地源热泵系统作为一种高效环保的空调技术，正逐步成为城市建筑节能减排的重要选择。传统地源热泵多采用钻孔埋管方式，不仅占用大量地下空间，且施工过程易产生泥浆排放问题。相比之下，能源桩技术将结构桩与热交换功能合二为一，既能承担上部结构荷载，又能利用浅层地热能，显著降低了工程造价并节约了地下空间。目前，预应力高强混凝土（PHC）桩、钢桩及灌注桩等已被广泛应用于能源桩工程，但针对新型预制钻孔PHC能源桩的热工性能研究仍相对匮乏。
随着城市化进程加快，传统钻孔桩的泥浆排放和打入式PHC桩的土壤扰动问题日益凸显。预制钻孔灌浆桩（PGP）作为一种非位移桩，通过预先钻孔灌浆后插入PHC桩，有效避免了泥浆排放和土壤扰动。本文介绍了一种新型能源桩——预制钻孔PHC能源桩，其热交换管布置在PHC桩外部，而非传统打入式桩的内部。这种独特的安装方式不仅大幅提高了热交换管的存活率，还因热交换管更贴近周围土壤而提升了换热效率。
研究团队在实地开展了全尺寸现场试验，利用分布式光纤传感器（DFOS）实时监测桩身温度与应变变化。试验场地地质条件显示，该区域主要为深层淤泥质粘土和粉质粘土，试验桩长45米，以细砂层为持力层。试验中，两根全尺寸预制钻孔PHC能源桩被设计用于测试，DFOS传感器沿桩身呈U型布置，间距1米，能够精确捕捉桩身在运行过程中的温度与应变响应。热交换管采用高密度聚乙烯管（HDPE），直接粘贴于PHC桩外表面，随后被水泥土包裹，形成保护层。
现场测试结果表明，预制钻孔PHC能源桩的安装方法显著提升了热交换管的存活率。在46根实际工程桩的安装过程中，热交换管初始液压为1MPa，安装后压力仍维持在1MPa左右，表明热交换管存活率达到100%。在夏季工况下，预制钻孔PHC能源桩的平均热交换效率为81.3瓦/米；冬季工况下则为65.8瓦/米。这一数据优于部分传统能源桩，证明了该技术在提升换热性能方面的优势。
在热应力方面，夏季工况下桩身最大热致应力约为2兆帕，而冬季工况下最大热致应力为负1.6兆帕（拉应力）。值得注意的是，PHC桩桩身的抗拉强度远低于抗压强度，因此冬季工况下桩身拉应力对结构安全的影响需特别关注。试验还发现，桩身中部受周围土体约束较大，应变较小，而桩头和桩底约束较小，应变较大，这与理论分析一致。
对于中国行业从业者而言，随着国内“双碳”目标的推进，地源热泵技术在大型公共建筑中的应用前景广阔。预制钻孔PHC能源桩技术有效解决了传统施工中的泥浆污染和空间占用问题，且热交换管外部布置的设计思路值得国内工程界借鉴，特别是在对环保要求严格的城市中心区，该技术有望成为替代传统钻孔埋管方案的新选择。
