桩基地热能利用系统设计计算的基本要求

《桩基地热能利用技术标准》（JGJ/T 438-2018）第7.1.1条规定：大、中型桩基地热能利用系统应根据能源桩热响应试验的结果进行设计。小型系统可按经验方法进行。

《桩基地热能利用技术标准》（JGJ/T 438-2018）第7.1.2条规定：桩基地热能利用系统的初步设计所需资料应包括下列内容：

（1）桩与地基土的热物性参数；

（2）建筑全年冷热负荷需求；

（3）桩基结构布置形式及可利用的桩数。

在桩基地热能利用系统设计过程中需注意以下几点：

（1）能源桩的布置通常是由结构/岩土工程师根据建筑结构本体来确定的。这以为着，桩基地热能利用系统设计的目的是对给定的建筑桩基进行换热管路的优化设计，而非需要满足建筑物全部的冷热需求。

（2）根据经验，通常可利用的能源桩数量仅能满足建筑本体的部分冷热负荷或基础负荷，因此在进行详细设计之前，明确能源桩可承担的建筑冷热负荷比例，确定是否需要增设钻孔埋管或其他辅助冷热源与能源桩共同承担建筑负荷。

（3）相比钻孔埋管换热器，能源桩长度短、直径大。在能源桩短期性能和长期性能的分析中需考虑这种几何上的特点。

（4）能源桩的热阻比钻孔埋管换热器要大，具体数值还与放置的换热管数量和连接方式有关。

《桩基地热能利用技术标准》（JGJ/T 438-2018）第7.1.3条规定：对热源或冷源不少于两种的桩基地热能利用系统，在长期运行工况下的换热性能应在详细设计阶段采用数值模型进行分析。

在详细设计阶段，应采用简化的设计模拟软件或专业的能源桩设计软件，对系统进行至少为期一年的取热和放热工况模拟，并确定系统主要部件的相关参数、优化系统方案和控制策略，给出运营管理策略。

《桩基地热能利用技术标准》（JGJ/T 438-2018）第7.1.4条规定：采用桩基地热能利用系统的建筑，室内供暖、空调负荷的计算应负荷现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736的相关规定。供暖制冷动态负荷计算的最小计算周期宜为1年。桩基地热能利用系统在1年计算周期内对地基总释热量和从地基总吸热量应维持平衡。

对于复杂的系统，要给出能量桩的基本负荷和附加负荷，包括每月冷热负荷（kW·h_th）（每月的高峰负荷及其持续的最长时间）的建筑最小年负荷，以确定能源桩每年传递的热量。

桩基地热能利用系统计算周期内累计释热量与吸热量失衡，将导致能源桩周边区域岩土温度持续升高或降低，影响换热器换热性能，降低热泵机组的运行效率。因此，桩基地热能利用系统设计计算应考虑全年动态负荷的影响，并保证总释热量和吸热量平衡。

对于地下水渗流流速较小的埋管区域，总释热量与总吸热量两者比值在0.8~1.25之间可认为地下冷热负荷基本平衡。地下水渗流速度较大（不小于0.5×10^-5m/s）的区域，系统的释热量和吸热量可以通过地下水流动取得平衡，从而避免季节性的地温的较大变化，因此可不考虑冷热平衡的问题。