伴随我国社会经济的发展,建筑的空调系统(供热和供冷)占到社会总能耗的25%～30%,传统能源存在环境污染等弊端,清洁能源的开发迫在眉睫。在各种新能源和可再生能源中,地球地表下包含存储的地热能源能有效应用于空调系统。本文基于地热开发的能源桩技术提出了一种新型的深层埋管式能源桩技术,该技术不仅充分利用桩内埋管式能源桩的优点,并且可利用更深层地热来提高单根能源桩换热量。新型能源桩的结构形式灵活,能够根据换热需求来设计桩底深井埋管深度,实现地热资源的高效、经济利用。本文通过理论分析、现场试验及数值仿真等手段开展能源桩换热特性研究,主要工作与研究成果如下:(1)对深层埋管能源桩试验基地的总体设计、换热孔埋管设计、换热管进出口阀门设计、换热孔中传感器布置设计进行了详细介绍,提出了后钻深层埋管式灌注型能源桩的施工工艺,按照设计和施工工艺进行了深层埋管式能源桩的施工。(2)对不同工况下,深层埋管式能源桩的温度场分布进行了研究。当换热达到稳定后,进水管温度随换热深度的增加温度变化明显,出水管温度随换热深度变化不明显。其中,上部桩基部分进水管温度沿换热深度变化最快,出水管温度变化微小;下部深井部分进水管温度沿换热深度变化比出水管大。(3)利用ANSYS软件建立能源桩双U型埋管换热器模型,与现有试验结果进行比分析,验证了模型的准确性。对不同工况下,深层埋管式能源桩的温度场分布进行了研究。随着设定进口水温逐渐增大,能源桩温差逐渐增加,进口温度为30℃,能源桩进出口温差为4.31℃,进口温度为35℃,能源桩进出口温差为6.18℃,温差增加1.87℃。(4)对不同工况下能源桩整体结构换热效率进行了计算分析,加热功率3.5kw时,深层埋管能源桩总换热量为3200.63w,每延米换热量为32.01W/m;加热功率为5.5kw时,整体换热量增加1827.7w,每延米换热量增加10.6W/m,换热量增加53%。随着加热功率增大,深层埋管能源桩的换热量增加,换热效率增大。通过本文对深层埋管能源桩换热特性的研究,将为能源桩技术的推广应用提供一定的理论及实践基础。