土壤地埋管热响应测试仪
岩土热物性测试仪
岩土热响应测试仪 土壤热物性测试仪
土壤耦合热泵系统具有显著的经济、、运行的性，近年来得到了广泛的关注和暖通人士的。由于地源热泵系统利用清洁的浅层地下热能作为空调系统的冷热源，成为国内现有绿色建筑项目的，加之相关扶持政策的推行，地源热泵在我国进入一个快速发展期，应用项目不断增多，技术也越来越成熟。
土壤源热泵空调是一种利用浅层地热的可再生能源空调技术,具有的特点。在地源热泵技术中,地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能有着决定性的影响,而土壤热物性参数是埋地管换热器设计中的关键参数,直接决定了地埋管的长度和地源热泵系统的初投资。因此,准确地获得土壤热物性参数是重要的。
地下岩土热物性参数作为土壤耦合热泵系统的重要参数，对方案设计的成功与否影响大。然而由于我国目前还没有相应的规范和详细的测试标准，有关地下换热器的传热模型及设计计算等方面的研究体系不完善，导致测试人员无章可依设计人员各执一词。不同测试仪的测试结果相差较大，没有统一的标准，造成不同设计方案差别大，系统运行效率不高、出力不足或初投资过大等问题，严重制约了地源热泵系统在我国的发展。因此，地下岩土的热物性参数热响应测试的标准化问题、统一地源热泵系统工程设计方法问题急需解决。
针对对对以上问题，我公司对国内现有的热响应测试仪进行了改进，研制出可分别进行夏季排热工况和冬季吸热工况测试的一体机，从测试仪的系统设计、设备选型到组装调试都力求精益。 在热物性参数的计算方面，我公司结合现有的线热源模、柱热源及改进模型，详细推导了模型解析解，从数学角度和实际工程角度分析了岩土原始温度、测试时长及岩土比热容对热响应测试的影响。
我公司在分析调研国内外研发的土壤热物性测试仪基础上,根据热响应原理研制出了一台以PLC为数据采集和处理的土壤热物性测试仪,同时编写了一套计算土壤热物性参数的相关软件。使用模拟软件作为地源热泵设计软件，通过该软件对实际项目进行全年逐时动态负荷模拟，结合测试结果进行方案设计，并对方案未来 30年内的运行状况进行模拟，对结果进行地下热平衡分析后，通过改进地下换热器及控制策略对设计方案进行优化。 实际应用表明,该测试仪具有操作方便、使用、稳定、测试高等优点,能够顺利完成土壤热物性的测试任务。
在土壤热响应测试实验的基础上,通过对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,提出了针对回填材料的热阻修正因子,并引入了热短路修正方法对循环水平均温度进行修正。同时在综合考虑对Carslaw柱源模型已有修正的基础上,提出了圆柱源综合修正模型。然后借助二维垂直换热器数值模型,将原模型和柱热源修正模型的计算结果进行了比较,证明了修正模型比原模型具有更好的计算。利用测试仪器对某测试钻孔进行现场热响应测试实验，使用斜率法和参数估计法分别进行了计算并相互校核，得到了较准确的岩土综合导热系数及钻孔热阻等参数，为地源热泵系统设计提供的基础数据。 我公司还进一步分析了回填土导热系数、等价半径、热流不均匀、热短路等因素对计算结果的影响,进一步验证了修正模型的性并提出了计算速度的方法。了土壤热物性参数的计算准确度,对于土壤热响应测试的发展起到了的推动作用。
综上所述，我公司着重对热响应测试仪的改进，利用测试数据得到岩土热物性参数，为热响应测试的标准化及岩土热物性数据库的建立提供了一些参考。同时将测试结果用于实际工程，建立了系统的地下换热器设计方法，为地源热泵系统设计统一化作出一些贡献。
设计地源热泵空调系统的地下换热器需要知道地下土壤的平均热物性参数，即土壤的导热系数，主要是得出每延米的换热量，用来指导实际施工。若热物性参数不准确，则所设计的室外换热系统就不能满足建筑负荷需要，可能导致设计规模过大，从而大大增加初期投资费用。有研究表明：当岩土的导热系数（或导温系数）发生10%的偏差，则设计的地下埋管长度偏差为4.5%-5.8%。以10000平方米的建筑面积，能节省管长3000米，节省成本5-6万元，占总成本6%-8%。此一项，所的直接经济价值就是可观的。所以准确获得土壤的导热系数，不能降低初期投资，还具有强大的经济意义，同时有利于在更大的范围内推广这种新型的绿色的空调技术，具有深远的社会意义。
通过测试，获得埋地换热器与周围土壤间的换热规律、每延米井深的换热量、地下岩土的热物性参数以及周围土壤温度的变化情况等，为设计地源换热系统以及整个热泵系统提供依据。
测试将检测所选用的钻井方法和设备在钻孔施工、换热管安装中是否是配置，并得出单孔钻进、成孔时间。另外钻凿测试孔可确定项目区的岩性构成，进而确定其可钻性以及控制换热孔钻凿深度。为后期施工组织设计提供原始资料。
目前获得土壤热物性参数的方法主要有两种：资料查表法、现场测试法。
资料查表法是通过现场钻孔或其他的一些物探方法，得出项目当地的地层剖面。通过已有的资料找到对应的热物性参数，然后加权平均计算出土壤热物性参数。这种方法所得到的数据往往是个比较宽广的范围，设计师为了起见通常选择较低的数据，因此经常造成换热孔的数量过大。此外，在加权平均计算时也容易出现偏差和错误。
与资料查表法相比，现场测试法更加科学、直观，本次测试采用现场测试法。该方法是目前国内外常使用的分析处理方法，它可以避免换热孔的施工工艺、地层结构、水文地质条件、原始温度等多方面不同因素对换热能力的影响，从而得出接近于实际换热孔的换热参数。
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