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能量桩是由传统地源热泵技术引申而来的新型的建筑节能技术,是能源地下结构的重要形式之一,它可以在满足建筑物常规力学承载功能的同时充分利用浅层地温能,和传统地源热泵技术相比,具有明显的技术、经济优势。预制管桩是能量桩的一种重要桩基类型,但目前国内外学者针对预制能量管桩的研究相对较少,对预制能量管桩系统的换热性能缺乏有效、全面的评价,本文采用现场试验和数值模拟结合的方法对预制能量管桩的换热性能展开了全面的研究。介绍了预制能量管桩现场试验研究情况,为了更好地研究能量桩在换热过程中的温度场变化特征,在常规热响应测试的基础上引入了分布式光纤传感技术,实时监测桩身沿深度方向的温度分布及变化情况。给出了预制能量管桩现场实测系统的搭建过程,对其施工工艺进行了全面介绍。通过对现场的换热孔进行的热响应测试,利用钻孔内的光纤测得了场地初始地温分布情况,并根据线热源模型计算得到场地土体综合导热系数。对预制能量管桩单U型埋管和双U型埋管形式分别进行了热响应测试,利用布设在桩内和桩壁的分布式光纤监测得到了桩身温度和应变随时间和深度的变化特征,揭示了预制能量管桩的传热效率。计算了传统地埋管换热器和预制能量管桩单位长度换热量,发现预制能量管桩换热效率优于钻孔埋管,且双U型埋管优于单U型埋管。根据现场测试条件分析了影响预制能量管桩换热性能的因素,为实际工程能量管桩的设计和应用提供了参考依据。利用COMSOL数值分析软件建立了预制能量管桩的三维数值模型,根据现场测试条件模拟了单U型和双U型埋管形式的传热过程,并将模拟结果和现场实测结果进行了对比分析,验证了所建模型模拟的可靠性。利用已验证的模型,对影响预制能量管桩换热性能的因素进行了全面的模拟分析,根据模拟得到的桩土温度场分布特征和单位桩长换热量对预制能量管桩的换热能力进行了评价。模拟结果显示:埋管形式、埋管间距、回填料导热系数和进水温度对预制能量管桩系统的换热性能影响较大,而循环水流速、桩径和桩长的影响则相对较小。针对预制能量管桩换热系统的不同影响因素分别在实际工程应用中给出了相应的建议。本文研究内容揭示了预制能量管桩的换热性能,对其适用性进行了探讨,根据研究结果对预制能量管桩进行了优化分析,对预制能量管桩换热系统的设计和应用具有重要的参考意义。