能量桩技术及其工程应用研究进展
能量桩工程应用研究进展及PCC能量桩技术开发_刘汉龙 (1)
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。
探讨桩基检测技术及在工程中的应用
身混凝土强度等级不低于 Ｃ ８ ０ ， 单桩承载力特征值为 ６ ０ ０ ｋ Ｎ。 工程 总 桩 数 为２ １ ８根 （ 其 中 混 凝 土柱 子 ４ ７根 ） 。
引 言
桩 基 工 程 是 一 所 建 筑 物 的 基 础 ，对 建 筑 物 的上 不起 着 支撑 的 作 用 ， 但 是 其 在 建 筑 工 程 中属 于 隐蔽 工 程 ， 因此 ， 必须保证工程质 量， 以确 保 建
探 讨 桩基检 测 技 术及 在 工程 中的应 用
李金 亮
（ 湖南省地质调查院 摘 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ ０ １ ） 要： 随 着 我 国 建 筑 行 业 的迅 速 发 展 ， 以及 城 市 化 水 平 的 不 断 加 深 ， 我 国建筑越来越 偏 向于多高层 建筑方 向发展 ， 为 了适 应 高 层建 筑物高强度地 基处理 的需要 ， 桩基础 而成为建筑行 业普遍使用 的基础形式之 一， 并 在 近 年 被 广 泛 使 用 。众 所 周 知 ， 任 何 工 程 的 施
取 高质 量 的 混凝 土 是灌 注 工 作 有 效 而 又 安全 开 展 的重 要 保 证 。
２ ． ２ 断桩 问题 的预 防和 处 理
断桩现象产 生的原 因有 多种 ， 比如下雨 、 机械故 障等非人 为直接 因 素， 或 者 有 混 凝 土 配 制 问题 、 供 应 问题 、 提升导管 失误等人为 因素， 不 管
． ２ 进 行 桩 基 检 测 的作 用 筑 的安全 。因此 ， 这就 需要在 桩基 施工过程中 ， 加强对桩基 进行 检测， 以 １ 承 台 的作 用 是 将 外 力 传 递 给 各 桩 并 将 各 桩 连 城 一 体 共 同 承 受 外 荷 确 定 桩 基 是 否 施 工 完 好 。在 基 础 建 设 不 断 发 展 的过 程 中 ， 桩 基 工 程 的 使 将 桩 所 承 受 的 荷 载 传 用范 围越来越广 ， 其使用 的次数也越来越多 。由于高层建筑数量 的增多 ， 载 。基 桩 作 用 在 于 穿越 软 弱 的 压 缩 性 土 层 或 水 中 ， 更密实或压缩 性较小的地基持力层上 。 为 了提高其质量 ， 需要使用 大量的灌注桩 ， 但是灌注桩 的质量是必 的摩阻力及 桩端土 的抗力将荷 得到保证 的， 因此 ， 桩基 的检测技术也就变得非常 的重要 。 又 因为桩基是 隐蔽工程 ， 所 以其检测和事 故后的处理均较困难 ， 因此 ， 在桩 基设计前和 载传递到桩周土及持力层中。 １ ＿ ３ 特 点 施工后都 需要进行 必要 的试验和检测 ， 以保证桩基工程 的质量 。 桩基础设 计正确 ， 施工得 当， 则具有承 载力高 、 稳 定性好 、 沉 降 量 小 １ 关于 桩基 础 的几点概 述 而均匀 ， 抗震 能力强 ， 适应性好 ， 机械 化程度 高 ， 生产效率 高， 耗用 材料 １ ． １ 桩 基 检 测 工 程 概 述 少、 施 工 简 便 等 特 点 。在河 水 河道 中 ， 可避免水下工程 ， 抵 抗河 流 冲刷 ， 简 主体概况 ： 某工程 为单层 （ 仓库） ， 基础采用预制 管桩 ， 钢 筋混凝土框 化施工设备和技术要求， 加 快施 工速 度 并 改善 工 作 条 件 。 架＋ 轻钢屋面； 墙体采用加气混凝土空心砌块； 地面为耐磨地面。
浅析能量桩技术在地铁车辆段上盖开发中应用的可行性
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
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
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
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。
能量桩技术及其工程应用研究进展.
沟中，或是以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。通过中间介质（通常为水或
者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的 封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。
112-8
二、地源热泵技术概况
2.3.1 水平埋管地源热泵系统Βιβλιοθήκη (a) 水平埋管地源热泵系统
(c) 并联式水平埋管
目 录
一、研究背景及意义 二、地源热泵技术概况 三、能量桩的技术与应用 四、PCC能量桩技术开发
五、结语
37-2
一、研究背景及意义
中国目前的能源结构以煤炭为主；发展节能减排的新能源技术是我国及 世界各国追求的重要发展方向。
各能源消耗比重
图1 近3年各能源消耗比重
图2 2015年各能源消耗比重
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实性好；较竖直埋管形式有较好的传热性能，从而在等量热传递情况下可以减少
埋管的长度。 （3）桩基埋管直接埋设在构建物的下面，节省用地面积，且施工进度较一般 的竖直埋管形式要快。但是，由于传热管下端弯曲要求，桩埋式管不太适用于小 直径桩。
112-14
三、能量桩的技术与应用
3.4 能量桩的研究现状
（1）能量桩的热传递特性研究 能量桩的能量传输过程是一个复杂的热传递过程。1994年日本的Morino首先
第11届全国桩基工程学术会议—江苏 宜兴, 2013.10.16
能量桩技术及其工程应用 研究进展
刘汉龙，孔纲强*，吴宏伟
河海大学土木与交通学院 江苏省南京市西康路1号
Tel.: +86+25-8378 7772
Cell Phone: +86-152 0516 8312 Email: gqkong1@
桩基综合检测技术研究及应用
四、结论与建议
桩基检测技术的发展与应用对于建筑工程的安全与稳定具有重要意义。随着 技术的不断发展，桩基检测技术将更加成熟、高效、智能。针对桩基检测技术的 应用，本次演示提出以下建议：
(1)加强技术研发：继续加强桩基检测技术的研发和应用，推广新型、高效 的检测方法。
(2)提高检测人员素质：加强对检测人员的培训和技术交流，提高其专业素 质和技术水平。
桩基检测技术是一种通过对桩基进行检测和评估，以确保工程建设质量的重 要方法。它主要基于力学原理，通过测量桩基的静载试验、动力测试等参数，对 桩基的承载能力和稳定性进行评估。随着相关技术的不断更新和改进，桩基检测 技术在建设工程领域中的应用越来越广泛。
在建筑工程领域中，桩基检测技术的应用主要涉及以下几个方面：首先是建 筑物的地基基础检测，通过对地基土层进行取样和测试，以确定土层的物理性质 和力学参数。其次是在桩基施工过程中的质量控制，通过对桩基的成孔质量、桩 身完整性等方面进行检测，以确保桩基工程的质量符合要求。最后是在桩基工程 竣工验收阶段的综合检测，通过对桩基的承载能力、变形特性等方面进行检测和 评估，以确保建筑物的安全性和稳定性。
(4)高效：桩基检测技术采用了计算机技术，可以实现自动化、智能化检测， 提高检测效率。
3、缺点
桩基检测技术也存在以下缺点：
(1)费用较高：桩基检测技术需要使用多种高精度的仪器和设备，检测费用 相对较高。
(2)局限性：不同的桩基检测方法适用于不同的工程和情况，具有一定的局 限性。
(3)误差传递：桩基检测技术的结果可能受到多种因素的影响，如设备精度、 操作误差等，导致结果存在一定的误差。
桩基综合检测技术研究及应用
目录
01 桩基综合检测技术的 研究背景和现状
能源桩热-力学性能研究及应用
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
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。
能量桩研究方向概述
能量桩研究方向概述发布时间：2021-12-17T08:10:07.737Z 来源：《中国建设信息化》2021年18期作者：赵龙朝[导读] 文章总结了目前能量桩研究的创新点和要素，通过换热管埋管形式、复合材料混凝土、桩型三个方向分别作简单介绍和分析。
针对国内外能量桩研究方向进行评价分析并提出期望和建议。
赵龙朝（吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林长春 130118）摘要：文章总结了目前能量桩研究的创新点和要素，通过换热管埋管形式、复合材料混凝土、桩型三个方向分别作简单介绍和分析。
针对国内外能量桩研究方向进行评价分析并提出期望和建议。
关键词：能量桩；热-力耦合；传热效率中图分类号：TU473 文献标志码 B0 引言进入二十一世纪以来，国家陆续推出多项政策，大力推动太阳能、浅层地温能等可再生能源在建筑邻域的应用。
在上述的时代背景下，关于能量桩技术的研究与日俱增。
能量桩技术基于传统地源热泵技术引申而出，具有一定的创新性。
地源热泵技术的基本工法是在建筑物之外钻孔埋设换热管作为地源热泵空调系统的换热器，以利用浅层地温能源辅助建筑物夏季制冷、冬季制暖。
但传统的地源热泵技术因其额外增加钻孔费用、占用土地面积甚至破坏生态环境等缺点，具有一定的局限性。
能量桩技术将换热管预先置于建筑桩基中，使其既能承担上部荷载，又起到传统地源热泵换热器的作用。
能量桩的概念最早可追溯到20世纪80年代，奥地利和瑞典等国的工程师尝试将地源热泵与建筑桩基础相结合[1]。
近年来，针对能量桩的研究方向不断拓展创新，主要可分为改变换热管埋管形式、复合材料混凝土、不同桩型等。
由于引入温度场的原因，能量桩的力学特性有别于普通混凝土桩，众多研究方向旨在保证能量桩桩身承载力，提高换热效率，减小其在长期温度循环下的变形。
1 不同埋管形式王成龙等[2]通过模型试验研究干砂地基中不同埋管形式能量桩传热特性和力学特性，得出相同工况下，W型和螺旋型埋管的能量桩其应力变化和沉降变形均大于单U型埋管能量桩；吴冠中等[3]开展现场原位试验，采用单U和双U两种埋管形式对预制管式能量桩的应力和温度变化规律进行研究，得出换热初期桩身会产生热量堆积，此阶段桩身升温幅度较小，传热效率较低；赵蕾等[4]基于COMSOL Multiphysics软件建立有限元模型，研究不同埋管形式对能量桩热-力学特性的影响，得出双螺旋型埋管的换热效果最好，采用W形埋管时能量桩桩身附加温度荷载较大。
能量桩技术的工程应用研究
关键词 ：能量桩 材料 配合 比 承载性能
１ 能 量 桩 技 术 的 目的 意 义 “十二 五”时期 ，节能减排工作进入攻坚期 。在我 国 ，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 能 占到社 会总能耗 的 ２５％ 一３０％ ，从 降低 运行 费用 ，节 约能 源 ， 减 少 ＣＯ：排 放 量 来 看 地 源 热 泵 是 个 很 好 的 选 择 ，地 源 热 泵 技 术 在我 国得 到了极大 的发展 ，现在 已经是成熟 的技术 ，比传统 锅炉 技 术 节 省 ７０％ 以 上 的 能 源 和 ４０％ 一６０％ 的 运 行 费 用 ，在 制 冷 时 ，地源热泵技 术 比普通 空调 节 能 ４０％ 一５０％ ，运行 费 用 降低 ４０％ 以上 。
２０１８年 ２月 （下
江 西 建 材
能 量 桩 技 术 的 工 程 应 用 研 究
施 工 技 术
一陈 雅 涛 ，常 虹 舞 吉 林 建 筑 大 学 测 绘 与 勘 查 工 程 学 院 ，吉 林 长 春 １３０１１８
温度作用下能量桩承载性能研究
温度作用下能量桩承载性能研究发布时间：2022-11-25T08:30:31.362Z 来源：《城镇建设》2022年第7月第14期作者：曲鑫胡嘉夷[导读] 能量桩是将地源热泵技术和传统桩基相结合的一种新型桩基，曲鑫胡嘉夷吉林建筑大学测绘与勘查工程学院,长春 130118 摘要：能量桩是将地源热泵技术和传统桩基相结合的一种新型桩基，作为承重构件承担上部荷载同时也能与浅层地温进行热交换。
本文将前人针对温度对能量桩承载特性的影响和对桩土接触面力学特性的影响的研究现状进行综合阐述，并提出能量桩的未来研究方向。
关键词：能量桩; 温度循环; 承载性能1 研究背景及意义随着时代的发展以及人类活动导致的碳排放不断增加，气候变化已经成为需要全人类共同应对的重大议题，提高目前环境质量，加快绿色转变发展方式，已成为我国环境治理体系中的极其重要的组成部分。
2020年9月,习近平总书记指出,"我国将增强对发展中国家自主贡献力度,并制定更为有力的政策和举措。
2020年九月,习近平总书记指出,"我国要增强大国主动服务能力,出台更为强大的措施和手段。
同年十二月的气候雄心峰会上, 指出中国二氧化碳排放量会在2030年前到达一个高峰,我国会努力争取在2060年达到低碳中和。
实现双碳计划,是中国做出的郑重承诺。
近年来人们对清洁能源的使用逐渐重视起来，而地热能就是其中一种。
地热能分布广泛，来源稳定，不会增加额外碳排放且成本低廉。
据统计，我国预计2020年地热能供热总量可达4000万吨标准煤，而在15年供热总量仅有460万吨标准煤，由此可见这具有非常良好的发展前景。
地源热泵技术通过地热能向建筑物供暖或者制冷，通常由[1]热泵机组、建筑内循环系统和地热能交换系统组成。
地源热泵经济高效，节能环保，然而想要利用却需要埋于地下而且占用了大量的地下空间，因此很多学者们将桩基础和地源热泵系统结合，由此发明了能量桩。
能量桩可以承担上部荷载,同时充当热交换的媒介,传统地源热泵技术会导致埋管所需的占地多，施工费用也会较高，但能量桩和传统地源热泵不同,它会解决原有缺点,且低碳环保,正因如此,能量桩在各地的应用频率也变得越来越高,像我国位于南京的朗诗国际街区,以及上海世博会被评为城市最佳实践区汉堡馆等。
桩基础施工技术在建筑工程中的应用研究周理
桩基础施工技术在建筑工程中的应用研究周理摘要：当前，建筑行业发展速度的不断提高，使得人们对于工民建施工的质量也越来越关注。
在工民建施工中，桩基础工程是其非常重要的一部分，可以很大程度上影响工程水平以及效果的提高。
所以，为了能够进一步推动我国工民建的发展进程，应该不断对桩基础施工技术水平进行提高。
在工作开展期间，能够对桩基础施工技术要点进行明确，然后结合具体情况，科学的对技术进行应用，以便可以全面规避施工问题。
关键词：桩基础施工技术；施工；应用引言建筑行业是我国国民经济中的重要组成部分，对促进经济社会的发展具有重要作用。
在市场经济日益发展的今天，建筑行业逐步迎来了新的发展契机，各种施工技术等越发先进，满足了建筑工程质量控制的要求。
桩基础技术是建筑工程土建施工中的基础技术，该技术的应用大大提升了建筑结构的稳定性，发挥了建筑工程最大的功能效益，使得建筑工程具有耐久性、抗震性。
因此，桩基础技术的应用是提升土建工程施工质量的重要途径。
1桩基础基本理论及应用条件探究伴随我国科技的不断发展，现代化建筑施工通常会将土建工程当作起始部分，在土木工程中最基础的建筑施工包含桩基施工过程。
据调查，现有的桩基使用包含灌注桩及预制桩两种。
其中灌注桩施工技术在转空注桩施工技术中较为常见，属于机械钻进施工方法，该技术主要借助于泥浆对井壁进行保护和稳定，实际施工时需要对洞内的砾石进行清理，要把泥渣和钢笼安装起来，之后还在管道中注入混凝土。
另外，该技术实际施工时要做到严格依据工艺流程进行施工，保证施工现场处于平整状态，钻孔测量也要准确，要使得施工效果更加显著，还需要注意以下部分工作内容：①要做到将灌注桩和混凝土、土进行充分融合；②介于实际施工成本的限制，可使用人力挖桩基础技术进行基础施工，之后施工修桩完成对桩的基础建设；③在进行打桩施工时，可采用沉管贯流桩施工技术通过冲击力把桩基打入施工现场的土壤中，使用该方法的优点为操作简单且较快，成本也相对较低，但容易出现桩基材料损坏现象。
能量桩地源热泵系统的工程设计与应用
能量桩地源热泵系统的工程设计与应用张方方;郭晓强;张圆圆;王志达;唐帅【摘要】对能量桩及其计算模型做了简要介绍.针对桩埋管换热器,提出增加埋管固定钢筋、合理确定循环水温及均匀布置桩基埋管的设计方法,以提高桩埋管换热效率及桩基安全性.最后简单介绍了以能量桩地源热泵复合式系统作为冷热源的实际工程,该工程运行结果表明,能量桩地源热泵系统具有较好的节能效应.【期刊名称】《制冷与空调（四川）》【年(卷),期】2018(032)003【总页数】5页(P281-285)【关键词】能量桩;桩埋管设计;埋管固定钢筋;均匀布置【作者】张方方;郭晓强;张圆圆;王志达;唐帅【作者单位】山东方亚地源热泵空调技术有限公司济南 250104;山东省建筑设计研究院济南250001;山东省水利勘测设计院济南 250014;山东志合建筑设计院有限公司济南250101;山东方亚地源热泵空调技术有限公司济南 250104【正文语种】中文【中图分类】TU830 引言目前，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，并对环境产生不利影响。
我国资源总量和人均资源量都严重不足，在资源再生利用率上也远低于发达国家。
在我国发展绿色建筑，提高建筑用能系统的能源利用效率，合理利用可再生能源降低建筑的能耗水平成为一项意义重大而又十分迫切的任务。
地源热泵系统作为一种“绿色的可再生能源”，具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了广泛的应用。
能量桩地源热泵系统作为一种新的地源热泵系统型式，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 能量桩地热换热器简介能量桩换热器是地源热泵的一种新的埋管方式，即把地热换热器的换热管与建筑结构相结合，埋于建筑物混凝土桩基中，通过桩基与周围大地形成换热。
此种埋管方式可充分利用建筑物的地下面积，桩埋管的换热管被灌注在桩基内部，回填材料可理解为混凝土，密实性好，较钻孔埋管形式有较好的传热性能，可减少埋管的长度。
桩 基础施工技术在建筑工程中的应用研究
桩基础施工技术在建筑工程中的应用研究摘要：建筑行业是我国国民经济中的重要组成部分，对促进经济社会的发展具有重要作用。
在市场经济日益发展的今天，建筑行业逐步迎来了新的发展契机，各种施工技术等越发先进，满足了建筑工程质量控制的要求。
桩基础技术是建筑工程土建施工中的基础技术，该技术的应用大大提升了建筑结构的稳定性，发挥了建筑工程最大的功能效益，使得建筑工程具有耐久性、抗震性。
因此，桩基础技术的应用是提升土建工程施工质量的重要途径。
关键词：建筑工程；土建施工；桩基础技术；应用研究中图分类号：TU753；TU751文献标志码：A引言我国经济水平的稳步提升，促进各行业的快速发展，目前，我国建筑工程项目的不断增多，对城市的发展起到了有效的促进作用。
在高层建筑的土建施工过程中，基础工程建设起着稳固建筑的作用，地基的浇筑作为基础工程，采用桩基础技术实现了良好的推广和应用，并且有效的提高了建筑的稳定性。
桩基本身属于隐蔽性工程，在施工过程中具有较为复杂的工艺过程，并且由于施工环境以及人为因素比较复杂，所以在桩基的施工过程中经常会出现一些缺陷，例如地基比较软，严重影响桩基础技术的应用，从而导致建筑本身出现沉降和倾斜的现象，影响建筑的使用寿命。
为此，科学地运用桩基础技术进行土建施工，并结合实际的施工情况，完善桩基础的施工环节，提高建筑的整体质量。
1、桩基础技术的类型1.1人工挖孔桩技术人工挖孔技术在灌注桩工程过程中，主要采用人工挖孔作业，该技术具有明显的施工效果，施工操作工艺简单，施工方便，不需要大型机械设备，可同时进行多桩施工，单桩承载力高，可直接检查桩外形尺寸和直接确认桩地质情况，受力性能可靠，抗震能力强，施工质量容易保证等，较旋挖桩成本价便宜，但挖孔过程劳动强度大，单桩施工速度缓慢，施工中的安全隐患也非常突出。
其必须采取井下作业，存在许多不安全的因素及隐患，施工安全管理难度较大。
同时受天气影响明显，遇地下水较高时抽水对周边建筑物的影响比较大。
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成分，使这种桩型的热传导差的缺点得到克服，对于上部承载力要求不高的情况下，
利用水泥土桩作为地热能源利用的方式具有更大的优势。
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三、能量桩的技术与应用
3.4 能量桩的研究现状
（4）能量桩的导热管和导热液体研究 传统传热管的材料一般采用高密度的聚乙烯，但过去也使用PVC管作为导热管。 用这种材料时，导热管埋设混凝土时需要在管道内部施加压力，以抵消为凝固混凝 土的压力，防止管道产生变形，压力要维持到混凝土凝固硬化，因此这种材料的施 工比较复杂，发展到后来逐渐使用金属材料作为导热管，使施工更加方便。由于水 价格低，无污染，因此能量桩一般采用水作为导热流体，但水在严冬季节或在寒冷 的北方容易结冰，结冰后体积膨胀容易造成管道破裂，因此在低温环境下需要水中 加入各种防冻液，例如可加入盐、乙醇、卤水、乙酸甲、甲醇等物质。
实性好；较竖直埋管形式有较好的传热性能，从而在等量热传递情况下可以减少
埋管的长度。 （3）桩基埋管直接埋设在构建物的下面，节省用地面积，且施工进度较一般 的竖直埋管形式要快。但是，由于传热管下端弯曲要求，桩埋式管不太适用于小 直径桩。
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三、能量桩的技术与应用
3.4 能量桩的研究现状
（1）能量桩的热传递特性研究 能量桩的能量传输过程是一个复杂的热传递过程。1994年日本的Morino首先
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三、能量桩的技术与应用
3.5 能量桩在国外的应用
（1）位于奥地利（Bad Schallerbach, Austria）的某康复中心建筑基础，建成
于1995年，其建筑物荷载在500-900 kN之间，采用桩筏基础支撑；143根钻孔 灌注桩中埋设了传热管，灌注桩的桩长为9 m、桩径为1.2 m，桩基础所处的地层
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三、能量桩的技术与应用
3.5 能量桩在国外的应用
（5）建成于1999年的200 m高德国法兰克福主塔大厦（Frankfurt Main Tower） 30 × 50 m2的基础，采用112根桩长为30 m、桩径1.5 m的钻孔灌注桩支撑，
钻孔灌注桩中埋设了传热管。 具体施工现场图片见下。
一、研究背景及意义
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%。从降低运行费用、 节省能源、减少排放CO2排放量来看,地源热泵技术是一个不错的选择。
图3 能源消耗分布图
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二、地源热泵技术概况
2.1 地源热泵技术简介
（b） 串联式水平埋管 图6 水平埋管形式
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二、地源热泵技术概况
2.3.2 垂直埋管地源热泵系统
(a)
(b)
图7 垂直埋管地源热泵系统:（a）换热器并管路直接接 入机房；（b）换热器并管路汇集到集水器
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三、能量桩的技术与应用
3.1 能量桩开发背景
竖直U型埋管地源热泵在我国得到了极大的发展，现在已经是成熟的技术；但 是我们应该正视地埋管地源热泵技术所面临的问题。地源热泵空调系统通常需要足 够大的室外面积来设置地埋管换热器，这成为制约地源热泵空调系统在建筑容积率
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三、能量桩的技术与应用
3.5 能量桩在国外的应用
建筑高度198米，地 面57层，地下5层， 总建筑负荷为1900
MN。
图10 德国法兰克福某建筑
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三、能量桩的技术与应用
图11 桩的平面布置图
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三、能量桩的技术与应用
图12 热管布置图
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三、能量桩的技术与应用
沟中，或是以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。通过中间介质（通常为水或
者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在土壤耦合地热交换器的 封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。
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二、地源热泵技术概况
2.3.1 水平埋管地源热泵系统
(a) 水平埋管地源热泵系统
(c) 并联式水平埋管
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三、能量桩的技术与应用
3.4 能量桩的研究现状
（3） 能量桩的桩型及传热管型式研究 能量桩的桩型目前国内外采用的主要型式有：灌注桩、预制桩、钢桩、以及搅 拌桩等。相关研究表明，钢筋混凝土桩具有较大的热量存储能力和较好的热传输性 能，因此在全世界范围内应用最广；预制桩由于在桩运输、打入过程中可能会对传 热系统造成损坏，因此应用相对较少；钢桩具有很好的热传导性能，因此在地热能 利用方面具有较大的优势，对于钢管桩，可以直接通过液体的循环或采用导热管道 两种方式进行热传递，但钢管桩本身的造价很高，在建筑工程中应用不多。此外， 还有将传热管埋设在搅拌桩、浆固碎石桩中进行热交换的形式，水泥浆体能在一定 程度上起到保护热交换管的作用，但这种桩型的热传导效率不如钢筋混凝土桩高。 为了增加这种低强度水泥土桩的热传导性能，有学者考虑在桩体中掺入砂、石英等
地源热泵技术，是利用地下的土壤、地表水、地下水温相对稳定的
特性，通过消耗电能，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，在夏天还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到降
温或制冷的目的。
室外地 能换热 系 统 水源 热泵
图4 地源热泵能量转换原理
水循环
水或空气循环
建筑物采 暖或空调 末 端
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三、能量桩的技术与应用
3.5 能量桩在国外的应用
（3）位于奥地利（Bad Schallerbach, Austria）的某康复中心建筑基础，建成
于1995年，其建筑物荷载在500-900 kN之间，采用桩筏基础支撑；143根钻孔
灌注桩中埋设了传热管，灌注桩的桩长为9 m、桩径为1.2 m，桩基础所处的地层 条件为含砂黏质粉土[19]。 （4）位于日本北海道札晃（Sapporo）某办公与住宅建筑，其建筑面积92.7 m2。 建筑基础采用了预应力管桩、木桩、以及钢管桩，对26根预应力管桩桩端密封， 并在管空心中埋设传热管。预应力管桩的桩长9 m，外径302 mm、内径232 mm，桩间距在1.2 – 1.5 m之间。
分析（Laloui et al., 2006）。在总结能量桩技术的基础上，针对摩擦型桩地能转 换效率，及其建筑物的冷热负荷进行长期观测试验；研究结果表明，桩埋管换热器 的效率较高（Yasuhiro et al., 2007；Sekine et al., 2007）。2009年张文克 等提出了一种适合于桩基螺旋埋管的传热模型，并给出了一维实心圆柱面热源传递 模型的解析解；通过搭建的实验平台，对数值模型和解析模型进行验证分析。
在钢管桩基中埋设管状换热器并提出桩埋管换热器的概念，基于有限差分法对桩基
内两个竖直U型埋管换热器的传热特性进行了数值分析，并进行了试验研究。基于 数值分析方法，对慕尼黑机场大楼的500多根桩中设计的U型埋管换热器进行模拟
分析（Pahud et al., 1996）；对桩埋管的施工工艺和现场热交换温度场进行了
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二、地源热泵技术概况
2.1 地源热泵技术简介
地源热泵技术，比传统锅炉技术节省70%以上的能源和40%60%的运行费用；在制冷时，地热泵技术要比普通空调节能40%50%，运行费用降低40%以上。
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二、地源热泵技术概况
2.2 地源热泵系统的分类
地下水地源热泵
地 源 热 泵
地表水地源热泵
地埋管地源热泵
图5 地埋管地源热泵系统
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二、地源热泵技术概况
2.3 地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统也称地下耦合热泵系统（Ground-couple heat
pumps GCHPs）或土壤热交换器地源热泵（Ground heat exchanger heatpumps），包括一个土壤耦合地热交换器，它或是水平地安装在地
条件为含砂黏质粉土。
（2）位于瑞士洛桑（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。所处的地质情况 从地表向下依次为冲积土、级配良好砂砾层、以及砾石层等，地下水位位于地表面 处。
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三、能量桩的技术与应用
3.4 能量桩的研究现状
（2） 能量桩的力学特性研究 由于热能的传递，使地基内部温度场发生变化，从而改变桩周土体的性质，桩
பைடு நூலகம்
身混凝土产生温度应力，最终影响桩-土荷载传递规律。相关学者开展了温度对土
体性质影响的三轴试验研究，得到了摩擦角、孔隙比和前期固结压力等受温度的影 响特性，提出了一种各向同性的黏土热力学模型；并对热传递过程中能量桩的应力
图13 系统在冬天的供热过程
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三、能量桩的技术与应用
图14 现场施工图
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三、能量桩的技术与应用
3.6 能量桩在国内的应用
（1）浙江省温州市双井头小区会所 浙江省温州市双井头小区会所，建筑面积2000 m2，所处的地质条件为第四代 滨海相淤泥质软土，地质情况从地表向下依次为杂填土层、淤泥、淤泥质黏土、粉 质黏土、圆砾层、黏土等，其中淤泥层厚度达20 m左右。建筑基础采用钻孔灌注 桩；在92根工程桩中的72根桩中埋设了传热管，为了综合考虑换热需求，在建筑 北侧的空地处打设了20口深度为100 m的换热井，以提高换热功率。 为了研究钻孔灌注桩在温州地区该地层的传热效果，相关研究人员针对46 m埋深 的单U型管、46 m埋深的双U型管、63 m埋深的单U型管桩埋管，以及70 m埋深 的单U型普通砂石回填井埋管进行对比现场试验研究。研究结果表明，桩埋管换热 器平均导热系数是井埋管的2倍多，双U型桩埋管比单U型桩埋管约提高了15%；
变化进行了研究分析（Cekerevac & Laloui 2004）。