层状地层能源管桩传热性能试验研究

能源管桩与传统垂直地埋管换热器在换热器结构、环境敏感性和热传递行为等方面会存在显著差异,在东南大学九龙湖校区能源管桩原型试验场地,开展层状地层能源管桩长期原位热响应试验,能源管桩桩长为24 m,热交换管为单U型布置,试验时间长达1100 h,在距离能源管桩中心0.5,0.65和1.15 m处设置20 m深的地温孔对地温进行监测,并结合数值仿真技术,分析研究层状地层能源管桩的热传递行为,以及层状地层对能源桩换热性能的影响。研究结论如下:(1)开始加热时,距离能源桩越近,升温越快;经历长时间加热后,各层土体升温幅度和速度均有所下降:加热760 h后土中各点温度上升速度相比第一次连续加热下降80%以上。(2)当热响应功率变化时,距离能源桩越近的土体,受能源桩温度影响越大且响应越敏感,随着距离增大,温度影响变小;土体温度响应存在延迟效应,且距离能源桩越远,延迟越大。(3)在热导率和热扩散系数较高的土层中,靠近能源桩的土体温度升幅和上升速度均较小;反之,在热导率较低的土层中,靠近能源桩的土体温度升幅较快和上升速度较大。(4)热响应仪停止加热后,各点地温均下降。近处地温恢复较快,而远处由于延迟效应,地温呈现先上升再下降的趋势。(5)数值模拟结果显示热导率和比热容对土体传热有不同的影响;土层热导率较高时能源桩换热量增大。