一种利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统及其施工方法与流程

本发明涉及建筑领域，具体涉及一种利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统及其施工方法。

背景技术：

钢结构因其自重轻、造价低、施工速度快等优点在民用和工业建筑中得到大规模应用，我国由于地域辽阔，气候环境相对比较恶劣，冬季的冰雪条件对钢结构屋顶以及类似的大跨度的轻质屋盖结构影响较大，常发生钢结构屋顶损坏和倒塌的事故。产生该事故的原因主要是，钢结构这一类大跨度的轻质屋盖结构对荷载比较敏感，在冰雪条件下，冰雪荷载不易流动消除，局部大量的堆积使得屋顶承受荷载大大超过结构设计范围，产生严重的超载，引起结构的损坏。

针对上述问题，目前国内外目前普遍采用的解决方式主要有：一、提高钢结构屋顶的安全度；二、加强房屋的使用监测和预防措施，如人为清扫屋面。提高结构的安全度，在设计上考虑了冰雪荷载对钢结构屋顶屋面的影响，然而，安全度的提高在一定程度上造成了安全度的冗余，设计的经济性和合理性不能得到最大程度的优化；人为清扫屋面为提高钢结构屋顶安全性的临时措施，并不能根本上解决钢结构屋顶安全性问题，同时清扫工序不当、清扫设备的和人员的聚集，也可引发屋面的结构破坏，因此需要一种能克服上述问题的技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统，以解决现有技术中对于外侧结构不规则的空心轴进行堆焊修复时效率低、堆焊质量差的问题。

所述的利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统，包括：

工程桩，

热能循环管线，包括埋设在所述工程桩中的导热管、竖向输送管和设置在屋顶中的传热管，所述传热管与所述导热管之间通过所述竖向输送管连通，

动力泵送装置，其进水口和出水口分别连通到所述竖向输送管的进水部分和所述导热管的出水部分，

传热屋顶，内部设有所述传热管，所述传热屋顶顶部为导热材料。

优选的，所述导热管设有出水口，所述导热管的出水口与所述动力泵送装置的进水口相连，所述竖向输送管具有进水口，所述竖向输送管的进水口与所述动力泵送装置的出水口相连，并经竖向输送管连接到传热管的进水部分。

优选的，所述竖向输送管采用隔热管材，并在所述隔热管材周围包裹有保温圈。

优选的，所述传热屋顶由下至上包括屋面底层板、保温棉和屋面顶层彩钢板，所述传热管由多个u型管连接而成，均匀排布在所述保温棉上，顶部与所述屋面顶层彩钢板接触。

优选的，所述屋面顶层彩钢板具有与所述传热管顶部形状相配合的凹槽，所述传热管顶部与所述凹槽内侧贴合接触。

优选的，所述工程桩为管桩，所述管桩内充满水体，所述管桩桩顶设有盖板，所述导热管穿过所述盖板上的预留孔插入到管桩内，所述预留孔在设置导热管后封闭。

优选的，所述工程桩为现浇混凝土桩，所述导热管附着在钢筋笼上，浇筑混凝土一体成型。

优选的，所述动力泵送装置还包括连接到竖向输送管的进水口的进水机构，包括连接到水源的进水泵和进水管路，所述进水管路上设有进水阀，所述热能循环管线中设有水量监测器。

本发明还提供了一种利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统的施工方法，包括下列步骤：先施工准备，然后桩机就位，开始施工桩基，在桩基中埋设导热管，在安装泵送装置并将其与导热管连通，在建筑施工过程中安装内置所述传热管的成品钢屋面，然后安装竖向输送管，将热能循环管线的各管路连通，最后将导热管、泵站与传热管并向热能循环管线中充满水，连接形成热能循环系统。

优选的，工程桩为管桩的情况下，桩基施工完毕后，在桩基内部埋设导热管，导热管采用金属管线，管桩采用封底桩尖，在成桩后及时在管桩的桩内孔腔中充满水体，管桩顶部加设盖板，并在所述盖板上预留孔洞使得导热管穿过，导热管穿过后，及时封闭预留孔。

本发明由地源热泵技术与桩基埋管换热器结合组成的经济高效节能减排技术，通过在桩基础中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层低温地热能转换的技术。免去了常规的地源热泵技术开挖布设管路的成本和时间，直接利用工程桩设置地下导热管路，节约了能耗、人力和时间，绿色环保经济。本发明的优点还在于既能快速有效的消除屋顶冰雪荷载，永久性的提高屋顶承载能力又能节省清理屋顶的人力物力，节约维护成本。

附图说明

图1为本发明中成套系统的结构示意图(省略了传热屋顶)；

图2为本发明中传热屋顶的局部结构示意图；

图3为本发明实施例1中传热管的结构示意图；

图4为本发明实施例2中传热管的结构示意图；

图5为本发明中导热管的结构示意图，其中图a为u型管路、图b为w型管路、图c为并联双u型管路、图d为并联三u型管路、图e为螺旋形管路。

上述附图中，1、工程桩，2、导热管，3、竖向输送管，4、传热管，5、动力泵送装置，6、进水管路，7、进水阀，8、屋面底层板，9、保温棉，10、屋面顶层彩钢板，11、凹槽。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1：

如图1-4所示，本发明提供了所述的一种利用工程桩对屋顶除冰雪的成套系统，包括工程桩1、热能循环管线、动力泵送装置5和传热屋顶。其中工程桩1为管桩，所述管桩内充满水体，所述管桩桩顶设有盖板，所述导热管2穿过所述盖板上的预留孔插入到管桩内，所述预留孔在设置导热管2后封闭。

其中热能循环管线包括埋设在所述工程桩1中的导热管2、竖向输送管3和设置在屋顶中的传热管4，所述传热管4与所述导热管2之间通过所述竖向输送管3连通，竖向输送管3可在建筑施工时布设在建筑墙体、柱体或独立的布置结构中。所述竖向输送管3的出水部分将加热屋顶后冷却的水体输送到导热管2部分，同时竖向输送管3的进水部分与动力泵送装置5的出水口连接负责将其泵送的热水输送到传热管4加热屋顶。如图5所示所述导热管2为单u型管路、w型管路、并联双u型管路、并联三u型管路或螺旋形管路中的一种或几种。

所述导热管2的出水端连接到集水管并设有出水口，所述导热管2的出水口与所述动力泵送装置5的进水口相连，将经过加热的水体输送到动力泵送装置5；而所述竖向输送管3的进水部分也连接到另一个集水管并具有进水口，所述竖向输送管3的进水口与所述动力泵送装置5的出水口相连，引入热水并经竖向输送管3连接到传热管4的进水部分。

所述竖向输送管3采用隔热管材，如pe管材、聚氨酯发泡管材、复合保温管材等，并在所述隔热管材周围包裹有保温圈。保温圈由石棉或其他隔热效果好的材料制成。

所述传热屋顶由下至上包括屋面底层板8、保温棉9和屋面顶层彩钢板10，所述传热管4由多个u型管连接而成，均匀排布在所述保温棉9上，顶部与所述屋面顶层彩钢板10接触。所述屋面顶层彩钢板10具有与所述传热管4顶部形状相配合的凹槽11，所述传热管4顶部与所述凹槽11内侧贴合接触。传热管4的排布方式如图3所示，通过与之相连的集水管连接到竖向输送管3的进水部分和出水部分。

传热屋顶为预制成品，在工厂事先加工完成，节省现场安装时间。屋顶的传热管4埋设于保温棉9内部，要连接牢固，严禁传热管4外漏，并且紧贴屋面顶层彩钢板10的凹槽处，保证接触面积，以免影响传热效果和传热管的损坏。

所述动力泵送装置5还包括连接到竖向输送管3的进水口的进水机构，包括连接到水源的进水泵和进水管路6，所述进水管路6上设有进水阀7，所述热能循环管线中设有水量监测器。

本发明使用前先通过进水机构向热能循环管线进行注水，令管线中充满水。在需要使用本系统除雪时，打开动力泵送装置5用于管线中水体循环的泵送机构，导热管2中经过浅层低温地热加热后的热水通过集水管到达动力泵送装置5，在由其泵送到竖向输送管3的进水部分，继续向上输送到屋顶的传热管4，传热管4加热屋面顶层彩钢板10实现对雪的加热消除，冷却后的水由竖向输送管3下行，经集水管分别进入各工程桩1内的导热管2，再通过浅层低温地热加热，循环流动的水体不断对屋顶加热，起到良好的加热除雪效果。

上述成套系统的施工流程如下：施工准备→桩机就位→施工桩基→在桩基中埋设导热管2→安装泵送装置与导热管2连通→安装内置传热管4的成品钢屋面→连通导热管2、泵站与传热管4形成热能循环系统。其中导热管2的具体埋设方式为：桩基施工完毕后，在桩基内部埋设u型导热管2，导热管2采用金属管线，管桩采用封底桩尖，在成桩后及时在管桩的桩内孔腔中充满水体，管桩顶部加设盖板，并在所述盖板上预留孔洞使得导热管2穿过，导热管2穿过后，及时封闭预留孔。导热管与传热管连接、泵站与导热管和传热管连接等接口位置处要防止水体渗漏，影响热能传输。

本发明通过在桩体内部填充水体和埋设导热管3作为换热器装置，进行浅层低温地热能转换。屋顶设传热管4，利用动力泵送装置5连通导热管3和传热管4，使管内的水体连通循环，使得钢结构屋顶和工程桩1形成一套热传递系统，将地层中的热能传至钢结构屋顶，提高屋顶的温度，加速屋顶冰雪的融化。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例的区别在于工程桩1结构和传热管4布置方式：工程桩1为现浇混凝土桩，所述导热管2附着在钢筋笼上，浇筑混凝土一体成型。而且传热管4的布置方式采用u形管连接为s形管路，与各个s形管路的进水口和出水口相连的集水管分设在两边，如图4所示。

本实施例所用的成套系统的施工方法为：先施工准备，然后桩机就位，开始施工桩基，在桩基中埋设导热管2，在安装泵送装置并将其与导热管2连通，在建筑施工过程中安装内置所述传热管4的成品钢屋面，然后安装竖向输送管3，将热能循环管线的各管路连通，最后将导热管2、泵站与传热管4并向热能循环管线中充满水，连接形成热能循环系统。其中导热管2也采用金属管线，固定附着在钢筋笼上，随其一同放入桩孔中，在浇筑混凝土成桩。施工前要检查导热管2与钢筋笼是否连接牢固。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。