PL240136B1 - Element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej - Google Patents

Abstract

Element rozdzielczy styku sekcji ściany szczelinowej, umożliwiający pobieranie energii cieplnej z gruntu, w którym zagłębiona jest ściana szczelinowa, posiada korpus (1) z metalowej rury oraz ma we wnętrzu korpusu (1) usytuowane przewody rurowe (4), tworzące układ wymiennika ciepła, w którym wloty i wyloty przewodów rurowych (4) są umiejscowione powyżej górnej krawędzi korpusu (1). Korpus (1) jest wypełniony masą betonową (5) o współczynniku przewodności cieplnej co najmniej 1,5 W/mK.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej (tzw. w j. angielskim „stop-end”) umożliwiający pobieranie energii cieplnej z gruntu, w którym zagłębiona jest ściana szczelinowa.

Ściany szczelinowe są powszechnie stosowanymi w budownictwie głębokimi fundamentami typu pośredniego, pozwalającymi na wykonywanie pod budynkami wielokondygnacyjnych powierzchni użytkowych, jak np. parkingi i garaże.

Z normy PN-EN 1538+A1:2015 „Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Ściany szczelinowe” oraz z praktyki budowlanej wiadomo, że zagłębione w gruncie przegrody odcinające, takie jak ściany szczelinowe, można wykonywać z łączonych szczelnie ze sobą sekcji betonowych lub żelbetowych przy wykorzystaniu metod sukcesywnego betonowania sekcji w gruncie lub łączenia ze sobą sekcji z prefabrykowanych elementów.

W przypadku typowych i najczęściej stosowanych ścian szczelinowych o grubości powyżej 40 cm, wykonywanych przez betonowanie w szczelinie gruntowej, z zastosowaniem cieczy stabilizującej lub na sucho, gdzie grunt zastępowany jest betonem, kolejne fazy wykonywania ściany są zgodnie z normą następujące:

- głębienie szczeliny, na ogół w osłonie zawiesiny bentonitowej lub innej cieczy stabilizującej;

- oczyszczanie dna szczeliny łącznie z wymieszaniem bentonitu;

- wstawianie elementów rozdzielczych (stop-end) poszczególnych sekcji;

- wstawianie pomiędzy elementy rozdzielcze (stop-end) zbrojenia sekcji ściany szczelinowej;

- betonowanie sukcesywne poszczególnych sekcji;

- usuwanie elementów rozdzielczych w miarę wiązania betonu sekcji;

- wyrównywanie powierzchni.

Kolejność betonowania poszczególnych sekcji ściany szczelinowej ilustruje schematycznie rysunek 2 wspomnianej normy.

Dla poprawnego uformowania powierzchni styku sekcji ściany szczelinowej, stosowane elementy rozdzielcze (stop-end) muszą być proste na całej długości oraz muszą posiadać wymaganą sztywność. Zwykle stosuje się w tym celu rury stalowe o średnicy przynajmniej równej grubości wykonywanej ściany szczelinowej (tego typu stop-end znany jest np. z opisów CN 107653872, JPS 63308112, JPS 63280118) lub kształtowniki (znane np. z opisów EP 3006626 in US 6164873).

Należy przy tym pamiętać, że w przypadku znanych metod wykonywania ścian szczelinowych przez betonowanie sekcji w gruncie, elementy rozdzielcze poszczególnych sekcji (stop-end) nie są stałymi elementami ściany, pozostającymi w gruncie wraz z sekcjami ściany szczelinowej, lecz wyciąga się je pionowo w górę ze szczeliny w miarę wiązania betonu sekcji.

Coraz powszechniejsze stosowanie pomp ciepła do ogrzewania obiektów budowlanych wymusza stałe prowadzenie prac nad konstrukcją gruntowych wymienników ciepła, pozwalających na efektywne czerpanie energii cieplnej z gruntu, a przy tym nie wymagających dużych nakładów finansowych na ich realizację.

Jednym ze znanych kierunków prac budowlanych w tym zakresie, jest wykorzystywanie głębokich fundamentów takich jak pale fundamentowe i ściany szczelinowe jako gruntowych wymienników ciepła.

Wiadomo, że pale fundamentowe i ściany szczelinowe są dobrymi odbiornikami energii cieplnej. Dlatego też już od kilkudziesięciu lat wprowadza się do sekcji ścian szczelinowych lub do pali fundamentowych układy przewodów rurowych dla medium pobierającego energię cieplną z gruntu. Instalacja takich przewodów rurowych stanowi niewielki koszt w stosunku do całościowych kosztów fundamentu.

Jedną z bardziej znanych firm oferujących pozyskiwanie ciepła z gruntu przy pomocy fundamentów głębokich była brytyjska firma Geotechnical International Energy (GI Energy), działająca w latach 2001-2014 (informacje o niej są dostępne pod adresem:

http://web.archive.org/web/20141020065926/http://www.gienergy .net: 80/about-gienergy/). Zaproponowała ona fundamenty energetyczne z instalacjami do pozyskiwania ciepła z gruntu. W proponowanych rozwiązaniach fundamentów energetycznych, do sekcji ścian szczelinowych oraz otworów w gruncie pod pale fundamentowe, wprowadza się przed betonowaniem, zbrojenie nośne oraz układy przewodów rurowych wymiennika ciepła o końcach wyprowadzonych ponad górny poziom ściany lub pala. W znanych rozwiązaniach energetycznych ścian fundamentowych tej firmy, element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej (stop-end) stosowano jako element tymczasowy na czas wykonywania sekcji, tj. tak jak to przewiduje norma PN-EN 1538.

PL 240 136 B1

Ponadto z literatury patentowej (np. opisów CN 201077984, CN 203782698 czy CN 108444121) znanych jest szereg rozwiązań dotyczących energetycznych pali fundamentowych (tzw. „termopali”), które zawierają zbrojenie nośne, zwykle typu koszowego, oraz układy rur gruntowego wymiennika ciepła.

Dotychczas, ani w praktyce budowlanej, ani w literaturze fachowej i patentowej nie natrafiono na doniesienia na temat możliwości wykorzystania elementów rozdzielczych sekcji ścian szczelinowych (stop-end) jako wymienników ciepła, stanowiących stały, nieusuwalny element ściany szczelinowej.

Zgodnie z wynalazkiem, element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej, posiadający cylindryczny korpus w postaci metalowej, polimerowej lub betonowej rury charakteryzuje się tym, że dolny koniec korpusu jest zaślepiony pokrywą, zaś we wnętrzu korpusu są usytuowane przewody rurowe tworzące układ wymiennika ciepła. Korpus elementu rozdzielczego jest wewnątrz wypełniony masą betonową o współczynniku przewodności cieplnej co najmniej 1,5 W/mK, w której są zatopione przewody rurowe wymiennika ciepła.

Ponadto wloty i wyloty przewodów rurowych tworzących układ wymiennika ciepła, są umiejscowione powyżej górnej krawędzi korpusu.

Zaślepienie korpusu od dołu uniemożliwia dostawanie się do wnętrza korpusu zanieczyszczeń z gruntu podczas zagłębiania rury korpusu w szczelinie, wykonanej dla sekcji ściany szczelinowej.

Efektywne wykorzystanie znanych elementów rozdzielczych sekcji ściany szczelinowej do pobierania energii cieplnej z gruntu, w którym jest zagłębiona ściana szczelinowa, okazało się możliwe dzięki wypełnieniu rurowego korpusu masą betonową o współczynniku przewodności cieplnej wyższym od zwykłego betonu.

Rozwiązanie praktycznie nie generuje dodatkowych kosztów przy wykonywaniu ścian fundamentowych, gdyż koszty przewodów rurowych wymiennika są takie jak dla znanego pala energetycznego, a koszt rur stanowiących korpus elementów rozdzielczych (stop-end) jest uwzględniony w koszcie inwestycji, niezależnie od tego czy po zakończeniu inwestycji elementy rozdzielcze są odzyskiwane, czy też nie.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji przestawiono na załączonym rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej o korpusie z metalowej rury, w izometrycznym widoku z wyrwaniem, przy czym wypełnienie wnętrza korpusu pokazano jako przeźroczyste dla lepszego zrozumienia rozwiązania, a fig. 2 przedstawia w schematycznym widoku fragment przykładowej ściany szczelinowej, zawierającej elementy rozdzielcze sekcji ściany według wynalazku.

W praktycznym przykładzie realizacji wynalazku, element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej ma korpus 1 ze stalowej rury o średnicy 60 cm. Zrozumiałym jest przy tym, że w innych przykładach wykonania rura stanowiąca korpus 1 elementu może być uformowana z polimerów lub betonu.

Korpus 1 jest od dołu zaślepiony metalowa pokrywą 2, uniemożliwiającą dostawanie się do wnętrza zanieczyszczeń z gruntu podczas zagłębiania rury w szczelinie, wykonanej w gruncie dla sekcji 3 ściany szczelinowej.

Wewnątrz korpusu 1 usytuowany jest układ przewodów rurowych 4 wymiennika ciepła, wygiętych przykładowo na kształt litery „U”, przy czym wloty i wyloty przewodów rurowych 4 znajdują się powyżej górnej krawędzi korpusu 1.

Wnętrze korpusu 1 jest wypełnione masą betonową 5 o współczynniku przewodności cieplnej rzędu 2 W/mK, taką na przykład jak masa, wytworzona na bazie kompozycji materiałów ilastych i spoiwa cementowego, dostępna pod nazwą handlową „ThermoCem Plus” firmy Heidelberg Cement, która ułatwia pobieranie energii cieplnej przez zatopione w masie 5 przewody rurowe 4.

Wykonanie z rurowych elementów rozdzielczych sekcji ścian szczelinowych (stop-end) elementów według wynalazku, pobierających energię cieplną z gruntu, przebiega przykładowo następująco.

Po wykonaniu w gruncie, zgodnie z projektem budowlanym, szczeliny w osłonie zawiesiny bentonitowej, oczyszczeniu dna szczeliny i wymieszaniu bentonitu, wstawia się do szczeliny urządzeniami dźwigowymi rury, stanowiące korpusy 1 elementów rozdzielczych sekcji. Do wnętrza korpusów 1 wprowadza się urządzeniami dźwigowymi przygotowane uprzednio układy przewodów rurowych 4 gruntowego wymiennika ciepła, wygiętych na kształt litery „U”. Przewody rurowe 4 mają taką długość, że ich kolana sięgają pokrywy 2 na dolnej krawędzi korpusu 1, a górne końce przewodów rurowych 4, stanowiące ich wloty i wyloty, wystają powyżej górnej krawędzi korpusu 1.

Po ustaleniu położenia przewodów rurowych 4 wewnątrz korpusu 1, do wnętrza korpusu 1 elementu rozdzielczego wlewa się płynny zaczyn masy betonowej 5, przykładowo zaczyn masy „ThermoCem Plus” firmy Heidelberg Cement.

PL 240 136 B1

Po stężeniu zaczynu, do szczelin w gruncie po obu stronach elementu rozdzielczego mającego wewnątrz korpusu 1 przewody rurowe 4, wprowadza się urządzeniami dźwigniowymi zbrojenie sekcji 3 ściany szczelinowej, a następnie dokonuje się betonowania w gruncie sekcji 3, przylegających do korpusu 1 elementu rozdzielczego według wynalazku, z równoczesnych wypieraniem ze szczeliny bentonitu przez beton.

Po związaniu betonu sekcji 3 ściany szczelinowej, elementy rozdzielcze według wynalazku pozostawia się na stałe w ciągu ściany szczelinowej jako jej integralne elementy, umożliwiające pobieranie energii cieplnej z gruntu.

Claims (1)

1. Element rozdzielczy sekcji ściany szczelinowej, posiadający cylindryczny korpus metalowej, polimerowej lub betonowej rury, znamienny tym, że korpus (1) elementu ma dolny koniec zaślepiony pokrywą (2), zaś we wnętrzu korpusu (1) są usytuowane przewody rurowe (4) tworzące układ wymiennika ciepła, w którym wloty i wyloty przewodów rurowych (4) są umiejscowione powyżej górnej krawędzi korpusu (1), a ponadto korpus (1) jest wewnątrz wypełniony masą betonową (5) o współczynniku przewodności cieplnej co najmniej 1,5 W/mK, w której zatopione są przewody rurowe (4) wymiennika ciepła.