土壤地埋管熱響應測試儀

巖土熱物性測試儀

巖土熱響應測試儀    土壤熱物性測試儀

    土壤耦合熱泵系統具有顯著的經濟、、運行的性，近年來得到了廣泛的關注和暖通人士的。由于地源熱泵系統利用清潔的淺層地下熱能作為空調系統的冷熱源，成為國內現有綠色建筑項目的，加之相關扶持政策的推行，地源熱泵在我國進入一個快速發展期，應用項目不斷增多，技術也越來越成熟。

    土壤源熱泵空調是一種利用淺層地熱的可再生能源空調技術,具有的特點。在地源熱泵技術中,地埋管換熱器的換熱性能對地源熱泵系統的整體性能有著決定性的影響,而土壤熱物性參數是埋地管換熱器設計中的關鍵參數,直接決定了地埋管的長度和地源熱泵系統的初投資。因此,準確地獲得土壤熱物性參數是重要的。

    地下巖土熱物性參數作為土壤耦合熱泵系統的重要參數，對方案設計的成功與否影響大。然而由于我國目前還沒有相應的規范和詳細的測試標準，有關地下換熱器的傳熱模型及設計計算等方面的研究體系不完善，導致測試人員無章可依設計人員各執一詞。不同測試儀的測試結果相差較大，沒有統一的標準，造成不同設計方案差別大，系統運行效率不高、出力不足或初投資過大等問題，嚴重制約了地源熱泵系統在我國的發展。因此，地下巖土的熱物性參數熱響應測試的標準化問題、統一地源熱泵系統工程設計方法問題急需解決。 

    針對對對以上問題，我公司對國內現有的熱響應測試儀進行了改進，研制出可分別進行夏季排熱工況和冬季吸熱工況測試的一體機，從測試儀的系統設計、設備選型到組裝調試都力求精益。 在熱物性參數的計算方面，我公司結合現有的線熱源模、柱熱源及改進模型，詳細推導了模型解析解，從數學角度和實際工程角度分析了巖土原始溫度、測試時長及巖土比熱容對熱響應測試的影響。 

     我公司在分析調研國內外研發的土壤熱物性測試儀基礎上,根據熱響應原理研制出了一臺以PLC為數據采集和處理的土壤熱物性測試儀,同時編寫了一套計算土壤熱物性參數的相關軟件。使用模擬軟件作為地源熱泵設計軟件，通過該軟件對實際項目進行全年逐時動態負荷模擬，結合測試結果進行方案設計，并對方案未來 30年內的運行狀況進行模擬，對結果進行地下熱平衡分析后，通過改進地下換熱器及控制策略對設計方案進行優化。 實際應用表明,該測試儀具有操作方便、使用、穩定、測試高等優點,能夠順利完成土壤熱物性的測試任務。

     在土壤熱響應測試實驗的基礎上,通過對地源熱泵換熱器地下豎直埋管非穩態傳熱分析,提出了針對回填材料的熱阻修正因子,并引入了熱短路修正方法對循環水平均溫度進行修正。同時在綜合考慮對Carslaw柱源模型已有修正的基礎上,提出了圓柱源綜合修正模型。然后借助二維垂直換熱器數值模型,將原模型和柱熱源修正模型的計算結果進行了比較,證明了修正模型比原模型具有更好的計算。利用測試儀器對某測試鉆孔進行現場熱響應測試實驗，使用斜率法和參數估計法分別進行了計算并相互校核，得到了較準確的巖土綜合導熱系數及鉆孔熱阻等參數，為地源熱泵系統設計提供的基礎數據。 我公司還進一步分析了回填土導熱系數、等價半徑、熱流不均勻、熱短路等因素對計算結果的影響,進一步驗證了修正模型的性并提出了計算速度的方法。了土壤熱物性參數的計算準確度,對于土壤熱響應測試的發展起到了的推動作用。

     綜上所述，我公司著重對熱響應測試儀的改進，利用測試數據得到巖土熱物性參數，為熱響應測試的標準化及巖土熱物性數據庫的建立提供了一些參考。同時將測試結果用于實際工程，建立了系統的地下換熱器設計方法，為地源熱泵系統設計統一化作出一些貢獻。

     設計地源熱泵空調系統的地下換熱器需要知道地下土壤的平均熱物性參數，即土壤的導熱系數，主要是得出每延米的換熱量，用來指導實際施工。若熱物性參數不準確，則所設計的室外換熱系統就不能滿足建筑負荷需要，可能導致設計規模過大，從而大大增加初期投資費用。有研究表明：當巖土的導熱系數（或導溫系數）發生10%的偏差，則設計的地下埋管長度偏差為4.5%-5.8%。以10000平方米的建筑面積，能節省管長3000米，節省成本5-6萬元，占總成本6%-8%。此一項，所的直接經濟價值就是可觀的。所以準確獲得土壤的導熱系數，不能降低初期投資，還具有強大的經濟意義，同時有利于在更大的范圍內推廣這種新型的綠色的空調技術，具有深遠的社會意義。
     　　通過測試，獲得埋地換熱器與周圍土壤間的換熱規律、每延米井深的換熱量、地下巖土的熱物性參數以及周圍土壤溫度的變化情況等，為設計地源換熱系統以及整個熱泵系統提供依據。
     　　測試將檢測所選用的鉆井方法和設備在鉆孔施工、換熱管安裝中是否是配置，并得出單孔鉆進、成孔時間。另外鉆鑿測試孔可確定項目區的巖性構成，進而確定其可鉆性以及控制換熱孔鉆鑿深度。為后期施工組織設計提供原始資料。

    目前獲得土壤熱物性參數的方法主要有兩種：資料查表法、現場測試法。
    資料查表法是通過現場鉆孔或其他的一些物探方法，得出項目當地的地層剖面。通過已有的資料找到對應的熱物性參數，然后加權平均計算出土壤熱物性參數。這種方法所得到的數據往往是個比較寬廣的范圍，設計師為了起見通常選擇較低的數據，因此經常造成換熱孔的數量過大。此外，在加權平均計算時也容易出現偏差和錯誤。

    與資料查表法相比，現場測試法更加科學、直觀，本次測試采用現場測試法。該方法是目前國內外常使用的分析處理方法，它可以避免換熱孔的施工工藝、地層結構、水文地質條件、原始溫度等多方面不同因素對換熱能力的影響，從而得出接近于實際換熱孔的換熱參數。 

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地源熱泵巖土熱物性測試儀

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