本發(fā)明涉及一種淺層地?zé)崮茉蠢眉夹g(shù)，主要適用于建筑地下連續(xù)墻等技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置及其施工方法。

背景技術(shù)：

淺層地?zé)崮?，又名淺層地溫能，屬于低品位可再生清潔能源，是當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下最具備開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的地球內(nèi)部的熱能資源之一。目前淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)與利用中，主要是直接利用淺層土壤常年恒溫的特點(diǎn)，利用熱泵循環(huán)來(lái)達(dá)到對(duì)地面建筑冬天供暖或者夏天制冷的作用。地源熱泵技術(shù)，屬于淺層地?zé)崮苤苯永玫淖畛Ｓ眯问街?，該技術(shù)利用地下的土壤、地表水、地下水等溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)以大地為儲(chǔ)能體進(jìn)行熱量交換的可再生能源的空調(diào)系統(tǒng)；該技術(shù)方案可以替代傳統(tǒng)鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。地下埋設(shè)換熱管，是地源熱泵技術(shù)的施工難點(diǎn)和投資重點(diǎn)；且地下?lián)Q熱管埋設(shè)需要占用較大的土地面積和地下空間，造成其初期埋設(shè)等施工成本高，從而影響其大量推廣應(yīng)用。將地源熱泵技術(shù)中的地下?lián)Q熱管埋設(shè)施工與傳統(tǒng)建筑樁基礎(chǔ)或地下連續(xù)墻等地下構(gòu)建物施工相結(jié)合，可以有效解決專門埋管的施工步驟和地埋管占用地下空間問(wèn)題，從而大大節(jié)省工程造價(jià)；基于這種地下埋管形式形成的帶有地下?lián)Q熱管的地下結(jié)構(gòu)稱為能源地下結(jié)構(gòu)，能量樁技術(shù)能源地下結(jié)構(gòu)物的典型代表，是近年來(lái)有效利用淺層地?zé)崮艿膬?yōu)良技術(shù)方案之一；結(jié)合具體樁基結(jié)構(gòu)形式的不同，產(chǎn)生了不同的淺層地?zé)崮軣醾鬟f利用的能量樁類型(文獻(xiàn)1～16)。

文獻(xiàn)1：Jürgen Vogel和Hermann JosefWilhelm申請(qǐng)的德國(guó)發(fā)明專利“Energy pile for geothermal energy purpose i.e.combined heating and cooling systems，has collector tube comprising section that includes another section that transitions and runs helically around former section of collector tube(DE102012013337A1)”。

文獻(xiàn)2：TirolerMetallwerke Aktiengesellschaft和Armin Ing.Amann申請(qǐng)并授權(quán)的歐洲和德國(guó)發(fā)明專利“Energypile(EP1486741 B1，DE50305842D1)”。

文獻(xiàn)3：Ing.Armin Amann申請(qǐng)并授權(quán)的德國(guó)發(fā)明專利“Concrete pile foundation for absorbing geothermal energy，contains corrugated sleeve pipe(DE202004014113U1)”，相應(yīng)的其他國(guó)家專利授權(quán)號(hào)還有：AT7887 U1。

文獻(xiàn)4：Alain Desmeules申請(qǐng)并授權(quán)的PCT專利“Pile with integral geothermalconduit loop retaining means(PCT/CA2010/001500)，，相應(yīng)的國(guó)家階段專利授權(quán)號(hào)為：CA2683256 A1，EP2491183 A4，US8262322 B2，US20110091288 A1，WO2011047461 A1。

文獻(xiàn)5：李志毅，張全勝，張慧東，柳建國(guó)和馬凜申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“旋進(jìn)式壁后注漿地源熱能轉(zhuǎn)換預(yù)制樁裝置及其埋入地層的方法，(專利號(hào)：CN201210054121.5)，授權(quán)公告日2014年11月26日”。

文獻(xiàn)6：孔綱強(qiáng)，黃旭，丁選明，劉漢龍和彭懷風(fēng)申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種六邊形預(yù)制能量樁及其制作方法，(專利號(hào)：CN201310442139.7)，授權(quán)公告日2015年8月19日”。

文獻(xiàn)7：孔綱強(qiáng)，黃旭，丁選明，劉漢龍和彭懷風(fēng)申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種預(yù)制能量樁的施工方法，(專利號(hào)：CN201310441978.7)，授權(quán)公告日2015年9月23日”。

文獻(xiàn)8：黃吉永，鄭榮躍和黃楠申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種基于植樁過(guò)程的地源熱泵管埋置方法，(專利號(hào)：CN201310033136.8)，授權(quán)公告日2015年9月23日”。

文獻(xiàn)9：蔣剛，路宏偉，王彬彬和劉偉慶申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“帶有地源熱泵雙螺旋管狀換熱器的預(yù)制鋼筋混凝土管樁，(專利號(hào)：CN201410572810.4)，授權(quán)公告日2016年1月20日”。

文獻(xiàn)10：Beton Son B.V.申請(qǐng)并授權(quán)的歐洲發(fā)明專利“Geothermal pile having a cavity through which a fluid can flow”，相應(yīng)的國(guó)家階段專利授權(quán)號(hào)為：EP1243875 B1，NL1017655 C2，DE60200183 T2。

在文獻(xiàn)1～9中，公開(kāi)了在預(yù)制樁中間、側(cè)壁甚至預(yù)制樁體內(nèi)埋設(shè)不同形式地下?lián)Q熱管的制作方法或施工方法。在文獻(xiàn)10中，公開(kāi)了一種封閉預(yù)制樁底端并在預(yù)制樁體空腔內(nèi)布置開(kāi)放式地下?lián)Q熱管的施工方法。

文獻(xiàn)11：方肇洪和劉俊紅申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“樁埋螺旋管式地源熱泵裝置及其地?zé)釗Q熱器的傳熱模型，(專利號(hào)：CN200810159583.7)，授權(quán)公告日2011年1月26日”。

文獻(xiàn)12：張以韜，鄭宗躍和李偉等申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“地源熱泵豎直螺旋式埋管施工方法，(專利號(hào)：CN201210494997.1)，授權(quán)公告日2014年8月13日”。

文獻(xiàn)13：孔綱強(qiáng)，彭懷風(fēng)，吳宏偉和丁選明申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種地源熱泵灌注樁鋼筋籠內(nèi)埋管的施工方法，(專利號(hào)：CN201310302155.6)，授權(quán)公告日2015年3月11日”。

文獻(xiàn)14：劉漢龍，丁選明，孔綱強(qiáng)，吳宏偉和陳育民申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種PCC能量樁及其制作方法，(專利號(hào)：CN201210298385.5)，授權(quán)公告日2014年11月19日”。

文獻(xiàn)15：李平，丁選明，高洪梅和鄭長(zhǎng)杰申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“一種地?zé)崮懿杉瘶痘笆┕し椒ǎ?專利號(hào)：CN201210476105.5)，授權(quán)公告日2015年4月8日”。

在文獻(xiàn)11～13中，公開(kāi)了在現(xiàn)場(chǎng)灌注樁中的鋼筋籠上綁扎埋設(shè)螺旋型地下?lián)Q熱管或者鋼管內(nèi)埋設(shè)換熱管的施工方法。在文獻(xiàn)14～15中，公開(kāi)了封閉現(xiàn)澆灌注樁底部、在樁體空腔內(nèi)充填傳熱液體并布置開(kāi)放式或地下?lián)Q熱管的施工方法。

文獻(xiàn)16：Raymond J.Roussy申請(qǐng)并授權(quán)的國(guó)際PCT專利“A method and system for installing geothermal heat exchangers，energy piles，concrete piles，micro piles，and anchors using a sonic drill and a removable or retrievable drill bit(PCT/CA2009/000180)”，相應(yīng)的國(guó)家階段專利授權(quán)號(hào)為：CA2716209A1，CA2716209C，CA2827026A1，CA2827026C，CN102016218A，EP2247816A1，EP2247816A4，US8118115，US20090214299。

在文獻(xiàn)16中，公開(kāi)了一種基于新型鉆機(jī)的地下?lián)Q熱管的埋設(shè)方法。

綜上可知，基于不同樁基礎(chǔ)施工工藝，可以獲得相應(yīng)的不同制作方法或者施工方法的能量樁技術(shù)；但是，無(wú)論哪種形式的能量樁技術(shù)，都是基于直接熱傳遞原理對(duì)淺層地?zé)崮艿闹苯永茫瑳](méi)有進(jìn)行能量形式的轉(zhuǎn)化。

地?zé)崮懿粌H可以通過(guò)熱泵技術(shù)直接利用其熱能，而且可以進(jìn)行發(fā)電加以利用。傳統(tǒng)的地?zé)岚l(fā)電原理與火力發(fā)電類似，以中高溫(＞80℃)層地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源，首先把地下熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在文獻(xiàn)17～18中，公開(kāi)了一種基于熱水井的開(kāi)采深層地?zé)崮苓M(jìn)行發(fā)電的設(shè)施和方法；在文獻(xiàn)19～22中，分別公開(kāi)了一種基于深層的鉆孔、地下礦井、采油層套管或地下巖石隧道結(jié)構(gòu)，將深層地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能的方法；這種發(fā)電方式存在如下幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)一般要求熱源溫度大于＞80℃，換言之，這些技術(shù)方法對(duì)于淺層地?zé)崮?一般＜25℃)無(wú)法適用；(2)能量形態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)相對(duì)較多，導(dǎo)致能量利用率降低；(3)地下深層熱源開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較大、開(kāi)發(fā)成本高且開(kāi)發(fā)成本隨開(kāi)采深度近乎呈非線性增長(zhǎng)。

文獻(xiàn)17：Schnatzmeyer，Mark A.和Clark E.Robison申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利"Method and apparatus for generating electric power downhole.″U.S.Patent No.6,150,601.21 Nov.2000。

文獻(xiàn)18：Jeffryes，Benjamin Peter申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″Method and apparatus for downhole thermoelectric power generation.″U.S.Patent No.7,770,645.10Aug.2010。

文獻(xiàn)19：Shulman，Gary申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″Method for recovering thermal energy contained in subterranean hot rock.″U.S.Patent No.5,515,679.14May 1996。

文獻(xiàn)20：DuBois，John R申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″Geothermal power generation system and method for adapting to mine shafts.″U.S.Patent No.7,984,613.26Jul.2011。

文獻(xiàn)21：龔智勇申請(qǐng)并授權(quán)的中國(guó)發(fā)明專利“利用油層套管傳導(dǎo)地下熱能再利用的方法及裝置，(專利號(hào)：CN201010101312.3)”。

1999年，DiSalvo指出基于半導(dǎo)體低溫溫差發(fā)電技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)微溫差之間的熱電轉(zhuǎn)換(文獻(xiàn)22)，利用半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)，在文獻(xiàn)23中公開(kāi)了一種利用超深層高溫(1200～1800℃)與深層中溫(250～600℃)之間的溫差進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)方法；在文獻(xiàn)24中公開(kāi)了一種基于地下巖石隧道結(jié)構(gòu)，將深層地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能的方法；在文獻(xiàn)25中公開(kāi)了一種基于地源熱泵技術(shù)將深層地?zé)崮軅鬟f到地表，讓換熱管與空氣中的溫差(即深層地?zé)崮芴峁嵩?、自然空氣提供冷?進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)方法。

文獻(xiàn)22：DiSalvo，F(xiàn) J.發(fā)表的學(xué)術(shù)論文″Thermoelectric cooling and power generation.″Science，285.5428(1999)：703-706。

文獻(xiàn)23：Levoy，Larry申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″Direct thermal-electric conversion for geothermal energy recovery.″U.S.Patent No.4,047,093.6Sep.1977。

文獻(xiàn)24：陳國(guó)慶，楊洋，趙聰和李天斌申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利“一種高地溫隧道降溫散熱及熱能轉(zhuǎn)化裝置，(專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201510663196.7)”。

文獻(xiàn)25：Liu，Liping發(fā)表的學(xué)術(shù)論文″Feasibility of large-scale power plants based on thermoelectric effects.″New Journal of Physics 16.12(2014)：123019。

半導(dǎo)體溫差發(fā)電不僅可以在相對(duì)溫差值較大情況下運(yùn)用，而且可以在相對(duì)溫差值較小的情況下運(yùn)用；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片技術(shù)有效突破了相對(duì)溫差值對(duì)發(fā)電的限制，大大拓寬了熱能轉(zhuǎn)換為電能的種類與渠道，也讓淺層地?zé)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能成為可能。在文獻(xiàn)26～27中，公開(kāi)了一種利用太陽(yáng)能提供熱源、利用淺層地?zé)崮芴峁├湓催M(jìn)行溫差發(fā)電的技術(shù)方法；這些技術(shù)方法為利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行溫差發(fā)電起到了很好的示范作用；然而，文獻(xiàn)26～27中淺層地?zé)崮艿睦梅绞绞窍葘\層地?zé)崮芡ㄟ^(guò)換熱管傳遞到換熱管中的液體里，通過(guò)換熱管中液體的流動(dòng)將熱能帶到地表，然后利用換熱管中液體與地表介質(zhì)(太陽(yáng)能或空氣)溫度之間的溫差進(jìn)行發(fā)電；這種方式存在如下幾點(diǎn)不足：(1)需要預(yù)先在地層中鉆孔、埋設(shè)換熱管，存在占用土地面積和地下空間較大、初期埋設(shè)施工成本高等問(wèn)題；(2)淺層地?zé)崮芟葌鬟f到換熱管中液體里、然后換熱管中液體與地表不同溫度的其他物體進(jìn)行溫差發(fā)電，能量傳遞次數(shù)增多也會(huì)導(dǎo)致能量利用率降低；(3)淺層地?zé)崮懿⑽赐ㄟ^(guò)土體直接進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化。

文獻(xiàn)26：Mount，Robert申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″System for transferring heat in a thermoelectric generator system.″U.S.Patent ApplicationNo.10/871,544.2005。

文獻(xiàn)27：Simka，Pavel申請(qǐng)并授權(quán)的美國(guó)發(fā)明專利″System for collecting and delivering solar and geothermal heat energy with thermoelectric generator.″U.S.Patent No.8,286,441.16Oct.2012。

因此，針對(duì)目前利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行溫差發(fā)電技術(shù)中存在的不足與缺陷，結(jié)合地下結(jié)構(gòu)物(如地下連續(xù)墻、樁基礎(chǔ)、地下錨桿)中埋設(shè)換熱管形式可以節(jié)省造價(jià)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)一種可以同時(shí)利用淺層地?zé)崮芘c換熱管之間的溫差進(jìn)行發(fā)電、通過(guò)換熱管傳送的熱能供給上部空調(diào)供暖或者冷能供給上部空調(diào)制冷的冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下結(jié)構(gòu)物的技術(shù)方案，顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服上述不足和缺陷，解決(1)常規(guī)能量樁、能源地下連續(xù)墻技術(shù)中僅能實(shí)現(xiàn)熱能傳遞、且熱交換總量受單位空間和空間內(nèi)地?zé)崛萘康纫蛩叵拗频膯?wèn)題，(2)常規(guī)深層地?zé)釡夭畎l(fā)電對(duì)熱源溫度絕對(duì)值要求高(一般要求＞80℃)、開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較大且開(kāi)發(fā)成本高的問(wèn)題，(3)常規(guī)淺層地?zé)釡夭畎l(fā)電方案中鉆孔埋管施工成本高、占用土地面積或地下空間大、且沒(méi)有利用土體本身與媒介之間的溫差進(jìn)行直接發(fā)電的問(wèn)題，提出一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置及其施工方法。地下連續(xù)墻內(nèi)的換熱管與地表的水泵、閥門和換熱設(shè)備連接構(gòu)成淺層地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)；換熱管外側(cè)的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I、相鄰換熱管之間的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II，與DC/DC轉(zhuǎn)化器、蓄電池、導(dǎo)線和用電設(shè)備連接構(gòu)成淺層地?zé)崮軠夭畎l(fā)電系統(tǒng)；最終構(gòu)成冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置，該裝置包括：地下連續(xù)墻、設(shè)置于地下連續(xù)墻內(nèi)部的換熱管、空調(diào)系統(tǒng)和溫差發(fā)電系統(tǒng)；其中：

所述的空調(diào)系統(tǒng)包括換熱設(shè)備，所述換熱設(shè)備設(shè)置于換熱管的上方，換熱管內(nèi)的液體流速通過(guò)水泵和閥門控制，換熱管首先與土體熱交換，然后通過(guò)上部換熱設(shè)備與室內(nèi)空氣熱交換，從而調(diào)節(jié)室溫；

所述的溫差發(fā)電系統(tǒng)包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I和半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II，其中，所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I布置在換熱管外側(cè)，半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II布置在相鄰的換熱管之間，半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I利用換熱管與樁側(cè)土體之間的溫差實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化和熱交換，并將獲得的電力為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)；所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I通過(guò)相鄰換熱管之間的溫差實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化和熱交換，并將獲得的電力為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)。

具體地，所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片、導(dǎo)熱硅膠和導(dǎo)熱防護(hù)層，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片利用導(dǎo)熱硅膠粘貼在換熱管外側(cè)，半導(dǎo)體溫差發(fā)電片外側(cè)設(shè)置所述導(dǎo)熱防護(hù)層，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電所獲得的電力利用導(dǎo)線依次連接DC/DC轉(zhuǎn)化器和蓄電池為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)。

所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II包括微型換熱管、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片、導(dǎo)熱硅膠和導(dǎo)熱防護(hù)層，所述的微型換熱管均勻間隔地布置于底板上，微型換熱管交替與相鄰的兩根換熱管連通，相鄰微型換熱管之間布置半導(dǎo)體溫差發(fā)電片；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片外側(cè)設(shè)置導(dǎo)熱防護(hù)層，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的導(dǎo)線埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠內(nèi)，沿著鋼筋籠側(cè)壁的換熱管引出地面，半導(dǎo)體溫差發(fā)電所獲得的電力利用導(dǎo)線依次連接DC/DC轉(zhuǎn)化器和蓄電池為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)。

上述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片均為現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，包括熱端、冷端、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、金屬片和導(dǎo)熱板。

優(yōu)選地，所述的地下連續(xù)墻的長(zhǎng)度、寬度、深度、混凝土標(biāo)號(hào)以及鋼筋籠尺寸，根據(jù)上部荷載要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在一種實(shí)施方式中，所述的地下連續(xù)墻的長(zhǎng)度為200～300m，寬度為0.8～1.2m，深度為20～40m。

所述的換熱管為聚乙烯管(又稱PE管)，其外徑、壁厚及長(zhǎng)度根據(jù)地下連續(xù)墻長(zhǎng)度、深度和換熱管埋管布置形式需要確定，當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻尺寸大時(shí)，換熱管也取大值；優(yōu)選地，外徑為25～50mm，壁厚為5～8mm，長(zhǎng)度為1000～1500m；換熱管綁扎埋設(shè)在鋼筋籠側(cè)壁；換熱管埋管形式為串聯(lián)U形、并聯(lián)U形、W形或蜘蛛狀形式中的任意一種或者幾種組合。

優(yōu)選地，所述水泵位于地表，其功率為0.55～1.2kw；所述閥門為電動(dòng)二通閥門；所述換熱設(shè)備為空調(diào)設(shè)備中的風(fēng)機(jī)盤管。

所述的微型換熱管，其外徑為5～10mm，壁厚為1～3mm，長(zhǎng)度為30～150cm。

所述的導(dǎo)熱硅膠導(dǎo)熱系數(shù)為0.6～1.5W/(m·K)，具有高粘結(jié)性能和超強(qiáng)的導(dǎo)熱效果，和不固化、不導(dǎo)電的特性；所述導(dǎo)熱防護(hù)層為不銹鋼鐵皮或硅膠基復(fù)合材料，防止半導(dǎo)體溫差發(fā)電片在混凝土澆筑、振搗過(guò)程中損壞所述；DC/DC轉(zhuǎn)化器位于地表，為升壓型DC/DC轉(zhuǎn)化器；所述蓄電池位于地表，為鉛蓄電池或鋰離子蓄電池或鋰離子聚合物蓄電池或鎳鎘蓄電池；所述導(dǎo)線埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠內(nèi)。

本發(fā)明進(jìn)一步提出了一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置的施工方法，包括以下步驟：

(1)半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I制作：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇換熱管，在設(shè)計(jì)位置的換熱管外側(cè)利用導(dǎo)熱硅膠粘貼半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的導(dǎo)線埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠內(nèi)，并引出地面，依次與DC/DC轉(zhuǎn)化器、蓄電池和用電設(shè)備連接；將含有半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的換熱管綁扎在鋼筋籠的側(cè)壁；

(2)半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II制作：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇底板，在底板上布置均勻間隔的微型換熱管，微型換熱管交替與相鄰的兩根換熱管連通，相鄰微型換熱管之間布置半導(dǎo)體溫差發(fā)電片；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片外側(cè)設(shè)置導(dǎo)熱防護(hù)層，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的導(dǎo)線埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠內(nèi)，沿著鋼筋籠側(cè)壁的換熱管引出地面，依次與位于地表的DC/DC轉(zhuǎn)化器、蓄電池和用電設(shè)備連接；

(3)地下連續(xù)墻施工：根據(jù)上部荷載量，設(shè)計(jì)并確定地下連續(xù)墻的長(zhǎng)度、寬度、深度以及鋼筋籠尺寸與形式；綜合考慮長(zhǎng)度、深度、淺層地?zé)崮軆?chǔ)量、上部空調(diào)系統(tǒng)與用電設(shè)備能源需求量，設(shè)計(jì)換熱管埋管形式；制作帶換熱管、半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I和半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II的鋼筋籠；設(shè)置導(dǎo)墻，泥漿護(hù)壁挖槽施工至設(shè)計(jì)深度，下放鋼筋籠，灌注混凝土，完成地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的施工；

(4)制冷、供暖和供電系統(tǒng)連接：將換熱管與水泵、換熱設(shè)備連接構(gòu)成淺層地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)為上部建筑物提供制冷或供暖，將導(dǎo)線與DC/DC轉(zhuǎn)化器、蓄電池及用電設(shè)備連接構(gòu)成淺層地?zé)崮軠夭畎l(fā)電系統(tǒng)，為上部建筑提供電力(如照明LED燈用電)；根據(jù)淺層地?zé)崮艿目偭績(jī)?chǔ)備和上部建筑物供電、制冷或供暖的需求情況，可以選擇僅空調(diào)系統(tǒng)(制冷或供暖)、僅溫差發(fā)電系統(tǒng)(供電)、或者空調(diào)系統(tǒng)和溫差發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)使用；最終實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置的施工與應(yīng)用。

優(yōu)選地，所述的半導(dǎo)體溫差發(fā)電片主要埋設(shè)在10～15m以下?lián)Q熱管外側(cè)，所述換熱管的埋管形式可以為串聯(lián)U形、并聯(lián)U形、W形或蜘蛛狀形式中的任意一種或幾種的組合。

有益效果：與現(xiàn)有地下連續(xù)墻埋管形式的能源地下結(jié)構(gòu)技術(shù)相比，本發(fā)明的冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻存在如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

(1)除了提供支撐上部荷載的承載的功能、利用淺層地?zé)崮転樯喜拷ㄖ评浠蚬┡?夏季提供冷源、冬季提供熱源)的功能之外，還可以利用換熱管內(nèi)液體與土體之間的溫差、相鄰換熱管之間的溫差進(jìn)行發(fā)電，供給上部建筑用電需求；

(2)淺層地?zé)崮芸梢愿鶕?jù)上部建筑環(huán)境需求，選擇僅空調(diào)系統(tǒng)(制冷或供暖)、僅溫差發(fā)電系統(tǒng)(供電)、或者部分供應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)部分供應(yīng)溫差發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的按需、錯(cuò)時(shí)有效利用，提高能源利用效率。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果還將在具體實(shí)施方式中進(jìn)一步描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置布置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置中換熱管埋設(shè)形式示意圖，其中，(a)為串聯(lián)U形，(b)為并聯(lián)U形，(c)為W形，(d)為蜘蛛狀；

圖3為本發(fā)明中換熱管在鋼筋籠上埋設(shè)形式中A-A截面圖，其中，(a)為串聯(lián)U形，(b)為并聯(lián)U形，(c)為W形，(d)為蜘蛛狀；

圖4為本發(fā)明中半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I布置剖面圖；

圖5為本發(fā)明中半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I中B-B截面圖；

圖6為本發(fā)明中半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II布置剖面圖；

圖7為本發(fā)明中半導(dǎo)體溫差發(fā)電片立體圖；

圖8為本發(fā)明中半導(dǎo)體溫差發(fā)電片橫截面圖；

圖中：1為地下連續(xù)墻，2為換熱管，3為半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I，4為半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II，5為閥門，6為水泵，7為換熱設(shè)備，8為導(dǎo)線，9為DC/DC轉(zhuǎn)換器，10為蓄電池，11為用電設(shè)備，12為鋼筋籠，13為主筋，14為箍筋，15為半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，16為P型半導(dǎo)體，17為N型半導(dǎo)體，18為金屬片，19為導(dǎo)熱板，20為熱端，21為冷端，22為導(dǎo)熱防護(hù)層，23為微型換熱管，24為導(dǎo)熱硅膠。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的具體實(shí)施方式，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實(shí)施方式的描述。

本發(fā)明提出了一種冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置，該裝置包括：地下連續(xù)墻、設(shè)置于地下連續(xù)墻內(nèi)部的換熱管、空調(diào)系統(tǒng)和溫差發(fā)電系統(tǒng)；其中：空調(diào)系統(tǒng)包括一換熱設(shè)備，換熱設(shè)備設(shè)置于換熱管的上方，換熱管內(nèi)的液體流速通過(guò)水泵和閥門控制，換熱管首先與土體熱交換，然后通過(guò)上部換熱設(shè)備與室內(nèi)空氣熱交換，從而調(diào)節(jié)室溫。

溫差發(fā)電系統(tǒng)包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I和半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II，其中，半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片、導(dǎo)熱硅膠和導(dǎo)熱防護(hù)層，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片利用導(dǎo)熱硅膠粘貼在換熱管外側(cè)，半導(dǎo)體溫差發(fā)電片外側(cè)設(shè)置所述導(dǎo)熱防護(hù)層，半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I利用換熱管與樁側(cè)土體之間的溫差實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化和熱交換，所獲得的電力利用導(dǎo)線依次連接DC/DC轉(zhuǎn)化器和蓄電池為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)。半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II包括微型換熱管、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片、導(dǎo)熱硅膠和導(dǎo)熱防護(hù)層，微型換熱管均勻間隔地布置于底板上，微型換熱管交替與相鄰的兩根換熱管連通，相鄰微型換熱管之間布置半導(dǎo)體溫差發(fā)電片；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片外側(cè)設(shè)置導(dǎo)熱防護(hù)層，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的導(dǎo)線埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠內(nèi)，沿著鋼筋籠側(cè)壁的換熱管引出地面，半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I通過(guò)相鄰換熱管之間的溫差實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)化和熱交換，并將獲得的電力利用導(dǎo)線依次連接DC/DC轉(zhuǎn)化器和蓄電池為上部用電設(shè)備提供電力供應(yīng)。

下面詳細(xì)介紹該冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻裝置的施工方法。

首先，如圖1所示，根據(jù)上部荷載量，設(shè)計(jì)并確定地下連續(xù)墻1的長(zhǎng)度、寬度、深度以及鋼筋籠12尺寸與形式；綜合考慮長(zhǎng)度、深度、淺層地?zé)崮軆?chǔ)量、上部空調(diào)系統(tǒng)與用電設(shè)備11能源需求量，設(shè)計(jì)換熱管2埋管形式。優(yōu)選地地下連續(xù)墻1，長(zhǎng)度為200～300m，寬度為0.8～1.2m，深度為20～40m(本實(shí)施例為長(zhǎng)度為200m，寬度為0.8m，深度為30m)。優(yōu)選地?fù)Q熱管2，為聚乙烯管(又稱PE管)，其外徑為25～50mm，壁厚為5～8mm，長(zhǎng)度為1000～1500m(本實(shí)施例為外徑為25mm，壁厚為5mm，長(zhǎng)度為1500m)；換熱管2綁扎埋設(shè)在鋼筋籠12側(cè)壁；換熱管2埋管形式可以為串聯(lián)U形、并聯(lián)U形、W形或蜘蛛狀形式中的一種或者幾種組合，如圖2和圖3所示(本實(shí)施例為W形)。

接著，制作半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I3：如圖4～5所示，根據(jù)換熱管2布置形式，在相應(yīng)設(shè)計(jì)位置的換熱管2外側(cè)利用導(dǎo)熱硅膠24粘貼半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15，將換熱管2綁扎在鋼筋籠12的側(cè)壁，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15的導(dǎo)線8埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠24內(nèi)，并引出地面，與DC/DC轉(zhuǎn)化器9、蓄電池10和用電設(shè)備11連接；優(yōu)選地半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I3主要埋設(shè)在10～15m以下?lián)Q熱管2外側(cè)；優(yōu)選地半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I3中，導(dǎo)熱硅膠24的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6～1.5W/(m·K)(本實(shí)施例為1.0W/(m·K))，具有高粘結(jié)性能和超強(qiáng)的導(dǎo)熱效果，不會(huì)固體化、不會(huì)導(dǎo)電的特性；導(dǎo)熱防護(hù)層22，為不銹鋼鐵皮或硅膠基復(fù)合材料(本實(shí)施例為硅膠基復(fù)合材料)，防止半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15在混凝土澆筑、振搗過(guò)程中損壞；DC/DC轉(zhuǎn)化器9，位于地表，為升壓型DC/DC轉(zhuǎn)化器9；蓄電池10，位于地表，為鉛蓄電池或鋰離子蓄電池或鋰離子聚合物蓄電池或鎳鎘蓄電池(本實(shí)施例為鉛蓄電池)；導(dǎo)線8，埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠24內(nèi)。

制作半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II4：如圖6所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇底板，在底板上布置均勻間隔的微型換熱管23，微型換熱管23交替與相鄰的兩根換熱管2連通，相鄰微型換熱管23之間布置半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15；半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15外側(cè)設(shè)置導(dǎo)熱防護(hù)層22，連接半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15的導(dǎo)線8埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠24內(nèi)，沿著鋼筋籠12側(cè)壁的換熱管2引出地面，與位于地表的DC/DC轉(zhuǎn)化器9、蓄電池10和用電設(shè)備11連接；優(yōu)選地半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II4中，微型換熱管23，其外徑為5～10mm，壁厚為2～3mm，長(zhǎng)度為5～15m(本實(shí)施例為外徑為6mm，壁厚為2mm，長(zhǎng)度為10m)；導(dǎo)熱硅膠24的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6～1.5W/(m·K)(本實(shí)施例為0.8W/(m·K))，具有高粘結(jié)性能和超強(qiáng)的導(dǎo)熱效果，不會(huì)固體化、不會(huì)導(dǎo)電的特性；導(dǎo)熱防護(hù)層22，為不銹鋼鐵皮或硅膠基復(fù)合材料(本實(shí)施例為硅膠基復(fù)合材料)，防止半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15在混凝土澆筑、振搗過(guò)程中損壞；DC/DC轉(zhuǎn)化器9，位于地表，為升壓型DC/DC轉(zhuǎn)化器9；蓄電池10，位于地表，為鉛蓄電池或鋰離子蓄電池或鋰離子聚合物蓄電池或鎳鎘蓄電池(本實(shí)施例為鉛蓄電池)；導(dǎo)線8，埋設(shè)在導(dǎo)熱硅膠24內(nèi)。本發(fā)明使用的半導(dǎo)體溫差發(fā)電片15均為現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的，包括熱端20、冷端21、P型半導(dǎo)體16、N型半導(dǎo)體17、金屬片18和導(dǎo)熱板19，其結(jié)構(gòu)如圖7～8所示。

然后，在地表設(shè)置導(dǎo)墻，泥漿護(hù)壁挖槽施工至設(shè)計(jì)深度，下放帶換熱管2、半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I3和半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II 4的鋼筋籠12，灌注混凝土，完成地下連續(xù)墻1結(jié)構(gòu)的施工；

最后，連接空調(diào)系統(tǒng)：將換熱管2與水泵6、換熱設(shè)備7連接構(gòu)成淺層地?zé)崮芸照{(diào)系統(tǒng)，為上部建筑物提供制冷或供暖；優(yōu)選地空調(diào)系統(tǒng)中，水泵6，位于地表，其功率為0.55～1.2kw；閥門5，為電動(dòng)二通閥門；換熱設(shè)備7，為空調(diào)設(shè)備中的風(fēng)機(jī)盤管。連接發(fā)電系統(tǒng)：通過(guò)導(dǎo)線將換熱管2、半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置I3、半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置II4與DC/DC轉(zhuǎn)化器9、蓄電池10及用電設(shè)備11連接構(gòu)成淺層地?zé)崮軠夭畎l(fā)電系統(tǒng)，為上部建筑提供電力(如照明LED燈用電)。根據(jù)淺層地?zé)崮艿目偭績(jī)?chǔ)備和上部建筑物供電、制冷或供暖的需求情況，可以選擇僅空調(diào)系統(tǒng)(制冷或供暖)、僅溫差發(fā)電系統(tǒng)(供電)、或者空調(diào)系統(tǒng)和溫差發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)使用；最終實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻1裝置的施工與應(yīng)用。

本發(fā)明的冷熱電聯(lián)產(chǎn)地下連續(xù)墻是一種新型多功能的復(fù)合能源應(yīng)用系統(tǒng)，除了提供支撐上部建筑物荷載的承載的功能、利用淺層地?zé)崮転樯喜拷ㄖ评浠蛑茻岬墓δ苤?，還可以利用換熱管內(nèi)液體和土壤間溫差產(chǎn)生電能供給上部建筑物用電，并且可以提高換熱管和土體間的換熱效率；該系統(tǒng)不僅有效的實(shí)現(xiàn)了地下連續(xù)墻在力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)三方面的復(fù)合利用，并且實(shí)現(xiàn)了淺層地?zé)崮茉窗葱?、錯(cuò)時(shí)的多目標(biāo)有效利用，提高能源利用效率。