外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究

娄扬; 方鹏飞; 张日红; 谢新宇; 王忠瑾; 赖欣; 何广; 赵嵩

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.012

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究
- Heat Transfer Performance Analysis of Static Drill Rooted Geothermal Energy Piles with External Double U⁃tubes
- 防灾减灾工程学报 2021年41卷第1期页码：100-109
- 作者机构：
  
  1.浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心，浙江杭州 310058
  2.重庆交通大学，重庆 400074
  3.浙大宁波理工学院，浙江宁波 315100
  4.浙江大学宁波研究院，浙江宁波 315100
  5.中淳高科桩业股份有限公司，浙江宁波 315145
- 作者简介：
  
  娄扬(1994— )，男，博士研究生。主要从事地热能源桩方面的研究。E⁃mail:nhxx1994@hotmail.com
  方鹏飞(1975— )，男，副教授，博士。主要从事桩基工程方面的研究。E⁃mail: fpf@nit.zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51708496);浙江省自然科学基金项目(LY16E080010)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.012
  中图分类号： TU473.1
- 收稿：2018-12-25，
  
  修回：2019-07-02，
  
  纸质出版：2021-02-15
- 稿件说明：
移动端阅览
娄扬,方鹏飞,张日红等.外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(01):100-109.

LOU Yang,FANG Pengfei,ZHANG Rihong,et al.Heat Transfer Performance Analysis of Static Drill Rooted Geothermal Energy Piles with External Double U⁃tubes[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(01):100-109.
娄扬,方鹏飞,张日红等.外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能研究[J].防灾减灾工程学报,2021,41(01):100-109. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.012.

LOU Yang,FANG Pengfei,ZHANG Rihong,et al.Heat Transfer Performance Analysis of Static Drill Rooted Geothermal Energy Piles with External Double U⁃tubes[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(01):100-109. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.01.012.

摘要

为探究外置双U型静钻根植工法能源桩换热性能，通过现场热响应试验，利用热源理论初步分析其岩土综合导热系数，建立三维传热数值模型并进行验证。利用三维传热数值模型分析换热管间距及其导热系数、换热液流速和桩周水泥土导热系数等因素对该新型桩换热性能的影响。分析结果表明，试桩区域岩土综合导热系数为1.64 W（m·K）

-1

。提高换热管间距、换热管导热系数、换热液流速和桩周水泥土导热系数均能提高能源桩的换热性能，但当换热管间距大于0.25 m，换热液流速达到紊流态，换热管和桩周水泥土导热系数高于岩土综合导热系数后，提高上述参数对能源桩换热性能的提高贡献不大。

Abstract

In order to explore the heat transfer performance of the Static Drill Rooted Energy Pile （SDREP）， an equivalent thermal conductivity of the ground was investigated by using heat source theory based on the field thermal response test. A three-dimensional heat transfer numerical model of the energy pile was established and verified， and the influences of the tube spacing and its thermal conductivity， the fluid velocity， and the thermal conductivity of cement-soil around the pile on the heat transfer performance of the SDREP were analyzed. The results show that the ground equivalent thermal conductivity is 1.64 W（m·K）

-1

. The heat transfer performance of the energy pile can be improved by increasing the spacing of the heat exchange pipe and its thermal conductivity， the fluid velocity， and the thermal conductivity of soil-cement around the pile. However， when the tube spacing is over 0.25 m， the fluid velocity reaching a turbulent state， or the thermal conductivity of tube and cement-soil is higher than that of the ground， there is little contribution to improve the heat transfer performance of the energy pile.

关键词

Keywords

references

夏才初，曹诗定，王伟 . 能源地下工程的概念、应用与前景展望［J］. 地下空间与工程学报， 2009 ， 5 （ 3 ）： 419 ⁃ 424 .

Xia C Ch ， Cao Sh D ， Wang W . An introduction to energy geotechnical engineering ［J］. Chinese Journal of Underground Space and Engineering ， 2009 ， 5 （ 3 ）： 419 - 424 . （in Chinese）

Batini N ， Loria A F R ， Conti P ， et al . Energy and geotechnical behaviour of energy piles for different design solutions ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2015 ， 86 （ 1 ）： 199 - 213 .

李翔宇，郭红仙，程晓辉 . 能源桩温度分布的试验与数值研究［J］. 土木工程学报， 2016 ， 49 （ 4 ）： 102 - 110 .

Li X Y ， Guo H X ， Cheng X H . Experimental and numerical study on temperature distribution in energy piles ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2016 ， 49 （ 4 ）： 102 - 110 . （in Chinese）

Moel M D ， Bach P M ， Bouazza A ， et al . Technological advances and applications of geothermal energy pile foundations and their feasibility in Australia ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2010 ， 14 ： 2683 - 2696 .

Suryatriyastuti M E ， Mroueh H ， Brulon S . Understanding the temperature-induced mechanical behavior of energy pile foundations ［J］ Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2012 ， 16 ： 3344 - 3354 .

周佳锦，龚晓南，王奎华，等 . 静钻根植竹节桩抗拔承载性能试验研究［J］. 岩土工程学报， 2015 ， 37 （ 3 ）： 570 - 576 .

Zhou J J ， Gong X N ， Wang K H ， et . al. Behavior of the static drill rooted nodular piles under tension ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2015 ， 37 （ 3 ）： 570 - 576 . （in Chinese）

周佳锦，龚晓南，王奎华，等 . 层状地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算［J］. 岩土力学， 2017 ， 38 （ 1 ）： 109 - 116 .

Zhou J J ， Gong X N ， Wang K H ， et al . A simplified approach to calculating settlement of a single pre-bored grouting planted nodular pile in layered soils ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2017 ， 38 （ 1 ）： 109 - 116 . （in Chinese）

王忠瑾，张日红，王奎华，等 . 能源载体条件下静钻根植桩承载特性［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2019 ， 53 （ 1 ）： 11 - 18 .

Wang Zh J ， Zhang R H ， Wang K H ， et al . Bearing characteristic of static drill rooted pile considering condition of energy carrier ［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2019 ， 53 （ 1 ）： 11 - 18 . （in Chinese）

Kavanaugh S P . Field tests for ground thermal properties methods and impact on ground source heat pump design ［J］. ASHRAE Transactions ， 1992 ， 98 （ 9 ）： 607 - 615 .

周亚素 . 土壤导热系数的现场测试方法［J］. 东华大学学报（自然科学版）， 2008 ， 34 （ 4 ）： 482 - 485 .

Zhou Y S . In site testing method of ground thermal conductivity ［J］. Journal of Donghua University （Nautal Scinece）， 2008 ， 34 （ 4 ）： 482 - 485 . （in Chinese）

Austin W A . Development of an in-situ system for measuring ground thermal properties ［D］. Stillwater ， Oklahoma： Oklahoma State University ， 1998 .

Sanner B ， Choi B Y . Ground source heat pump research in South Korea ［C］∥ Proceedings World Geothermal Congress ， Antalya， Turkey ：［ s .

n . ］， 2005 ： 24 - 29 .

王华军，王恩宇，赵军 . 地源热泵地下热响应实验的季节效应分析［J］. 暖通空调， 2009 ， 39 （ 2 ）： 14 - 18 .

Wang H J ， Wang E Y ， Zhao J . Seasonal effect on in-situ thermal response tests for ground- source heat pump ［J］. Heating Ventilating & Air Conditioning ， 2009 ， 39 （ 2 ）： 14 - 18 . （in Chinese）

洪顺军，杜卫，刘永红，等 . 地源热泵地埋管换热器传热特性影响因素分析［J］. 制冷与空调， 2016 ， 30 （ 4 ）： 441 - 445 .

Hong Sh J ， Du W ， Liu Y H ， et al . Analysis of influence factors on heat transfer characteristics of ground heat exchanger for GSHP ［J］. Refrigeration and Air Conditioning ， 2016 ， 30 （ 4 ）： 441 - 445 . （in Chinese）

王沣浩，颜亮，王琛琛，等 . 地源热泵岩土导热系数测试影响因素分析［J］. 制冷学报， 2012 ， 33 （ 4 ）： 16 - 22 .

Wang F H ， Yan L ， Wang Ch Ch ， et al . Analysis of influencing factors on soil thermal conductivity test in ground source heat pump ［J］. Journal of Refrigeration ， 2012 ， 33 （ 4 ）： 16 - 22 . （in Chinese）

地源热泵系统工程技术规范： GB 50366—2009 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2009 .

Technical code for ground-source heat pump system ： GB 50366—2009 ［S］. Beijing ： China Architecture & Building Press ， 2009 . （in Chinese）

Ingersoll L R ， Zobel O J ， Ingersoll A C . Heat conduction with engineering， geological and other applications ［M］. New Delhi ： Oxford & IBH Publishing Co .， 1954 .

Roland W ， Christoph C . Evaluating thermal response test using parameter estimation for thermal conductivity and thermal capacity ［J］. Journal of Geophysics and Engineering ， 2005 ， 2 ： 349 - 356 .

地源热泵系统技术规程： DG/TJ08-2119—2013 ［S］. 上海：同济大学出版社， 2013 .

Technical specification for ground-source heat pump system： DG/TJ08-2119—2013 ［S］. Shanghai ： Tongji University Press ， 2013 . （in Chinese）

宁波市地源热泵系统建筑应用技术导则：2015甬SS-02［S］.宁波：［s.n.］，2015 .

Technical guidelines for building application of ground source heat pump system of Ningbo： 2015 Yong SS-02［S］. Ningbo：［s.n.］， 2015 . （in Chinese）

鲍旭明，邓岳保，李语默，等 . 宁波软土及其水泥改良土的导热系数测试分析［J］. 浙江建筑， 2016 ， 33 （ 8 ）： 9 - 12 .

Bao X M ， Deng Y B ， Li Y M ， et al . Testing and analysis on the thermal conductivity for the mollisol and improved soil by concrete in ningbo ［J］. Zhejiang Construction ， 2016 ， 33 （ 8 ）： 9 - 12 . （in Chinese）

王许诺，杨平，彭玉龙 . 水泥土冻结温度及热物性参数试验研究［J］. 武汉理工大学学报， 2012 ， 34 （ 6 ）： 96 ⁃ 100 .

Wang X N ， Yang P ， Peng Y L . Test research to freezing point and the thermal physical parameters of freezing cement soil ［J］. Journal of Wuhan University of Techinology ， 2012 ， 34 （ 6 ）： 96 - 100 . （in Chinese）

赵云 . 宁波软土的热物性和热固结特性研究［D］. 南昌：江西理工大学， 2018 .

Zhao Y . An investigation on the thermal and thermo-consolidation behaviour of ningbo soft soil ［D］. Nanchang ： Jiangxi University of Science and Technology ， 2018 . （in Chinese）

高平，张延军，方静涛，等 . 浅层岩土室内、外热物性测试的相关性［J］. 吉林大学学报（地球科学版）， 2014 ， 44 （ 1 ）： 259 - 267 .

Gao P ， Zhang Y J ， Fang J T ， et al . Correlation of shallow layer rock and soil thermal physical tests in laboratory and field ［J］. Journal of Jilin University （Earth Science Edition）， 2014 ， 44 （ 1 ）： 259 - 267 . （in Chinese）

Mikhail V L . Modeling of oil product and gas pipeline transportation ［M］. U.S ： Wiley-VCH ， Weinheim ， 2008 .

杨世铭，陶文铨 . 传热学［M］. 北京：高等教育出版社， 2006 .

Yang Sh M ， Tao W Q . Heat transfer ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2006 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

间歇或连续运行下能源管廊热力响应特性现场试验