【技术实现步骤摘要】
多种相变能量桩室内模型制备方法及试验研究方法
[0001]本专利技术属于土木工程
，具体涉及多种相变能量桩室内模型制备方法及试验研究方法。
技术介绍
[0002]能量桩是一种利用地热能源的建筑减排技术，它提供的能源能满足建筑所需的大部分供热和制冷需求,并且对环境影响较小。能量桩通过将导热管埋入桩身内由导热管内水流的流动实现对地热能源的利用。在使用过程中能量桩内的水流与整栋建筑的预埋管形成一个循环，在夏季流经整栋建筑的热水流入能量桩内，经过在能量桩内与大地进行热量交换之后，经过冷却后的水流重新流入建筑主体，通过这样的循环完成对建筑内的温度降低，减少对空调的使用；冬季则与之相反，流经整栋建筑的冷水流入能量桩内，经过在能量桩内与大地进行热量交换之后，经过升温后的水流重新流入建筑主体，满足建筑内的采暖需求。能量桩通过水流循环利用与地下温度较为稳定的特点，满足建筑物在运行过程中的取冷和采暖需求，进而降低建筑运行过程中的能源消耗。
[0003]能量桩的研究现状按照重点不同可以将其分成三个模块，第一个模块是关于能量桩传热性能的研究，能量桩在工作的时候同时存在两种热量交换途径，一种是导热管与桩身之间的热量交换；另一种则是能量桩与周围土体的热量交换，所以现有的研究也就从这两种热量交换途径入手分成了三个方面即导热管、桩和桩周土体，这一部分研究的主要目的是为了提高能量桩的导热性能，获取更高的能源利用效率。第二个模块是对能量桩的热
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力学耦合效应的研究，热
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力学耦合效应本质上是能量桩自身由...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.多种相变能量桩室内模型制备方法，其特征为，包括：(1)相变混凝土能量桩的室内模型制备方法，包括如下步骤：(11)相变材料选取；(12)多孔材料选取；(13)相变材料封存；(14)相变混凝土制备；(15)相变能量桩浇筑；(2)空心管封装式相变能量桩的制备方法，包括如下步骤：(21)相变材料选取；(22)空心管定制；(23)相变材料封存；(24)相变能量桩制备；(3)连通管封装式可替换相变材料的相变能量桩的制备方法，包括如下步骤：(31)相变材料选取；(32)连通管定制；(33)相变材料封存；(34)相变能量桩制备。2.如权利要求1所述的多种相变能量桩室内模型制备方法，其特征为：所述的相变混凝土能量桩的室内模型制备方法包括如下具体步骤：(11)相变材料选取能量桩所需要的相变材料应满足以下几点要求：相变温度适宜；相变潜热值大；性能稳定不会影响建筑材料基体性能；相变时体积膨胀收缩性小；化学性能稳定，无腐蚀、无毒无害；导热性能良好；相变可逆性好，可反复使用；原料来源广，成本低，具体使用什么种类的相变材料根据相变能量桩所使用的季节和所在地区进行选取；(12)多孔材料选取多孔材料根据使用者的不同要求选用天然的多孔材料和人工的多孔材料，多孔材料的选取应尽量减少对能量桩桩身混凝土强度和导热性的影响；(13)相变材料封存相变能量桩的混凝土采取封装法制备，相变材料的封存采用吸附法进行；吸附法是利用抽真空的方法利用大气压使多孔材料主动吸附相变材料，具体操作流程为：(a)将事先通过烘干或晾晒进行干燥处理的多孔材料加入到锥形烧瓶中并关闭止水夹一；(b)打开真空泵对锥形烧瓶进行抽吸，持续0.5h；(c)利用加热使相变材料处于液态状态，然后依次关闭阀门和真空泵，并打幵止水夹一，液态的相变材料就会吸入到锥形烧瓶中，直至多孔材料被完全浸泡；(d)依次关闭止水夹和打开阀门继续抽真空，保证在负压状态下进行吸附；(e)关闭真空泵，将多孔材料取出，表面晾干进行封装处理；在完成相变材料的吸附后，对吸附完相变材料的多孔材料进行封装处理以避免多孔材料的孔隙吸附的相变材料在进行后续操作时泄露，对于选用天然多孔材料进行相变材料吸附的利用环氧树脂在表面进行涂抹，对于选用人工多孔材料进行相变材料吸附的选用合适的方法进行封存；(14)相变混凝土制备首先根据强度要求设计常规混凝土配合比，其次将完成相变材料封存的多孔材料对混凝土内的一部分粗骨料或者细骨料按照等体积或者等质量进行替换，然后按照替换后新的混凝土配合比将材料分别加入混凝土搅拌机中，启动搅拌机搅拌0.5h停止搅拌，并完成相变混凝土的制备；若需要提升相变混凝土的导热性或强度，在其中添加石墨粉和铁粉；(15)相变能量桩浇筑事先根据模型桩的长径比和尺寸准备模型桩模具，并利用2.5mm粗的铁丝制作成微型钢筋笼，其次将预制或自行制作的导热管绑扎在微型钢筋笼上；浇筑开始时将相变混凝土浇筑进桩模具内，待浇筑到一定高度后，在桩模具内放入微
型钢筋笼继续浇筑，等到浇筑完成后，将桩模具移动到振动台上振动10min左右，最后将桩模具移下振动台在桩模具内养护3
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5d后拆模，并放入恒温养护室内继续养护至28d。3.如权利要求1所述的多种相变能量桩室内模型制备方法，其特征为：所述的空心管封装式相变能量桩的制备方法包括如下具体步骤：(1)相变材料选取能量桩所需要的相变材料应满足以下几点要求：相变温度适宜；相变潜热值大；性能稳定不会影响建筑材料基体性能；相变时体积膨胀收缩性小；化学性能稳定，无腐蚀、无毒无害；导热性能良好；相变可逆性好，可反复使用；原料来源广，成本低；具体使用什么种类的相变材料、根据相变能量桩所使用的季节和所在地区进行选取；(2)空心管定制根据使用要求以及模型桩的尺寸确定所需要的空心管的数量和尺寸，通过厂家定制相应的带封盖的空心管，空心管的长度不超过钢筋笼的范围，空心管的直径以保证桩身强度为度，空心管外表面应作磨砂处理，增大空心管与混凝土的接触面积，保证其与桩身混凝土更好的结合；(3)相变材料封存利用加热使相变材料处于液态，然后将相变材料注入空心管中，等相变材料恢复至室温之后使用焊接的手段将空心管的封盖与空心管的入口完全封闭即完成相变材料的封存；封存相变材料的过程中注意使空心管内的相变材料处于满盈状态，防止空心管中残留过多空气，最终影响能量桩的强度和导热性；(4)相变能量桩制备事先根据模型桩的长径比和尺寸准备模型桩模具，并利用2.5mm粗的铁丝制作成微型钢筋笼，其次将预制或自行制作的导热管和完成相变材料封存的空心管绑扎在微型钢筋笼上，空心管在能量桩内的分布应对称均匀分布，避免能量桩桩身发生不均匀升温，导致桩身产生额外的温度应力；浇筑开始时将混凝土浇筑进桩模具内，待浇筑到一定高度后，在桩模具内放入微型钢筋笼继续浇筑，等到浇筑完成后，将桩模具移动到振动台上振动10min，最后将桩模具移下振动台在桩模具内养护3
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5d后拆模，并放入恒温养护室内继续养护至28d。4.如权利要求1所述的多种相变能量桩室内模型制备方法，其特征为：所述的连通管封装式可替换相变材料的相变能量桩的制备方法包括如下具体步骤；(1)相变材料选取能量桩所需要的相变材料应满足以下几点要求：相变温度适宜；相变潜热值大；性能稳定不会影响建筑材料基体性能；相变时体积膨胀收缩性小；化学性能稳定，无腐蚀、无毒无害；导热性能良好；相变可逆性好，可反复使用；原料来源广，成本低；具体使用什么种类的相变材料根据相变能量桩所使用的季节和所在地区进行选取；(2)连通管定制根据使用要求以及模型桩的尺寸确定所需要的连通管的数量和尺寸，通过厂家定制相应的带封盖的连通管，连通管的长度不超过钢筋笼的范围且与导热管处于较近位置，连通管的直径以保证桩身强度为度，连通管外表面应作磨砂处理，增大连通管与混凝土的接触面积，保证其与桩身混凝土更好的结合；
(3)相变材料封存利用加热使相变材料处于液态状态，然后利用水泵将相变材料抽入连通管中，等相变材料恢复至室温之后使用橡胶塞将连通管两端相变材料的进出口封闭，避免杂物进入堵塞连通管，以此完成相变材料的封存；封存相变材料的过程中注意使用水泵抽吸相变材料时应在连通管内材料填满且烧杯相变材料未被抽空时停止水泵，使连通管内的相变材料处于满盈状态，防止连通管内抽入空气，最终影响能量桩的强度和导热性；(4)相变能量桩制备事先根据模型桩的长径比和尺寸准备模型桩模具，并利用2.5mm粗的铁丝制作成微型钢筋笼，其次将预制或自行制作的导热管和完成相变材料封存的连通管绑扎在微型钢筋笼上；浇筑开始时将混凝土浇筑进桩模具内，待浇筑到一定高度后，在桩模具内放入微型钢筋笼继续浇筑，等到浇筑完成后，将桩模具移动到振动台上振动10min左右，最后将桩模具移下振动台在桩模具内养护3
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5d后拆模，并放入恒温养护室内继续养护至28d。5.相变混凝土能量桩及空心管封装式相变能量桩研究方法，其特征为：采用如权利要求1所述的多种相变能量桩室内模型制备方法，包括如下步骤：(1)实验准备实验准备分为实验材料准备、实验设备准备以及实验技术准备三大部分；实验材料准备：夏季相变材料、十五烷、水泥、砂、粗骨料、石英砂；实验设备准备：恒温实验箱、混凝土搅拌机、砂浆搅拌锅、对于空心管封装式相变能量桩而言需定制不锈钢空心管、应变片、温度传感器、502胶水、恒温水浴锅、制冷机、水泵、探针式温度计、脱模剂、应变采集仪、温度采集仪、土压力盒、波纹管、橡胶击实锤；实验技术准备：制订系统完善的实验开展方案、学习各项实验设备的使用、学习各项数据分析软件的操作；(2)模型桩制作按照规范的方法制作相应的相变能量桩；(3)实验仪器布置能量桩室内模型试验设备包括：土压力盒、应变片、温度传感器、百分表、探针式温度计、水流循环仪、恒温试验箱、恒温水浴锅、应变仪、温度采集仪；安设时，土压力盒埋设于模...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，刘鸣，刘晓铮，唐雨孜，于佳林，管晓明，杜明庆，成亮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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