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(tǒng)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(tǒng)利用清潔的淺層地下熱能作為空調系統(tǒng)的冷熱源，成為國內現(xiàn)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(fā)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(tǒng)的整體性能有著決定性的影響,而土壤熱物性參數(shù)是埋地管換熱器設計中的關鍵參數(shù),直接決定了地埋管的長度和地源熱泵系統(tǒng)的初投資。因此,準確地獲得土壤熱物性參數(shù)是重要的。

    地下巖土熱物性參數(shù)作為土壤耦合熱泵系統(tǒng)的重要參數(shù)，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(guī)范和詳細的測試標準，有關地下?lián)Q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(zhí)一詞。不同測試儀的測試結果相差較大，沒有統(tǒng)一的標準，造成不同設計方案差別大，系統(tǒng)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(tǒng)在我國的發(fā)展。因此，地下巖土的熱物性參數(shù)熱響應測試的標準化問題、統(tǒng)一地源熱泵系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)設計、設備選型到組裝調試都力求精益。 在熱物性參數(shù)的計算方面，我公司結合現(xiàn)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(shù)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(fā)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(shù)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(shù)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(tài)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?lián)Q熱器及控制策略對設計方案進行優(yōu)化。 實際應用表明,該測試儀具有操作方便、使用、穩(wěn)定、測試高等優(yōu)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(wěn)態(tài)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(huán)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(shù)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(xiàn)場熱響應測試實驗，使用斜率法和參數(shù)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(shù)及鉆孔熱阻等參數(shù)，為地源熱泵系統(tǒng)設計提供的基礎數(shù)據。 我公司還進一步分析了回填土導熱系數(shù)、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(shù)的計算準確度,對于土壤熱響應測試的發(fā)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(shù)據得到巖土熱物性參數(shù)，為熱響應測試的標準化及巖土熱物性數(shù)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(tǒng)的地下?lián)Q熱器設計方法，為地源熱泵系統(tǒng)設計統(tǒng)一化作出一些貢獻。

     設計地源熱泵空調系統(tǒng)的地下?lián)Q熱器需要知道地下土壤的平均熱物性參數(shù)，即土壤的導熱系數(shù)，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(shù)不準確，則所設計的室外換熱系統(tǒng)就不能滿足建筑負荷需要，可能導致設計規(guī)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(shù)（或導溫系數(shù)）發(fā)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(jié)省管長3000米，節(jié)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(shù)，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(guī)律、每延米井深的換熱量、地下巖土的熱物性參數(shù)以及周圍土壤溫度的變化情況等，為設計地源換熱系統(tǒng)以及整個熱泵系統(tǒng)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(qū)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(shù)的方法主要有兩種：資料查表法、現(xiàn)場測試法。
    資料查表法是通過現(xiàn)場鉆孔或其他的一些物探方法，得出項目當?shù)氐牡貙悠拭?。通過已有的資料找到對應的熱物性參數(shù)，然后加權平均計算出土壤熱物性參數(shù)。這種方法所得到的數(shù)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(shù)據，因此經常造成換熱孔的數(shù)量過大。此外，在加權平均計算時也容易出現(xiàn)偏差和錯誤。

    與資料查表法相比，現(xiàn)場測試法更加科學、直觀，本次測試采用現(xiàn)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(shù)。 

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地源熱泵巖土熱物性測試儀

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