能量桩是一种利用地热资源进行供暖制冷的能源技术。目前已有的相关研究对能量桩换热性能的影响因素缺乏较为系统的分析,有关冬、夏两季换热性能的对比研究相对较少。本文基于土体热物性参数测量实验结果,建立能量桩三维仿真分析模型,采用有限元法对夏季与冬季工况下相关因素对能量桩换热性能的影响进行系统对比研究。最后对能量桩在工程中的应用预期效果进行分析。主要的研究结论如下:1、土体热物性参数的测量实验表明:土体导热系数和比热容均随含水率的增大而增加,含水率对土体导热系数的影响大于比热容。2、夏季工况下能量桩影响因素的数值模拟分析表明:1)随着能量桩连续运行时间的增加,能量桩换热性能逐渐降低并趋于稳定。2)流速、入口水温的增大有利于换热,但流速过大会增加能耗,水温过高则不利于热泵机组的运行,单U型能量桩的流速宜控制在0.2-0.4m/s之间,入口水温宜控制在35℃-37℃之间。3)钢管的换热性能优于HDPE管,工程中可优先考虑采用钢管作为换热管。4)对比不同埋管形式(单U、W、双U)的能量桩:管道截面积相同,流量相同时,双U的换热性能指标(换热量、进出口温差、运行效率)最优。管道截面积相同,流速相同时,单U的运行效率最高,W的进出口温差最大,双U的换热量最大。管道截面积不同,流量及流速相同时,单U和双U相比,单U的运行效率最高,双U的换热量及进出口温差最大。5)管径增大有利于换热量及运行效率的增加,但出口水温随之升高,不利于热泵机组的运行,管径宜在27-32mm之间选取。6)随着桩长的增加,总换热量、进出口温差呈线性增大趋势,运行效率随桩长的增加而逐渐降低。桩径从0.6m增大到0.8m,各换热性能指标增大,超过0.8m以后,影响较小。桩长对能量桩换热性能的影响程度比桩径大。7)桩周土体的导热系数或比热容较大时更有利于换热。3、冬季工况下能量桩影响因素的数值模拟与夏季工况对比表明:1)冬季工况下能量桩的各换热性能指标变化规律与夏季相同,但换热性能低于夏季。2)能量桩的运行效率随流速的增大而减小,但冬季的减小幅度比夏季大。3)运行效率随换热温差的增大而增加,且冬季换热温差的增大引起的运行效率的增幅大于夏季。4、实际工程中的桩基础设置为能量桩,进行数值模拟分析表明:单根能量桩所能承担的最大负荷比,夏季为0.191%,冬季为0.171%。当全部桩基用作能量桩时,最大可承担负荷比,夏季为75.6%,冬季为67.7%。