基于comsol的多年运行埋地能量桩工程实例仿真分析

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多年运行双U地埋能量桩模型.rar

      埋地能量桩又称地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4.4kWh以上的热量或冷量。

     利用土壤深处冬暖夏凉的特性，适当的建筑周围布置能量桩阵列，充分的利用地源能量替代建筑内空调等温控设备，起到节约环保的功能。

      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，在夏天将室内的余热转移到低位热源中，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，达到降温或制冷的目的[1]。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。

能量桩是一种桩埋管形式地源热泵技术与传统桩基础相结合的经济、高效、节能减排的新技术。通过在桩基础中埋设各种形状的换热器装置，进行浅层低温地热能转换，在满足常规桩基力学功能的同时还能接触热阻实现与浅层地能的热交换，起到桩基和地源热泵预成孔直接敷设埋管换热器的双重作用[3]。工程桩埋管的使用，可减少建筑物周围钻孔的数量，缩短工期，降低成本，提高施工效率，节约建筑用地，减少埋管需要的地面面积，避免后期扩建工程对地下换热器的损坏[4]。混凝土或者钢材料的桩体作为传热管的回填材料，密实性高、与大地的接触更好、接触热阻小、传传递与交换效率更高。能量桩系统中传热管被浇注在桩体内部，回填材料可理解为混凝土，密实性好；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。目前已有的桩基埋管换热器主要有单U型、W型、双U型和单螺旋形等形式。

本次模型是一款埋深60米的双U型埋地能量桩，目标运行8年，8年期间在每个季度每天都按照需求间断运行。

模型计算了8年时间内土壤、混凝土温度分布，双U管换热系数变化等数据。以下是局部数据展示：

每米长换热系数随时间的变化

混凝土浇筑桶内部温度监测数据

周围土壤监测温度

两根U管出入口温度监测数据

地下60米出的温度探头监测数据