相变与常规能源桩热力学响应对比实验研究：热管理优化与能效提升新策略

《Geomechanics for Energy and the Environment》：Comparative experimental study on thermo-mechanical responses of phase-change and normal energy piles

本文通过实验室对比研究，系统分析了相变能源桩（PCEP）与常规能源桩（NEP）的热力学性能。研究采用具有独特壳结构的微胶囊相变材料（microPCM），证实PCEP在冬季和夏季模式下均能提升热能采集效率，促进温度恢复，并略微增加因相变混凝土更高热膨胀系数导致的桩顶力变化。该研究为优化岩土工程应用中的能效和热管理提供了新途径。

　　

Highlight

模型桩与模型箱

能量桩模型试验的测试装置如图1所示。该系统涉及一个2 m × 1.5 m × 1.5 m（长×宽×高）的模型箱，配备伺服加载系统和反力架。模型箱加载系统配备一个最大推力为1吨、行程为300 mm的单电动伺服作动器，两个最大推力各为1吨、行程为200 mm的电动伺服作动器，以及一个具有三个控制通道的多通道伺服控制器。

微胶囊相变材料（microPCM）掺入的效果

图8展示了两根桩的入口温度（T_in）和出口温度（T_out）之间的差异。结果表明，温度差在每个工况开始运行时达到峰值，随后以减速速率下降。这种传热功率的变化可以通过温度梯度和热平衡原理解释。在每个循环开始时，桩与循环流体（CF）之间的大温差驱动了高的传热功率。

结论

在本研究中，通过一系列实验室测试，对相变能量桩和常规能量桩的热学和力学特性进行了测试。通过综合考虑流速和工作载荷等操作参数的变化，进行综合比较，分析了微胶囊相变材料（microPCM）对能量桩性能的影响。主要结论如下：

1. 1.
   相变能量桩通过相变过程储存潜热，展现出增强的换热能力。