一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统及施工方法与流程

本发明属于地源热泵和风力发电，涉及一种地源热泵系统及施工方法，尤其涉及一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统及施工方法。

背景技术：

1、风力发电属于清洁能源，具有可再生、无污染、能量大、前景广的特点，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。风电机组运行时会产生热量，使机舱内温度不断升高，影响设备运行及安全，所以需要及时为机组散热。

2、然而，如果采用直接向机舱内送入空气进行冷却的方式，会将舱外的灰尘、腐蚀性气体(尤其是安装于海上的风电机组)带入舱内，对机组使用寿命造成影响。因此需要一种闭式循环舱内热交换系统，达到舱内温度控制的同时，避免将舱外的灰尘、腐蚀性气体带入机舱内。

3、此外，陆上风力发电机组基础普遍采用八边形梁板式基础，混凝土用量普遍超过400m3。直接浇筑会产生大量热量，基础内部过高的温度梯度，会使基础开裂，严重影响基础的耐腐蚀性和耐久性，甚至影响基础的正常使用。为避免大体积混凝土浇筑时基础内部温度过高，以往通过在八边形梁板式基础内部布置临时性冷却水管的方式来减少温度升高。这种方式需要抽取大量的地下水或地表水，不利于水资源的循环利用。此外，临时性水管只能在施工期使用，运维期作为无效构建存在于基础中，利用率低。

4、为此，有必要提出一种绿色环保，同时适用于风力发电机基础大体积混凝土浇筑和机舱工作温度控制的系统。使其满足在施工期，成为基础大体积混凝土浇筑的水冷系统；在运维期，成为机舱环境温控系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，以解决上述背景技术中风力发电机基础大体积混凝土浇筑时易产生温度裂缝的问题及风力发电机舱内温度控制时易将舱外灰尘、腐蚀性气体带入机舱内的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:

3、一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，所述风机基础包括桩基础和八边形基础，所述桩基础上方设有所述八边形基础，所述八边形基础上方依次设有塔筒和风力发电机机舱，所述地源热泵系统包括地埋管、换热管、保温水管、地源热泵主机和空调末端系统；所述地埋管设于所述桩基础内部，所述换热管设于所述八边形基础内部，所述保温水管设于所述塔筒内部，所述地源热泵主机和空调末端系统设于所述风力发电机机舱内部，且所述地埋管、换热管、保温水管、地源热泵主机和空调末端系统依次连接。

4、进一步的，所述地埋管为单根u形管或两根u形管或螺旋形管。

5、进一步的，所述八边形基础包括底板、主梁和地锚笼；所述换热管包括向上流动段管路、向下流动段管路、第一环形水管、第二环形水管、第一引出管和第二引出管，所述向上流动段管路、向下流动段管路分别与地埋管的两端连接，所述向上流动段管路、向下流动段管路均自地埋管向上穿过所述底板进入主梁内部，沿主梁方向进入地锚笼再向上延伸；所述第一环形水管和第二环形水管均设于地锚笼内，所述第一环形水管与所述向上流动段管路连接，所述第二环形水管与所述向下流动段管路连接，所述第一环形水管上设有第一引出管，所述第二环形水管上设有第二引出管，所述第一引出管和第二引出管穿出地锚笼与分别与所述保温水管连接。

6、进一步的，所述向上流动段管路位于八边形基础内侧，所述向下流动段管路位于八边形基础外侧，上述内外布管方式有利于带走基础内部的热能，并均衡基础内部的温度；所述第一环形水管、第二环形水管和地锚笼同轴设置，且所述第一环形水管位于所述第二环形水管下方，便于向上和向下流动管路的内外侧布置。

7、进一步的，所述保温水管上设有若干循环水泵；所述保温水管外侧包覆保温材料。

8、进一步的，当所述风机基础不采用桩基础形式时，通过钻孔形式放置地埋管，采用膨润土或混凝土等回填钻孔。

9、进一步的，所述地源热泵系统与风力发电机电连接，用于供给所述地源热泵系统所需电能。

10、在基础大体积混凝土浇筑时，由于地下水的温度低于基础温度，因此通过循环水泵使地埋管和换热管内的水不断循环，从而将大体积混凝土浇筑时的热能转移至地下。在风机正常运营期内，通过循环水泵、地埋管、换热管、地源热泵主机和空调末端系统可将机舱内设备运行产生的热量转移至地下，从而维持较低的舱内温度。

11、一种上述适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统的施工方法，包括以下步骤：

12、步骤一：基坑开挖，桩基定位，钻孔；

13、步骤二：将地埋管安装于桩基钢筋笼上后，通过吊机起吊并安装至桩基孔位指定深度处，再浇筑混凝土，形成桩基础；

14、步骤三：桩基础达到指定强度后绑扎八边形基础的钢筋笼，并安装换热管，然后浇筑八边形基础。

15、进一步的，在施工期，所述换热管作为八边形基础大体积混凝土浇筑时的冷却水管，包括以下步骤：

16、将保温水管连接循环水泵后再与向上流动段管路和向下流动段管路相连；大体积混凝土浇筑和养护时，打开循环水泵使水依次流经地埋管、向上流动段管路、保温水管和向下流动段管路后，再次回到地埋管形成循环。

17、进一步的，在运维期(风力发电机组正常工作阶段)，该系统可作为机舱的温控系统，循环水经地埋管、换热管、保温水管进入风力发电机机舱内的地源热泵主机。经地源热泵主机处理形成冷源再传输至空调末端系统，从而实现舱内温度的控制。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)基础施工时，充分利用地下恒温特性，采用封闭水循环系统，对大体积混凝土进行降温，无需抽取地下水或地表水。充分利用桩基础和八边形梁板式基础的特点，在桩基施工时将地源热泵地埋管安装于地下，地埋管上端连接布置在八边形梁板式基础内的换热管，从而在基础大体积混凝土浇筑时，利用循环水泵可有效地将水泥水化反应产生的热量转移到地层中。同时，经地埋管冷却的水从下往上，在基础内侧穿过，再从上往下从基础外侧回流至地埋管，可以将基础中心的热量转移到基础外侧，显著地减少基础内部的温度梯度，避免基础温度裂缝的产生。此外，该系统采用封闭的水循环系统，应用于风力发电机基础大体积混凝土浇筑温控时，不需要大量抽取地下水或地表水。

20、(2)运维期，该温控系统可应用于风力发电机基础施工和机组正常工作，具有一机多用的能力。同时，由于地缘热泵温控系统不存在传统空调温控系统易将舱外灰尘、腐蚀性气体带入机舱内的问题。此外，相较于传统的温控系统，该地源热泵系统还有绿色、节能、环保、安全和无污染的优势。

技术特征：

1.一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，所述风机基础包括桩基础(7)和八边形基础(8)，所述桩基础上方设有所述八边形基础，所述八边形基础上方依次设有塔筒和风力发电机机舱，其特征在于，所述地源热泵系统包括地埋管(1)、换热管(2)、保温水管(4)、地源热泵主机(5)和空调末端系统(6)；所述地埋管(1)设于所述桩基础内部，所述换热管(2)设于所述八边形基础内部，所述保温水管(4)设于所述塔筒内部，所述地源热泵主机(5)和空调末端系统(6)设于所述风力发电机机舱内部，且所述地埋管(1)、换热管(2)、保温水管(4)、地源热泵主机(5)和空调末端系统(6)依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，所述地埋管(1)为单根u形管或两根u形管或螺旋形管。

3.根据权利要求1所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，所述八边形基础(8)包括底板(801)、主梁(802)和地锚笼(803)；所述换热管(2)包括向上流动段管路(201)、向下流动段管路(202)、第一环形水管(203)、第二环形水管(204)、第一引出管(205)和第二引出管(206)，所述向上流动段管路(201)、向下流动段管路(202)分别与地埋管(1)的两端连接，所述向上流动段管路(201)、向下流动段管路(202)均自地埋管(1)向上穿过所述底板(801)进入主梁(802)内部，沿主梁(802)方向进入地锚笼(803)再向上延伸；所述第一环形水管(203)和第二环形水管(204)均设于地锚笼(803)内，所述第一环形水管(203)与所述向上流动段管路(201)连接，所述第二环形水管(204)与所述向下流动段管路(202)连接，所述第一环形水管(203)上设有第一引出管(205)，所述第二环形水管(204)上设有第二引出管(206)，所述第一引出管(205)和第二引出管(206)穿出地锚笼(803)与分别与所述保温水管(4)连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，所述向上流动段管路(201)位于八边形基础(8)内侧，所述向下流动段管路(202)位于八边形基础(8)外侧；所述第一环形水管(203)、第二环形水管(204)和地锚笼(803)同轴设置，且所述第一环形水管(203)位于所述第二环形水管(204)下方。

5.根据权利要求1所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，所述保温水管(4)上设有若干循环水泵(3)；所述保温水管(4)外侧包覆保温材料。

6.根据权利要求1所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，当所述风机基础不采用桩基础(7)形式时，通过钻孔形式放置地埋管(1)，采用膨润土或混凝土回填钻孔。

7.根据权利要求1所述的一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统，其特征在于，所述地源热泵系统与风力发电机电连接，用于供给所述地源热泵系统所需电能。

8.权利要求1-8任一项所述的适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求8所述的适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统的施工方法，其特征在于，所述换热管(2)作为八边形基础(8)大体积混凝土浇筑时的冷却水管，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种适用风机基础大体积混凝土浇筑和机舱温控的地源热泵系统及施工方法，包括地埋管、换热管、循环水泵、地源热泵主机和空调末端系统。所述地埋管与所述换热管为依次相连的管道，所述地埋管布置于风力发电机的桩基础内部，所述换热管布置于八边形基础内部。借助循环水泵和地源热泵主机，在风机基础大体积混凝土浇筑时，可通过循环水将水泥水化热转移到地层中；在风机正常工作时，可通过循环水将机舱内热量转移到地层中。该温控系统节能、环保高效、无污染，做到一机两用，且能避免将舱外的灰尘、腐蚀性气体带入机舱内。技术研发人员：童森杰,张文龙,孙长江,连金龙,左一涵,严舒豪,杨鑫,王滨,沈侃敏,王海宇受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1