能源桩及其可更换相变材料的系统与方法

本发明涉及能源桩领域，特别是涉及一种能源桩及其可更换相变材料的系统与方法。

背景技术：

1、能源桩是一种专门设计的地下结构，通常与建筑物的地基结构相结合，旨在利用地下的温度稳定性来为建筑提供冷热源。能源桩是一种特殊的地源热泵系统的组成部分，通过与周围土体热交换，提取地热能为建筑提供热量。地源热泵系统通过这些能源桩从地下吸取或排放热量，以此来调节建筑内部的温度。尽管这种技术为实现绿色建筑和可持续发展提供了一种创新的方法，但传统的能源桩在能量储存密度和热交换效率上仍存在局限。

2、为了提高这些性能，研究者引入了相变材料（phase change material，pcm）。相变材料是一种储能材料，相变材料是指能在固态、液态或者气态之间转变时，吸收或释放大量潜热的材料。这种转变过程通常在一个特定的温度下发生，使pcm能够在固定的温度范围内储存或释放热量，这是其在温度调节和能源储存上的主要优势。

3、为了实际应用，这些储能材料被封装在微胶囊或空心钢球中，以确保它们能够均匀地分散在混凝土中，并防止与混凝土发生直接化学反应。通过这种方式，当能源桩的混凝土中混入了封装好的储能材料，它们可以显著增加能源桩的能量密度，从而使其成为一种更高效、更可持续的绿色建筑解决方案。然而，尽管储能材料对普通能源桩的能量密度有所改善，但也存在以下几个问题：

4、当储能材料在一定时间内使用后，其性能会逐渐降低。这是由于多次热循环过程中，材料可能会发生化学或物理变化，这些变化会降低储能材料的热储存能力或热传导性能。此外，如果储能材料被封装，可能还会出现封装壳材料的老化或破裂，导致储能材料泄漏，进一步降低其性能。由于储能材料的封装方式，封装在混凝土中的储能材料如果性能降低，无法进行更换。

5、固定的储能材料具有固定的温度调节区间。储能材料的相变温度区间固定，当环境温度发生变化，如季节性变化时，普通储能能源桩的储能性能可能无法得到充分发挥。

6、当上部建筑的温度荷载发生变化时，普通储能能源桩也无法对此做出适应的调整。当极端天气到来时，普通储能能源桩内的储能材料类型和容量不一定能满足极端天气的热荷载需求。因为极端天气到来前，平时气温是30-36度，极端天气到来时的温度区间为37-42度，因此固定的相变材料区间将不符合极端天气时的使用场景，需要将桩内的储能材料提前做更换。

7、总的来说，普通能源桩和储能能源桩都存在一些缺陷，如能量密度低、换热效率不足、使用灵活性差、适应性差等，这些问题都需要进一步的解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能源桩及其可更换相变材料的系统与方法，以提高储能能源桩的能量密度和换热效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种能源桩，包括：桩身、储能材料管和循环换热储能材料管；

4、所述储能材料管和所述循环换热储能材料管均设置于所述桩身内；所述储能材料管的进口、所述储能材料管的出口、所述循环换热储能材料管的进口以及所述循环换热储能材料管的出口均位于所述桩身的外部；

5、所述储能材料管用于储存储能材料；所述循环换热储能材料管用于储存循环换热储能材料。

6、一种可更换相变材料的系统，包括上述的能源桩、储能材料罐、循环换热储能材料罐以及控制模块；

7、所述储能材料罐与所述能源桩内的储能材料管连通；所述储能材料罐内储存夏季用储能材料和冬季用储能材料；

8、所述循环换热储能材料罐与所述能源桩内的循环换热储能材料管连通；所述循环换热储能材料罐和所述循环换热储能材料管内均储存循环换热储能材料；

9、所述控制模块包括：

10、第一目标储能材料确定单元，用于根据当前季节，确定第一目标储能材料；当前季节为夏季或者冬季；所述第一目标储能材料为夏季用储能材料或者冬季用储能材料；

11、替换控制单元，用于加热所述循环换热储能材料管的循环换热储能材料，以将所述储能材料管内的储能材料融化并替换为所述第一目标储能材料；

12、流量调节单元，用于调节所述循环换热储能材料管内所述循环换热储能材料的流量。

13、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

14、本发明提供的能源桩及其可更换相变材料的系统与方法，该系统包括设置有储能材料管和循环换热储能材料管的能源桩、储能材料罐、循环换热储能材料罐以及控制模块；储能材料罐与能源桩内的储能材料管连通；储能材料罐内储存夏季用储能材料和冬季用储能材料；循环换热储能材料罐与能源桩内的循环换热储能材料管连通；循环换热储能材料罐和循环换热储能材料管内均储存循环换热储能材料；控制模块包括：第一目标储能材料确定单元，用于根据当前季节，确定第一目标储能材料；当前季节为夏季或者冬季；第一目标储能材料为夏季用储能材料或者冬季用储能材料；替换控制单元，用于加热循环换热储能材料管的循环换热储能材料，以将储能材料管内的储能材料融化并替换为第一目标储能材料；流量调节单元，用于调节循环换热储能材料管内循环换热储能材料的流量。本发明通过机器学习技术，分析季节性能量需求的模式和趋势，智能地调整储能材料的类型、储存容量或其他参数，确保桩群在不同季节中都能高效地储存和释放能量，提高了储能能源桩的能量密度和换热效率。

技术特征：

1.一种能源桩，其特征在于，包括：桩身、储能材料管和循环换热储能材料管；

2.一种可更换相变材料的系统，其特征在于，包括权利要求1所述的能源桩、储能材料罐、循环换热储能材料罐以及控制模块；

3.根据权利要求2所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述储能材料罐内还储存不同相变温度区间的储能材料。

4.根据权利要求3所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

5.根据权利要求4所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述替换控制单元，还用于加热所述循环换热储能材料管的循环换热储能材料，以将所述储能材料管内的当前相变温度区间的储能材料融化并替换为所述第二目标储能材料。

6.根据权利要求3所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述流量调节单元包括：

7.根据权利要求2所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，还包括极端天气预警模块；

8.根据权利要求7所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

9.根据权利要求7所述的可更换相变材料的系统，其特征在于，所述流量调节单元包括：

10.一种可更换相变材料的方法，其特征在于，所述可更换相变材料的方法应用于权利要求2-9任一项所述的可更换相变材料的系统，所述可更换相变材料的方法包括：

技术总结本发明公开一种能源桩及其可更换相变材料的系统与方法，涉及能源桩领域，该系统包括能源桩、储能材料罐、循环换热储能材料罐以及控制模块；储能材料罐与能源桩内的储能材料管连通；储能材料罐内储存夏季用储能材料和冬季用储能材料；循环换热储能材料罐与能源桩内的循环换热储能材料管连通；循环换热储能材料罐和循环换热储能材料管内均储存循环换热储能材料；控制模块包括第一目标储能材料确定单元，用于根据当前季节，确定第一目标储能材料；替换控制单元，用于加热循环换热储能材料，以将储能材料管内的储能材料融化并替换为第一目标储能材料；流量调节单元，用于调节循环换热储能材料的流量。本发明提高了储能能源桩的能量密度和换热效率。技术研发人员：崔宏志,张唯一,曹香鹏,包小华,王涛,杜风雷受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29