能量樁
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-01-30
能量樁的視頻教程
相變能量樁段模型傳熱模擬
能量樁作為淺層地熱能的重要利用技術，在我國乃至世界節能減排工程中有著巨大的發展潛力和廣泛的應用前景。 直播大綱： 本次課程主要針對中文核心期刊論文《相變能量樁段模型傳熱模擬》進行復現，手把手演示完整的建模過程，幫助大家掌握COMSOL相變模塊的基本操作。
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能量樁的實例教程
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</div><p><br></p><p> 埋地能量樁又稱地源熱泵是陸地淺層能源通過輸入少量的高品位能源（如電能）實現由低品位熱能向高品位熱能轉移的裝置。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。</p><p> 利用土壤深處冬暖夏涼的特性，適當的建筑周圍布置能量樁陣列，充分的利用地源能量替代建筑內空調等溫控設備，起到節約環保的功能。</p><p><br></p><p> 地源熱泵技術是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對穩定的特性，在夏天將室內的余熱轉移到低位熱源中，在冬天把低位熱源中的熱量轉移到需要供熱或加溫的地方，達到降溫或制冷的目的[1]。地源熱泵技術比傳統鍋爐技術節省70%以上的能源和40%～60%的運行費用；在制冷時，地熱泵技術要比普通空調節能40%～50%，運行費用降低40%以上。</p><p>能量樁是一種樁埋管形式地源熱泵技術與傳統樁基礎相結合的經濟、高效、節能減排的新技術。通過在樁基礎中埋設各種形狀的換熱器裝置，進行淺層低溫地熱能轉換，在滿足常規樁基力學功能的同時還能通過樁體實現與淺層地能的熱交換，起到樁基和地源熱泵預成孔直接敷設埋管換熱器的雙重作用[3]。
展開 能量樁的性能
傳熱是在研究多孔材料中的流體流動和結構力學時需要考慮的另一種常見物理現象。能量樁是位于建筑物地基內的換熱器，用于高效加熱和冷卻。能量樁的應用正是多孔基體問題的示例。
基本能量樁的幾何。圖像作者為 E. Holzbecher，摘自他在 COMSOL 年會上的投稿論文。
在設置能量樁時，地下水可以流經建筑物地基的多孔基體并改變裝置周圍的溫度分布。流體流動也會引起孔隙壓力的變化，進而影響下層材料的穩定性。研究團隊利用 COMSOL Multiphysics 中的數值模擬功能來探索熱效應如何加劇能量樁和周圍地面的變形。
多孔結構能量樁模型的溫度分布（左圖）和豎直固結（右圖）。圖像作者為 E. Holzbecher，摘自他在 COMSOL 年會上的投稿論文。
研究結果表明熱應力和熱膨脹對能量樁及建筑物結構變形的影響較大，而地下水的流體壓縮性能和熱學性能對其影響較小，可忽略不計。
我們可以便捷地在 COMSOL Multiphysics 中進行耦合數值研究，這有助于我們全面分析多孔結構并評估多孔材料在真實條件下的表現。進而提升了結構的安全性，同時優化了巖土工程的設計。
展開 Comsol能量樁換熱and樁土摩擦 ￥100
案例演示Comsol中聯合體模型溫度場傳遞至裝配體模型設置，配有文字說明。
在2018年，VDOT取代了8個樁，其中37個木材由大型FRP單樁海豚組成。據報道，共有296個木樁被玻璃鋼取代，占木材生命周期成本的三分之一。
根據Composite Advantage，FiberPILE產品采用高強度重量比制造，能夠處理整體渡輪破碎載荷和惡劣的風力條件。鳳凰工業環氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48341.html
綜合優勢總裁Scott Reeve解釋說：
“我們制造了100英尺長的FRP單樁，采用多軸E玻璃加固。在樁的下部80％中使用的玻璃纖維的59％定向為0度[平行于樁的縱向軸線]。8％的玻璃纖維被賦予90度取向，其余纖維取向為±45度。樁的頂部15英尺[聚焦在環向上]的玻璃纖維以0度的方向制造，8％（平行于樁的縱軸），59％的取向為90度，其余纖維的取向為±45度。Wood具有42 ft-kip的能量吸收。這種組合使我們的單樁能量吸收能量為585英尺 - 基普。“
FiberPILE還具有中空結構，重量輕，驅動摩擦小。經過一天的安裝后，據報道，承包商能夠在大約20分鐘的時間內將一個100英尺長的單樁驅動到河底25英尺，并且干擾最小。
展開 還有更麻煩的事情，一段時間后空調好不容易打熱了，如果能量沒管控好，就會發現沒開多少路，里程表顯示的續航數據就嗖嗖直接往下掉，本來冬季電池溫度也相對較低，能量釋放相對受阻，這個更要命。
在夏天的時候，熱管理的作用可能相對直接一些，主要是花一些時間把車廂的溫度降下來，然而在快速制冷的過程中，熱管理系統所消耗的能量也比較關鍵。
實際上電動車熱管理系統的好壞與否，會影響車輛電器工作效率、余熱回收、能耗續航等方面的好壞，并且，這些影響會直接反饋到駕駛者和乘客的體驗之上，一套好的熱管理系統對于一臺電動車的重要性不言而喻。
我和通用的工程師交流比較多，基于Ultium奧特能電動車平臺誕生的首臺純電SUV作品——LYRIQ上，工程師們考慮到消費者用車痛點，為這臺車配備了先進的BEVHEAT高效熱管理系統，我來重點來談談我了解到的信息。
●具有高效的制熱能力
中國北方的客戶，全年有近半年的時間都處于低溫環境。我們看到之前有人調侃“電動爹”，一個是吐槽里程短，還有一個是吐槽買了電動車，冬天開車需要蓋被子，一方面是因為熱得慢，另一方面是因為會加速歷程衰減。對于一臺好的電動汽車來說，是必須要解決電動汽車的加熱性能和電耗問題的（客戶最大的痛點）。
LYRIQ的BEVHEAT高效熱管理系統采用了直接式熱泵，和我們通常見到的加熱水路的間接式熱泵相比效果更好，因為直接式熱泵一方面可以更快地在車廂內吹出熱風，迅速溫暖乘客座艙，使車內到達適宜的溫度。根據設定的測試驗證情況來看，把LYRIQ放到低溫倉里面，在-10℃的氣溫狀況下，僅需2分鐘，出風口溫度就能達到45℃。
●能夠充分利用充電樁的能量
LYRIQ在連接充電樁時，除了充電，還有一個貼心的儲熱功能。
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案例演示Comsol中聯合體模型溫度場傳遞至裝配體模型設置，配有文字說明。
●能夠充分利用充電樁的能量
LYRIQ在連接充電樁時，除了充電，還有一個貼心的儲熱功能。這個儲熱功能，可以讓車輛待出發時和行駛中有一個更佳的狀態，帶來更舒服、省心的用車體驗。
圖1：電動車充電樁應用 （圖片來源：ADI）
電動車充電樁的能量來源可以是清潔的能源（如光伏發電），也可以是電網。通過直流轉直流（DC-DC）或者交流轉直流（AC-DC），轉化成合適的電壓給電動車充電。
一些傳統的電動車充電是在交流側計量的，其缺點是無法測量交流到直流轉換過程中損失的能量，導致最終客戶的計費不準確。
圖1：電動車充電樁應用 （圖片來源：ADI）
電動車充電樁的能量來源可以是清潔的能源（如光伏發電），也可以是電網。通過直流轉直流（DC-DC）或者交流轉直流（AC-DC），轉化成合適的電壓給電動車充電。
一些傳統的電動車充電是在交流側計量的，其缺點是無法測量交流到直流轉換過程中損失的能量，導致最終客戶的計費不準確。
</p><p> 利用土壤深處冬暖夏涼的特性，適當的建筑周圍布置能量樁陣列，充分的利用地源能量替代建筑內空調等溫控設備，起到節約環保的功能。
這種組合使我們的單樁能量吸收能量為585英尺 - 基普。“
FiberPILE還具有中空結構，重量輕，驅動摩擦小。經過一天的安裝后，據報道，承包商能夠在大約20分鐘的時間內將一個100英尺長的單樁驅動到河底25英尺，并且干擾最小。
能量樁的性能
傳熱是在研究多孔材料中的流體流動和結構力學時需要考慮的另一種常見物理現象。能量樁是位于建筑物地基內的換熱器，用于高效加熱和冷卻。能量樁的應用正是多孔基體問題的示例。
基本能量樁的幾何。圖像作者為 E. Holzbecher，摘自他在 COMSOL 年會上的投稿論文。
在設置能量樁時，地下水可以流經建筑物地基的多孔基體并改變裝置周圍的溫度分布。
