请人】黄光勤
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月27日