能源桩群传热特性及热力学响应研究

发布时间：2021-01-01 00:33

　　能源桩技术是将建筑物的桩基变成地源热泵系统的一部分,在基桩内埋设换热管,把桩作为换热井,并通过集分水器和换热管相连使得能源桩和周围岩土体相互传递热量。这样不仅省去了地源热泵系统的打井与灌浆回填环节,又解决了占地面积较大的问题,同时可并行施工缩短施工周期。目前,能源桩的研究工作主要围绕单一桩体换热效率问题和结构响应问题开展了大量的热响应测试与相应的试验研究,而针对能源桩群换热机理及热力学响应研究工作较少。在换热过程中,多桩的温度场变化有别于单桩,同时其结构力学响应也不尽相同,可能会对上部结构造成未知的影响。本文通过对能源桩试验基地的多桩开展换热试验,结合仿真计算,进行能源桩群的传热特性与热力学响应分析,明确桩群的换热机理以及热力响应规律。通过对能源桩试验基地的桩群开展换热试验并结合仿真计算,进行能源桩群的传热特性与热力学响应分析,明确桩群的换热机理,对比分析在不同埋管形式及桩群布置情况下的单桩及多桩热力学特性,得到以下结论:对比分析能源桩换热过程的试验和仿真结果,实测得出的桩体沿深度方向温度分布规律与数值模拟得出的结果基本一致。桩身温度沿深度方向分布相对稳定且不同截面的温度差异较小。整体... 

【文章来源】：湖北工业大学湖北省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

技术路线图

湖北工业大学硕士学位论文9第2章能源桩基础理论及试验方案2.1能源桩换热机理能源桩与地源热泵的换热机理类似，二者均是通过热传递与热对流的方式完成热量的迁移。通过比较能源桩与传统地源热泵的换热机理可知，能源桩的换热机理更为复杂。换热管在水平截面的传热示意如图2.1所示。能源桩与地源热泵这两者的不同之处在能源桩在热交换过程中热量需要经过桩体混凝土随后才能到达桩周土体。所以能源桩的换热截面比传统地源热泵大的多,且能源植回填材料的导热系数更为优越，由于能源桩省去了埋管施工与注浆回填过程且其回填料的导热性能更好，所以能源桩具有更好的经济性。图2.1能源桩水平方向传热示意图在换热管传热计算过程中，需考虑换热管长细的特点，将其传热分为管外和管内两部分。在考虑换热管的传热过程时，可将其简化成无限长或半无限长的线热源；而考虑换热液的换热时，由于其管径较小，一般将换热管内的传热过程假定为稳态传热[49]。而对桩身与换热管在结构尺寸上有着的巨大差异，桩体与桩周土体的之间的传热不能简单地理解为线热源传热。同时，桩体换热至稳态时，整个过程较长，故不能将其传热简单的理解为稳态传热。综上所述，虽然能源桩与传统地源热泵的换热机理相似。但由于二者的尺寸结构有较大差异，故在能源桩换热计算中不能简单套用传统地源热泵的换热模型。

湖北工业大学硕士学位论文102.2试验条件与方案2.2.1现场原位试验基本情况本试验依托湖北省能源桩试验示范基地，本次试验为现场原位试验，试验基地位于湖北工业大学大礼堂旁。其中有3根孔灌注型能源桩，其中1号桩长度为23m、2号桩长度为25m、3号桩长度为18m，桩径为800mm，采用C30混凝土成桩。三根桩均采用5u串联埋管，分为有一个支管间距为700mm的大U与四个支管间距220mm为的小u将所有换热管集中于集分水器上控制管路的连接，如图2.2所示，可通过集分水器上阀门开关设置换热管间的串并联连接。图2.2能源桩换热管集分水器


本文编号：2950597