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第35卷第12期岩土工程学报Vol.35 No.12 2013年12月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Dec. 2013 DOI：能量桩工程应用研究进展及PCC能量桩技术开发刘汉龙1，孔纲强1，吴宏伟2（1. 河海大学土木与交通学院，南京210098；2. 香港科技大学土木工程系，香港）摘要：能量桩是一种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。
简要介绍了基于地源热泵技术的能量桩技术原理、桩型、埋管形式以及技术经济优势，总结了近年来国内外能量桩技术的研究现状及其工程应用，包括基于灌注桩的传热管埋管形式和基于预制桩的传热管埋管形式；指出了目前工程应用中存在的一些主要问题，并提出一种新型PCC能量桩技术及其施工工艺；最后简要分析了能量桩技术在国家节能减排工程中的应用前景，并提出有待进一步研究的方向。
关键词：能量桩；地源热泵；热力学；承载力；荷载传递；工程实例中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：作者简介：刘汉龙(1964– )，男，长江学者特聘教授，博士，博导，主要从事软土地基处理及桩基础方面的教学与研究工作。
E-mail: hliuhhu@。
Review of the applications of energy pile and development of PCC energy piletechnicalLIU Han-long1, KONG Gang-qiang1, Charles W. W. Ng2(1. College of Civil and Transportation Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Civil Engineering Department, Hong Kong University of Scienceand Technology, Hong Kong, China)Abstract:Energy pile is combination of ground source heat pump technology and purposely designed pile for storing energy in the ground using buried pipes during hot climates and retrieving energy from it when it is needed. The working technical principles, pile type, buried form, and economic advantages of energy pile are briefly introduced. Heat transfer pipes can be buried in drilled shaft, precast piles, steel piles, and cement mixing piles. The current advance and research status on energy piles at home and abroad, and their engineering applications (including drilled shafts and precast piles) in recent years are reviewed and summarized. Moreover, some major problems in engineering applications are revealed, leading to the development of a new PCC energy pile. The prospects of this PCC energy pile in the national energy saving projects are briefly analyzed and possible further research is identified.Key words:PCC energy pile; ground source heat pumps; thermodynamics; bearing capacity; load transfer; case study1 引言地源热泵（ground source heat pumps, GSHP）技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的特性，在冬天把低位热源中的热量转移到需要供热或加温的地方，在夏天将室内的余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。
浅析能量桩技术在地铁车辆段上盖开发中应用的可行性摘要:目前很多地铁车辆段都在推广上盖开发模式，上盖开发使得城市中心用地得到了有效地利用，上盖开发项目中存在很多混凝土桩基础，而能量桩就是利用这些桩基础，在其内部设置热交换管道，提取地热能源。
本文简单分析了能量桩在地铁车辆段中应用的可行性。
关键词:能量桩；地源热泵；地铁车辆段上盖开发0、引言能源是经济和社会发展的动力，人民对更高生活水平的追求导致能源消费需求的增加，然而我国资源总量和人均资源量都严重不足。
我国的城镇化建设促进了建筑面积的快速增长，因此建筑的能源消耗量也增长迅速，目前建筑总能耗占全国能耗总量的三分之一，并对环境产生不利影响，发展绿色建筑刻不容缓。
地源热泵就是利用了地表浅层的地热资源，进行能量转换的供暖空调系统，是可再生能源利用技术。
地源热泵机组的能耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率高出了75%。
[1]但是地源热泵系统通常需要足够大的室外面积来布置地埋管换热器，这是目前制约地源热泵系统推广应用的主要障碍。
与传统空调系统相比，较高的钻孔费用也在一定程度上降低了地源热泵空调系统的经济适用性。
能量桩地源热泵系统作为一种新的地源热泵系统形式，更以其节约钻孔费用、节省占地面积、提高换热效率及有效缩短施工工期等优势，越来越受到人们的关注。
1.能量桩简介能量桩是应用于地源热泵系统的一种新的热交换装置，是大型建筑用来进行供暖和制冷的预制部件，也是建筑物的基础部件。
桩基在混凝土浇筑前，在基础桩体内配置有热交换管道，通过桩基与周围大地形成换热。
对于必须建造基础部件的建筑物，地下热交换系统不需要额外凿建钻孔，而且回填材料为混凝土，密实性好，传热性能较传统钻孔埋管更好，因此能量桩的利用特别经济实惠。
1.目前能量桩技术应用情况（1）瑞士洛桑（Lausanne, Switzerland）的瑞士联邦技术研究所某栋建筑，其建筑面积3000 m2，建筑基础采用了97根桩长为25 m、桩径为0.88 m的钻孔灌注桩，将单U型传热管绑扎在钢筋笼上，埋设在钻孔灌注桩内。
能量桩换热性能影响因素的数值模拟研究
张亮;穆永超;张杰;罗景辉
【期刊名称】《节能》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】能量桩属于新型地热能利用技术。
基于数值模拟的方法,利用Ansys软件建立能量桩三维蓄热模型,通过模拟出口水温并计算单位管长换热量,探究不同因素对能量桩换热性能的影响。
结果显示:蓄热至稳定状态时,能量桩温度场呈对称分布,热影响半径约为0.68 m。
单位管长换热量与桩体导热系数、桩体密度、桩体比热容呈正相关。
增大桩体的导热系数能够显著增强能量桩的换热性能,桩体密度和比热容的变化对能量桩换热性能的影响相对较小。
出于经济性的考虑,管内循环水流速不宜超过0.9 m/s。
在1-U形、2-U形、1-W形能量桩中,1-U形单位管长换热量最大,换热性能最好。
【总页数】5页(P5-9)
【作者】张亮;穆永超;张杰;罗景辉
【作者单位】河北工程大学能源与环境工程学院;河北省暖通空调技术创新中心【正文语种】中文
【中图分类】TK529
【相关文献】
1.能量桩群桩换热效率的数值模拟与分析
2.能量桩传热性能影响因素的数值模拟与分析
3.影响波纹换热管换热性能因素的数值模拟研究
4.圆台型螺旋能量桩换热性能的数值模拟研究
5.地埋管换热影响因素数值模拟研究
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浅谈能量桩研究现状摘要：文章通过有限元数值模拟、室内模型试验、现场原位试验三个方面简要阐述能量桩发展进程及研究现状，针对能量桩研究待解决的问题和发展方向提出建议。
关键词：能量桩；温度循环；承载力特性中图分类号：TU473 文献标志码 B0 引言我国大部分地区的建筑空调系统普遍存在电力资源浪费的问题，且北方地区冬季采暖的主要途径是煤炭燃烧，进而导致空气质量恶化。
二十一世纪以来，人们逐渐重视将浅层地温能等清洁能源应用于建筑领域，能量桩技术开始进入大众视野。
传统的地源热泵技术有占用土地面积、造价高等缺点，能量桩技术将换热管与建筑桩基相结合，使其既拥有桩基础的功能，又可充当地源热泵换热器，因此得名能量桩或能源桩。
1994年，日本学者Morino[2]率先提出桩基埋管的概念，并开展试验研究和基于有限差分法的数值分析，验证了能量桩的可行性，为能量桩研究奠定基础。
位于德国图宾根市的Kreissparkasse Tuebingen银行是较早应用能量桩技术的工程实例，其主楼采用150根能量桩，桩长约为18~22米，桩身主要穿过砂卵地层，恒温且稳定的地下水活动为能量桩换热提供较为便利的条件[3]。
此外，1999年建成的德国法兰克福美茵塔采用112根长为30米的能量桩；瑞士联邦技术研究所的将97根能量桩埋设于建筑物下。
近年来，在国内也出现较多工程选择能量桩技术，如2010年上海世博会的主要建筑——世博轴、同济大学旭日楼、南京朗诗国际街区、北京大兴国际机场等。
其中，南京朗诗国际街区项目1200根基桩中埋设了单U或双U型传热管，是能量桩一次较大规模的工程应用。
1 能量桩研究现状目前国内外针对能量桩的研究途径主要分为有限元数值模拟、室内模型试验和现场原位试验。
数值模拟研究因其建立模型的过程中简化了诸多因素，与现实中的试验条件不尽相同，故通常作为印证试验结果的手段，不作为主要研究途径。
能量桩研究涉及诸多变量，室内模型试验可以较为容易地实现，故室内模型试验是较为常见的研究方式。
浅析能源桩在建筑节能中的应用随着人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调系统已成为普遍的需求，而该部分能耗可占到社会总能耗的25%～30%。
我国大部分地区的能源消耗主要来源于煤炭能源，煤炭属于不可再生资源，且燃烧时会产生大量污染物及有害气体，带来了一系列环境问题，因此，工程界需要探求一种新的建筑节能技术，能够结合工程特点，既获取能源，又不会产生环境问题。
此时，由地源热泵技术引伸而来的能源桩节能技术开始在工程界崭露头角。
一、能源桩简介 1.传统地源热泵技术地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。
在冬季，地能作为热泵供暖的热源，从中取出热量，用于提升室内温度；在夏季，地热则作为空调的冷源，把室内的热量取出，释放到地下去。
地源热泵技术是近几十年来备受欢迎的一种建筑节能技术，具有经济节能、环保、一机多用、应用范围广、系统维护费用低等诸多优点。
通常地源热泵消耗1kW的热量，可以得到4kW以上的热量或冷量。
与锅炉供热系统相比，要比电锅炉节约2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2的能量。
因此，该技术近几十年来在全球范围内得到了大力发展与广泛应用，如：美国在1985年全国共有1.4万台地源热泵，而1997年安装了4.5万台，到2001年累计安装了40多万台，且每年以10%的速度在稳步增长，其中新建筑占30%；在中北欧的瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家，根据1999年的统计数字，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士占96%，奥地利占38%，丹麦占27%。
地源热泵在我国的推广和研究是在20世纪90年代，并以10%～15%的速度推广。
虽然地源热泵优点很多，但并非十全十美，其不足主要表现在三个方面：初期投资偏高、占用地下空间、可能存在环境问题。
2.能源桩技术及其优势在房屋建筑中，桩基础是一种最为普遍的基础形式。
在桩内植入地下热交换管路系统，利用其从地层获取浅层地温能，该种新型桩称为能源桩或能量桩，它是由传统地源热泵技术引伸而来的全新建筑节能技术。
能源桩热 - 力学性能研究及应用摘要：能源桩可兼作结构承重构件和地源热泵热交换构件，节省了浅层地热能开发和利用的土地和安装成本。
梳理了能源桩的发展现状，缺少系统可靠的热-力学性能研究成为能源桩主要的发展阻碍。
分析了能源桩热-力耦合的工作机理，总结了数值模拟分析的类型、假定和桩土本构模型，得出结论：温度作用越大和约束越强，能源桩热-力学响应越大；响应最大点接近距桩底1/3L处；需考虑温度作用产生的负摩阻力对桩承载力的影响。
同时，分析了能源桩未来研究的重点和展望。
关键词：能源桩；热-力学性能；数值模拟分析；本构模型1.引言中国于“十三五（2016-2020年）”首次将地热能纳入国家发展规划[1]。
与化石燃料燃烧和传统空气热源泵相比，地源热泵系统可减少碳排放和环境污染。
传统的地源热泵系统使用的地源换热器是埋在水平沟槽或垂直钻孔中的封闭热吸收管，根据需要通过循环热吸收管中的防冻液，将浅层地热能从地热源转移到地面（冬季），或将地面热能贮存在地热源（夏季）[2]。
然而，除了用于固有结构目的外，安装地源热泵系统需要额外的钻孔和开挖，而大面积的额外土地使用和高昂的安装成本使得这项技术难以推广使用。
能源桩是地源热泵系统中的一项新应用，它将地热换热器整合到基础结构中。
与传统的地源热泵系统相比，能源桩既作为结构构件又可作为热交换构件，因此不需要为了安装地源热泵系统而额外钻孔或开挖，节省了土地成本和安装成本[2]。
由于混凝土良好的导热性、热容量和耐久性，能源桩具有较高的能量交换效率和较长的使用寿命。
能源桩于1980年代起源于奥地利，并已在瑞士、日本、美国和英国等多个国家成功实施。
在中国，能源桩缺少相关的研究及设计方法，因此并未得到广泛运用。
2.能源桩研究及应用进展能源桩发展的首要障碍是缺少有针对性的传热效率研究、热-力学研究和经济性分析。
投资者担心初始投资高而无法获得足够效益，因此，能源桩的可行性分析有待进一步研究。
另外，国内缺少一个正式的能源桩设计规范，实际工程通常是基于少量的经验并做保守设计，部分能源桩的安全系数甚至达到普通桩的两倍[3]。
能量桩热-力学特性研究分析与探讨发布时间：2022-11-18T06:53:52.496Z 来源：《建筑实践》2022年第14期第7月作者：胡嘉夷曲鑫[导读] 能量桩技术作为国内一项新型的桩基埋管技术,结合了传统的桩基结构并利用地基换热装置来实现地基冷热循环胡嘉夷曲鑫吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，长春，130118摘要：能量桩技术作为国内一项新型的桩基埋管技术,结合了传统的桩基结构并利用地基换热装置来实现地基冷热循环。
通过查找大量文献发现目前国内外针对能量桩承载性能大部分是在短期温度循环的条件下进行的，而长期的冷热交替会使得桩顶产生累积沉降，降低桩的承载性能，因此提出在长期温度循环作用下，对能量桩的承载性能进行研究，为能量桩的实际运用提供理论指导。
关键词：能量桩技术；热-力学特性；传热效率1引言现阶段，能源急剧消耗造成的资源短缺与气候变暖问题日益严峻，城市的快速发展与能源消耗速度加快导致碳排放量急剧上升，使得全球能源发展在转型升级方面已是必然。
据统计,中国建筑方面的碳排放量已经达到了世界总碳排放量的大约30%之高,因此，习近平总书记提出了“碳达峰，碳中和”这一目标，促进中国社会经济发展，进一步向绿色发展转换，完成中国生态环境从量化到质的保护能力。
地源热泵技术是一种利用地热能为建筑物供暖或制冷的绿色能源技术。
地源热泵系统一般由热泵机组、建筑内循环系统、地热能交换系统三部分组成。
在冬季工况下，地热能交换系统吸收地层中的热量，随后热泵机组将吸收热量后的换热液通过建筑内循环系统输送到建筑内，以供室内取暖；在夏季工况下则将室内多余热量以相反的路径传递到地层之中，进而实现为室内制冷的目的。
与传统的空调系统相比，地源热泵系统具有低碳节能、经济高效等优势。
但是，一般的地源热泵换热管需要直接埋置于地下，增加了施工工程量，且换热管占用了额外的地下空间。
为了克服以上缺点，国内外学者们开始了大量的研究，以此有了能量桩技术。
