一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩及施工方法与流程

本发明涉及一种蓄冷换热空心桩，具体为一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩及施工方法，属于建筑应用技术领域。

背景技术：

超高层建筑由于自身建筑体量大，能源消耗量远大于一般高层建筑，特别是空调系统的能源消耗量。部分超高层建筑采用大直径人工挖孔桩(d≥2m)作为桩基础，我国有的地区将大直径人工挖孔桩设计成空心桩。它与实心桩相比，在力学性能不变的情况下，可节省混凝土50％左右，并同时解决了大直径桩大体积混凝土浇筑过程中的质量问题。

大直径人工挖孔空心桩由于其中空、壁厚大的特点，可以为解决超高层建筑空调系统能源消耗提供条件，目前暂没有利用大直径人工挖孔空心桩解决超高层建筑能源消耗问题的案例。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供的可以节约超高层建筑能源消耗量、提高能源利用效率，释放超高层可用地下建筑面积，具有极高社会效益和经济效益的一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩及施工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩，包括人工挖孔桩和人工挖孔桩钢筋笼；所述人工挖孔桩内侧壁施做有人工挖孔桩护臂，所述人工挖孔桩钢筋笼由钢筋笼纵筋和钢筋笼螺旋箍筋所构成，所述钢筋笼纵筋竖直安放在人工挖孔桩内，所述钢筋笼螺旋箍筋呈螺旋环形状与钢筋笼纵筋捆扎在一起，所述人工挖孔桩钢筋笼上捆绑连接有螺旋换热进水管和螺旋换热出水管，所述人工挖孔桩钢筋笼放置在人工挖孔桩内，且灌注有桩身混凝土，所述桩身混凝土凝固后使人工挖孔桩内侧形成蓄能池，且所述蓄能池内侧壁设有蓄能池防水层，所述蓄能池进水管和蓄能池排水管均竖直安插在蓄能池内，所述蓄能池上方盖有预制盖板。

作为本发明再进一步的方案：所述人工挖孔桩为开设在地下岩土层内。

作为本发明再进一步的方案：所述预制盖板上预留有蓄能池进水管、蓄能池排水管、螺旋换热进水管及螺旋换热出水管孔洞。

作为本发明再进一步的方案：所述蓄能池进水管及蓄能池排水管外部连接有冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵。

作为本发明再进一步的方案：所述螺旋换热进水管和螺旋换热出水管均呈螺旋状由蓄能池的顶部设置到底部。

一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩的施工方法，其施工方法包括以下步骤：

步骤一、随着人工挖孔桩开挖施做人工挖孔桩护臂，人工挖孔桩开挖至桩底；

步骤二、连接钢筋笼纵筋、钢筋笼螺旋箍筋、制作人工挖孔桩钢筋笼。将螺旋换热进水管、螺旋换热出水管绑扎连接在钢筋笼内侧；

步骤三、整体吊放钢筋笼纵筋、钢筋笼螺旋箍筋、螺旋换热进水管及螺旋换热出水管至人工挖孔桩内，灌注人工挖孔桩桩身混凝土，蓄水空间施工完成；

步骤四、混凝土达到设计强度后，施做蓄能池防水层；

步骤五、安装蓄能池进水管及蓄能池排水管，蓄能池进水管及蓄能池排水管外部连接冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵；

步骤六、安装预制盖板，蓄能池进水管、蓄能池排水管、螺旋换热进水管及螺旋换热出水管从预制盖板预留孔洞内部穿过；

步骤七、蓄能池内达到注水条件，利用夜间谷段电力的低电价，通过冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，将蓄能池中的水制冷，在白天电价较高的峰段电力期间将冷水释放出来供空调系统制冷使用。

本发明的有益效果是：1、利用大直径人工挖孔空心桩桩身混凝土做换热管；利用地下岩土温度相对稳定的特性，在投入少量高位能的基础上，通过埋在建筑桩基础内部的埋管换热器与大地进行冷、热交换，实现供冷、供热的目的，冬季，换热系统提取大地中的低位热能向建筑物供热，夏季，将建筑物中的热量转移到地下，实现供冷。换热管的形式既免除了需要单独钻孔和占地面积较大的缺点，又将建筑地下广阔的岩土中所蕴含的低位能源加以利用；

2、大直径人工挖孔空心桩内部空心做蓄能池；利用夜间谷段电力的低电价，利用冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，将蓄能池中的水制冷，在白天电价较高的峰段电力期间将冷水释放出来供空调系统制冷使用；对电网达到削峰填谷的目的，对超高层建筑达到降低电费的目的；

3、大直径人工挖孔空心桩内部空心做蓄能池，充分利用大直径人工挖孔空心桩内部空间，大量释放超高层建筑原本用作蓄能池的地下建筑面积

4、兼具作为埋管换热器换热和作为蓄能池蓄能两种用途，可根据建筑物供冷供暖系统的运行需要进行切换。一个典型工况是夏季使用本发明进行供冷系统蓄冷，冬季使用本发明进行供暖系统地下换热。

附图说明

图1为本发明人工挖孔空心桩成孔后开挖至桩底后立面构造图；

图2为本发明钢筋笼及换热管细部构造图；

图3为本发明人工挖孔空心桩桩身混凝土后立面构造图；

图4为本发明蓄能池防水层位置立面构造图；

图5为本发明蓄能池进水、排水管安装位置立面构造图；

图6为本发明人工挖孔桩预制盖板立面构造图；

图7为本发明蓄能池储水后工作状态；

图8为本发明大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩1-1剖面图；

图9为本发明大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩2-2剖面图。

图中：1、钢筋笼纵筋，2、钢筋笼螺旋箍筋，3、螺旋换热进水管，4、螺旋换热出水管，5、人工挖孔桩护臂，6、桩身混凝土，7、蓄能池进水管，8、蓄能池排水管，9、预制盖板，10、蓄能池防水层和11、蓄能池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～9，一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩，包括人工挖孔桩和人工挖孔桩钢筋笼；所述人工挖孔桩内侧壁施做有人工挖孔桩护臂5，所述人工挖孔桩钢筋笼由钢筋笼纵筋1和钢筋笼螺旋箍筋2所构成，所述钢筋笼纵筋1竖直安放在人工挖孔桩内，所述钢筋笼螺旋箍筋2呈螺旋环形状与钢筋笼纵筋1捆扎在一起，所述人工挖孔桩钢筋笼上捆绑连接有螺旋换热进水管3和螺旋换热出水管4，所述人工挖孔桩钢筋笼放置在人工挖孔桩内，且灌注有桩身混凝土6，所述桩身混凝土6凝固后使人工挖孔桩内侧形成蓄能池11，且所述蓄能池11内侧壁设有蓄能池防水层10，所述蓄能池进水管7和蓄能池排水管8均竖直安插在蓄能池11内，所述蓄能池11上方安装预制盖板9。

进一步的，在本发明实施例中，所述人工挖孔桩为开设在地下岩土层内，冬季，地源热泵提取大地中的低位热能向建筑物供热，同时储存冷量，以备夏用；夏季，将建筑物中的热量转移到地下，实现供冷，同时储存热量，以备冬用，将建筑地下广阔的岩土中所蕴含的低位能源加以利用。

进一步的，在本发明实施例中，所述预制盖板9上预留有蓄能池进水管7、蓄能池排水管8、螺旋换热进水管3及螺旋换热出水管4孔洞，使蓄能池进水管7、蓄能池排水管8、螺旋换热进水管3及螺旋换热出水管4能够从预制盖板9内部穿过。

进一步的，在本发明实施例中，所述蓄能池进水管7及蓄能池排水管8外部连接有冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，利用夜间谷段电力的低电价，利用冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，将蓄能池11中的水制冷，在白天电价较高的峰段电力期间将冷水释放出来供空调系统制冷使用。

进一步的，在本发明实施例中，所述螺旋换热进水管3和螺旋换热出水管4均呈螺旋状由蓄能池11的顶部设置到底部，免除了常规地埋管换热管需要钻孔和占地面积较大的缺点，又增大了与蓄能池11中所注入水的接触面积。

一种大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩的施工方法，其施工方法包括以下步骤：

步骤一、随着人工挖孔桩开挖施做人工挖孔桩护臂5，人工挖孔桩开挖至桩底；

步骤二、连接钢筋笼纵筋1、钢筋笼螺旋箍筋2、制作人工挖孔桩钢筋笼。将螺旋换热进水管3、螺旋换热出水管4绑扎连接在钢筋笼内侧；

步骤三、整体吊放钢筋笼纵筋1、钢筋笼螺旋箍筋2、螺旋换热进水管3及螺旋换热出水管4至人工挖孔桩内，灌注人工挖孔桩桩身混凝土6，蓄水空间施工完成；

步骤四、混凝土达到设计强度后，施做蓄能池防水层10；

步骤五、安装蓄能池进水管7及蓄能池排水管8，蓄能池进水管7及蓄能池排水管8外部连接冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵；

步骤六、安装预制盖板9，蓄能池进水管7、蓄能池排水管8、螺旋换热进水管3及螺旋换热出水管4从预制盖板9预留孔洞内部穿过；

步骤七、蓄能池11内达到注水条件，利用夜间谷段电力的低电价，通过冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，将蓄能池中的水制冷，在白天电价较高的峰段电力期间将冷水释放出来供空调系统制冷使用。

工作原理：在使用该大直径人工挖孔蓄冷换热空心桩及施工方法时，大直径人工挖孔空心桩兼做蓄能池和换热管使用；大直径人工挖孔空心桩内部空心做蓄能池11；利用夜间谷段电力的低电价，利用冷水机组、冷水循环水泵、冷却循环水泵，将蓄能池中的水制冷，在白天电价较高的峰段电力期间将冷水释放出来供空调系统制冷使用；大直径人工挖孔空心桩桩身混凝土6内，埋设螺旋换热进水管3、螺旋换热出水管4，在蓄冷系统不运行时，利用螺旋换热管与大地进行冷、热交换，实现供冷、供热的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。