提高传热效率的预制能量球地热交换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉地源热栗系统地埋管的技术领域，尤其涉及一种能够提高传热效率的预制能量球换热器，主要适用于建筑供暖供冷的土壤热栗技术领域。
【背景技术】
[0002]土壤源热栗系统利用地下浅层岩土体作为低品位冷热源(或热汇)，由于地下一定深度的岩土体温度较为恒定，且温度范围有利于热栗机组高效运行，故能有效减少机组运行能耗，在建筑节能领域得到迅猛发展。地埋管换热器是土壤源热栗系统的核心部件，其换热效率决定了地埋管系统设计长度及运行调节控制方法。在工程实践中，竖直单U型和双U型地埋管换热器应用广泛，但其钻孔一般在50m?120m范围，对于西南方地区如重庆、成都等地质条件复杂的区域，施工难度大，前期初投资大，其经济性制约了竖直地埋管的推广应用。此外，竖直地埋管换热器存在较为严重的钻孔内热短路现象，导致换热效率降低。近年来，一种可以依托建筑基础埋设换热器，大大减少了钻孔费用，其经济性较好能量粧技术得到广泛应用。能量粧换热管常常采用并联双U型、串联双U型及螺旋型布置，提高了传热效率，特别是螺旋型能源粧，大大增加了换热流体与周边土体的接触面积，其换热效率得到大幅度的提高。相关研究已经表明，螺距是影响螺旋型能量粧传热效率的重要因素，由于传统的螺旋换热管的螺距较小，引起轴向相邻螺旋管之间的存在较为明显的热干扰现象，制约了螺旋型能量粧传热效率的提高，故如何降低轴向相邻螺旋管的热干扰程度，对提高螺旋型能源粧传热效率具有重要作用。
[0003]在本发明之前，中国发明专利“一种预制能量粧的施工方法”(专利号:ZL201310441978.7)公开了一种将换热管埋设在空心钢管内，空心钢管代替传统实心钢管作为预制粧主筋的能量粧施工技术方案。该技术方案解决了换热管与主筋绑扎埋设造成的相互干扰、混凝土密实度、钢筋腐蚀等技术问题，具有埋管存活率高、施工周期短、地下空间及工程造价节省的优点。但是，其埋管布置形式为垂直U型，换热流体与土体的接触面积较小，换热量及换热效率不及螺旋型能量粧。中国发明专利“一种六边形预制能量粧及其制作方法”(专利号CN103498470A)公开了一种把位于六边形顶角，埋设有传热管的空心钢管作为预制粧构造主筋的能量粧技术方案;该技术方案将传热管埋设在空心钢管内，有效解决了传热管与钢筋绑扎埋设造成的相互干扰、混凝土密实度不均、钢筋笼易腐蚀、以及灌注粧基整体承载力低等技术问题;而且埋管存活率更高，便于粧体大量堆放和运输安全，施工工期短、地下空间和工程造价节省。但是，其换热器埋设方式为竖直地埋管，换热流体与周围土体的接触面积有限，换热量及换热效率不及螺旋型能量粧。
【发明内容】
[0004]本发明专利针对目前地源热栗技术发展现状及存在的问题，为提高地埋管换热器的换热效率，减弱螺旋地埋管之间的轴向热干扰，设计一种提高传热效率的预制能量球地热交换器。
[0005]本发明专利的技术方案:提高传热效率的预制能量球地热交换器，包括球体骨架，其特征在于:所述球体骨架由预制能量球构造筋和预制能量球箍筋构成;所述预制能量球构造筋呈圆形，数量为两组或以上，竖向沿圆周360度方向设置，形成球体的经线;所述预制能量球箍筋呈正多边形，沿高度方向横向设置，形成球体的玮线;预制能量球箍筋采用焊接或绑扎的方式连接在对应的预制能量球构造筋上；
在球体骨架内设置换热管，所述换热管包括相连接的换热管进口段、螺旋换热管段和换热管出口段，螺旋换热管段位于换热管进口段、换热管出口段之间；换热管进口段设置在顶部的箍筋内侧，螺旋换热管段沿球体骨架螺旋布置，换热管出口段位于箍筋的中心，下端与螺旋换热管段的尾端连通;换热管进口段和换热管出口段都竖直向上伸出球体骨架顶部一段距离；
在球体骨架内填充回填料，或者其内、外侧都填充回填料。
[0006]进一步的特征是:换热管螺旋管段按照球面螺旋形式布置，螺距为100?300mm;沿螺旋方向将换热管螺旋管段依次绑扎在预制能量球构造筋或预制能量球箍筋上，形成换热管的螺旋管段。
[0007]换热管管材为聚乙烯塑料管或聚丁烯管。
[0008]螺旋换热管段连接在预制能量球构造筋和/或预制能量球箍筋外表面上。
[0009]在球体骨架顶部设置有吊装环，吊装环与预制能量球构造筋或顶部的预制能量球箍筋相连。
[0010]提高传热效率的预制能量球换热器的制造方法，其包括如下步骤:
(1)根据工艺要求，确定预制能量球换热器构造筋、箍筋的参数，加工构造筋、箍筋，并对构造筋和箍筋进行捆扎成形；
(2)在捆扎好的圆球面上设置换热管: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，将换热管依次绑扎在构造筋上，形成换热管的螺旋管段；
(3)换热管出口管段的固定:沿竖直方向将保温后的换热管出口管段依次绑扎在底部箍筋和顶部箍筋的中心；
(4)对连接完毕的换热管进行通水试验，检验换热管的密封性。
[0011](5)能量球粧井的开挖成型: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，得到满足下一步施工要求的能量球粧井；
(6)将捆扎好了换热管的球体骨架放置在能量球粧井内，采用回填料，对球体骨架内外进行回填，得到所述的预制能量球换热器。
[0012]对进口段和出口管段进行保温，保温层采用聚氨酯泡沫塑料或复合保温材料，在一定长度进口段和出口管段上缠绕保温材料，保温层厚度为20?30mm。
[0013]相对于现有技术，本发明专利具有如下特点:
1、本发明专利的预制能量球换热器的换热管沿球面螺旋布置，螺旋换热管的水平方向相互错列，削弱了相邻螺旋管在竖直方向上的热干扰，从而提高了螺旋管沿竖直方向上的传热能力；
2、能量球交换器与土体接触的换热面呈球面，和传统能量粧换热仅在水平方向上相比，能量球换热器与土体之间360°换热(能量球顶部及底部也参与换热过程)，进一步提高了换热器和土体之间的热能力。
[0014]3、本发明设计的能量球直径约1000?2000_，开挖深度较传统地埋管(垂直U型、能量粧)浅，开挖量小，深度浅，有效避免坍塌问题。
【附图说明】
[0015]图1为本发明预制能量球立体结构图。
[0016]图2为本发明预制能量球平面结构示意图。
[0017]图3为本发明预制能量球纵向结构示意图。
[0018]图中:I一预制能量球吊装环;2—换热管进口段;3—换热管出口段;4一预制能量球箍筋;5—螺旋换热管段;6—预制能量球构造筋；8—回填料;10—球体骨架。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和具体实施例说明详细叙述本发明专利的【具体实施方式】
图1一图3所示的本发明提高传热效率的预制能量球地热交换器的结构图，包括球体骨架10，所述球体骨架10由预制能量球构造筋6和预制能量球箍筋4构成，直径为1000?2000mm;所述预制能量球构造筋6呈圆形，数量为两组或以上，竖向沿圆周360度方向设置，形成球体的经线，预制能量球构造筋6的直径比能量球球体直径小60?100_，钢筋直径为15?25mm，图示中的构造筋6共三组，预制能量球构造筋6上、下各交叉于同一点，采用焊接或绑扎的方式连接，预制能量球箍筋4呈正多边形，如等边三角形、正方形(包括矩形)、正五边形、正六边形、正七边形、正八边形等；图中所示为正六边形，边长为300?100mm，箍筋间距200?400mm，箍筋所用钢材直径为6?10mm，箍筋三组以上，图示为五组;横向设置的预制能量球箍筋4沿球体的高度方向水平设置，形成球体的玮线;预制能量球箍筋4采用焊接或绑扎的方式连接在对应的预制能量球构造筋6上，形成球体骨架10。
[0020]在球体骨架10内设置换热管，所述换热管包括相连接的换热管进口段2、螺旋换热管段5和换热管出口段3，螺旋换热管段5位于换热管进口段2、换热管出口段3之间；换热管管材选用聚乙稀(PE)管材或聚丁稀(PB)管材，内径为25?32mm，管壁厚5?8mm，管长度根据能量球球体实际尺寸确定。换热管进口段2设置在(固定在)顶部的箍筋4内侧，螺旋换热