1、*太陽能聯合供暖項目勘查土壤熱物性響應測試報告書測試單位： 山東*能源科技有限公司0 0六年一月批準:審地埋管換熱性能熱物性測試報告測試結論:1地下溫度場未擾動原始地下平均溫度為14.8 C2地下綜合導熱性能及熱響應狀況如下表巖土熱物性參數模擬夏季編號斜率巖土導熱系數巖土比熱容單井換熱量夏實驗供水溫度實驗回水溫度延米換熱w/m最后10H溫度上升模擬時間TK1 #夏季1.5082.1761.39MJ / ?4.0kw27.4 C24 C40.7w/m0.4 C16.01.06-01.083被測試井參數實驗井TK1模擬夏季形式單U型垂直井深（m）97垂直管全長（m）184回填材料水泥砂漿回填安裝方

2、法機械自重下管井口直徑（伽）155交聯聚乙烯管外徑（mm）25內徑（mm）20交聯聚乙烯管連接管1供水管段（m）0.5回水管段（m）0.5連接管全長（m）1保溫材料20 m厚橡塑保溫材料4建議設計計算參數：通過專業軟件分析，單井換熱用單U管徑dn25垂直90-110m，放熱工況高溫側供水37 C回水32 C換熱量按73.56w/m，吸熱工況低溫側供水3 C回水8 C換熱量按34.73 w/m。（本頁以下無正文）委托單位工程名稱測試項目儀器依據委托日期地埋管換熱性能熱物性測試見報告正文巖土熱響應測試儀器tk-2/3見報告正文2015.12.28測試日期項目地點2015.01.06-01.0報告日

3、期2016.01.08目錄一、項目概況 . 2二、地質與水文氣象 . 21.1場地工程地質及水文地質條件 . 2三、巖土熱物性測試介紹 . 33.1試驗目的 . 33.2試驗原理 . 33.3主要執行與參考標準 . 43.4測試儀器現場測試實物照片： . 4四、測試井施工 . 54.1測試井位置的選定 . 54.2材料的選定 . 64.3測試井的施工與安裝數據 . 64.4試驗準備 . 6五、試驗步驟及內容 . 75.1測試內容包括： . 85.2測試步驟 . 85.3測試數據分析圖表 . 9試驗結論 .14、項目概況各單體建（構）筑物平面位置、尺寸、層數等具體情況詳見附圖建筑物 與勘探點平面

4、位置圖 。本項目為淄博文昌湖區范陽中小學校太陽能蓄能跨季 供暖工程，總供暖面積 3600036000m20、地質與水文氣象1.1場地工程地質及水文地質條件（一）場地地形地貌 淄博市以齊河廣饒斷裂為界，以南屬魯西臺背斜魯中隆起區，以北屬濟 陽坳陷區。魯中隆起區由基底巖系和蓋層組成。基底巖系由泰山巖群和新太古 代古元古代花崗巖構成，經歷多期變質作用。蓋層以寒武紀、奧陶紀地層為 主，淄博盆地、沂源盆地、魯村盆地內發育石炭紀、二疊紀及中生代的沉積。 濟陽坳陷區完全被第四紀地層覆蓋。境內巖漿巖分布較廣，前寒武紀變質巖漿 巖分布于市區南部的基底巖系中，中生代燕山期巖漿巖分布于中北部的斷裂交 匯或褶皺發育區

5、。淄博市地勢南高北低，南部及東西兩翼山巒起伏，中部低陷向北傾伏，南 北高差千余米。以膠濟鐵路為界，以南大部分為山區、丘陵，巖溶地貌發育； 以北大部分為山前沖積平原和黃泛平原，土地平坦肥沃。北部有黃河、小清河 流經，發源于市域內的河流有沂河、淄河、孝婦河等。淄博市山區、丘陵、平 原面積分別占市域面積的 42.0%42.0%、29.9%29.9%和 28.1%28.1% 。地處暖溫帶，屬半濕潤半干旱的大陸性氣候。淄博市年平均氣溫12.5 C14.2C,年平均日照時數為2209.32523.0小時，年平均無霜期190210天。、巖土熱物性測試介紹3.1試驗目的通過測試儀器，對項目所在場區的試驗孔進行

6、一定時間的連續散熱試驗， 獲得項目場區巖土熱物性參數及巖土的初始溫度，為地源熱泵系統的地下換熱 器設計提供確切的數值依據。由于巖土各層土質不同， 導熱系數、比熱容也不相同； 對于工程設計而言， 最為關心的是地埋管換熱器深度范圍內的綜合巖土導熱系數，這一參數更能反 映地埋管換熱系統的換熱能力。直接在地下鉆孔換熱器中進行測量的，綜合考慮地下各層不同巖土層的熱 物性及打孔深度內的其他影響因素，如地下水的影響，其得出的數值更確切， 對于設計地下換熱器系統來說更具有價值。3.2試驗原理巖土熱物性參數作為一種熱物理性質，無論對其進行放熱或是取熱試驗，其 導熱系數、比熱容等熱物理性質不會發生改變。因此按照地

7、源熱泵系統工程技 術規范（ GB50366-2005GB50366-2005 （20092009 ）年版）中規定，采用向巖土施加一定加熱功 率的方式，來進行巖土熱物性參數的測試。土壤熱物性的測試方法分為“恒溫法”與“恒熱流法”。“恒熱流法”是 指采用恒功率的電加熱，記錄進出口溫度隨時間的變化情況，儀器的結構和控 制都比較簡單，測試精度也比較容易保證。這種方法主要用來確定巖土層的平 均導熱系數以及鉆孔內的熱阻，得到了巖土熱物性數據后，可以根據一定的傳 熱模型模擬地下巖土層以及回路中溫度的短期、中期（ 1 1 年）和長期（多年） 的變化，并相應地采用適當的軟件或按設計規范計算得到地埋管換熱器的總長

8、 度。恒熱流法熱響應試驗的技術要求，在 GB50366-2005GB50366-2005 （20092009 ）具體要求是熱 物性測試的時間應為 363648h48h。加熱功率應為每米鉆孔 303080W80W，大致為實際U U 型管換熱器高峰負荷值“恒熱流法”的熱響應試驗需要保持加熱功率一定，再由測得的流量得到回路中的換熱量。采用的加熱熱源可以是電熱元件，也可 以是熱泵。當采用熱泵時，除“熱工況”之外，也可以進行“冷工況”的測試 由于要設法保持回路的進口溫度保持不變，在熱（冷）源部分必需有二次加熱 裝置進行調節。這種方法的主要目標是確定在“穩定”狀態下每米鉆孔的傳熱 量。“每米鉆孔的傳熱量”

9、對于大中型的地源熱泵工程，只適合用作設計階段 的估算，而不應該完全作為設計的方法和依據。3.3主要執行與參考標準1 1 .地源熱泵系統工程技術規范（GB50366-2009年版）；2 2.2007 ASHRAE HandbookHVAC Applications（Geothermal Energy32.1232.12 ）;3 3 .閉式地源熱泵系統設計與安裝標準（2007版），國際地源熱泵協會 IGSHPAIGSHPA。4 4 地源熱泵系統工程技術規程（DGJ32 TJ 89-2009）3.4測試儀器現場測試實物照片：記錄出口水溫的變化,現場采集數據有：流量、進水溫度、回水溫度、加熱功率、井深

10、、實時溫差、實時壓力、實時延米換熱值。四、測試井施工4.1測試井位置的選定根據區域地質與水文地質條件，依據地源熱泵系統工程技術規范（GB50366-2005GB50366-2005，20092009 年版），根據設計要求在項目場區布設的2 2 個測試孔用于巖土熱響應試驗（地下換熱器施工總圖中孔位號 TK1#TK1#、TK2#TK2# （見布置圖 1 1）。測試 孔鉆探于 1 1 月 1 1日開工，于 1 1 月 4 4 日結束。孔深分別為兩測試孔都為垂直向下9797數據導岀史趨勢參數設京密碼表當前澆單當前壓力:進水溫度:回水溫度:溫差：井；：延米換熱:).000.000,00.00.00.00

11、逖水溫底傳屈器正逖水溫底傳屈器正第第出灰媼愛傳陌出灰媼愛傳陌署正篇署正篇交頻瞬正常交頻瞬正常G.0測試幵皓I已采集次數:加熱啟動I加熱方式/X/Xm3/hT J w*!米、100100 米。4.2材料的選定本項目主要材料為交聯聚乙烯管，地源熱泵系統專用管材應承壓能力高，受力膨脹性小，耐環境應力開裂性能優良，抗蠕性能好。韌性好、撓性好，對基礎不均和錯位的適應能力強；其耐侯性、長期穩定性優異；管材耐腐蝕性強，用于輸送含有防凍劑等腐蝕性介質時，無需做防腐處理，使用壽命長；內壁光滑，水流阻力小，流通能力大；耐磨性好，抗磨損；導熱系數0.42w/m*k0.42w/m*k，具有良好的導熱性能；抗低溫沖擊性

12、能好，冬季施工不受影響。實驗井TK1模擬夏季形式單U型垂直井深（m）97垂直管全長（m）184回填材料水泥砂漿回填安裝方法機械自重下管:井口直徑（伽）155外徑（mm）25交聯聚乙烯管內徑（mm）20交聯聚乙烯管供水管段（m）0.5連接管回水管段（m）0.5連接管全長（m）1保溫材料20 m厚橡塑保溫材料4.3測試井的施工與安裝數據4.4試驗準備在本項目的地埋換熱管傳熱性能試驗中，減小測量誤差作為一項重要指標,從傳感器的選擇到測試儀器安裝的安裝、測試的各個環節，確保測試結果的可靠性。測試井號井深井口徑管材管徑單、雙U密封性試驗TK1#97m155mmPe100Dn 25單U0.8Mpa10分鐘

13、壓降小于-0.02Mpa-（ 1 1 ）溫度傳感器的選擇 在常用的溫度傳感器中，鉑電阻傳感器的線性和穩定性最好。本項目試驗 中，所有溫度傳感器均采用 A A 級 PT100PT100 型鉑電阻傳感器， 理論上的基本誤差為0.150.15Co（ 2 2）溫度傳感器的校準 在實驗之前和實驗之后，對所有溫度傳感器在埋地換熱管測試的整個溫度區間在實驗室內進行校準，校準后溫度測量的誤差控制在士0.10.1C以下。（附件1 1）（ 3 3）流量的測量 對循環水的測量采用了高精度渦輪流量計，在循環泵穩定工作情況下，對 使用的流量傳感器采用體積法進行了校準測試，與數據采集進行對比，在 0.50.52.02.0

14、 m3/hm3/h 的流量范圍內，該流量計的誤差小于0.25%0.25%。（附件 2 2）（ 4 4）連接管道的隔熱保溫 對實驗臺到埋地換熱器的連接管道采用隔熱保溫處理，減少連接管可能造 成的熱損失。本工程施工區域內地形平坦，并且自來水、電均接通，給測試施 工帶來方便的施工環境。測試現場，水就近從自來水管道抽取。電源就近駁接。五、試驗步驟及內容20152015 年 1212 月 3030 日開始，我單位對項目所在區域地質構造圖進行了查詢，有關資料調閱。20162016 年 1 1 月 6 6 日，全部測試設備、儀器儀表就位。首先，測試巖土的初始溫度，向注滿水的試驗孔（管）內，插入鉑電阻溫度探頭

15、的方法獲 得巖土初始溫度分布。20162016 年 1 1 月 6 6 日開始，對測試孔開始“恒熱流法”（恒加熱功率）測試， 測試設備連續運行，每隔 30s30s 記錄一次加熱 / /制冷功率、進出口水溫、流量、壓力差、溫差等數據5.1測試內容包括：A)A) 土壤初始溫度測試B)B) 巖土熱響應測試C)C)參考標準；D)D)測試過程中的參數：循環水流量、加熱功率、地埋管換熱器的進出口 水溫；E)E)鉆孔單位延米換熱量參考值；F)F)土壤綜合初始溫度；G)G)巖土熱物性參數；5.2測試步驟1)1) 土壤初始溫度測試將儀器的水路循環部分與所要測試地換熱器連接，形成閉合環路，通過循 環水泵驅動閉合環

16、路里的液體不斷循環，待測試系統穩定后記錄液體的溫度值。2)2) 巖土熱響應測試a)測試孔(槽)周邊場地平整，提供水電接駁點b)測試儀器與測試孔(槽)的管道連接，連接應減少彎頭、變徑，連接管 外露部分應保溫；c)根據現場及設計條件，進行鉆孔試驗，合理選擇試驗鉆孔位置，盡可能 排除擾動因素，降低試驗誤差；d)水平管長度不超過 2020m,采用橡塑保溫，厚度不小于 1010mm;e)在水電等外部設備連接完畢后， 應對測試設備本身以及外部設備的連接 再次進行檢查;f)連接管道的隔熱保溫：從試驗臺到地埋管的水平連接管道進行保溫隔 熱,減小環境對管內循環水的傳熱影響。g)連續測試記錄地埋管換熱器的進出口循

17、環水的溫度、 水流量以及試驗過程中向地埋管換熱器施加的加熱功率；h h）向測試孔施加加熱功率穩定后，測試持續時間約40h。i i） 地埋管換熱器內流速不低于 0.6m/s0.6m/s，地埋管換熱器的出水溫度高于巖土 初始溫度 5 5C溫差；j j）記錄加熱功率、水溫、流量等試驗數據，計算導出巖土熱物性參數，按照獲得的巖土熱物性參數利用專業數據模型GB50366-2009GB50366-2009 計算各設計工況下的土壤換熱器取放熱量。5.3測試數據分析圖表1 1） TK1#TK1#井測試孔巖土取熱數據分析TK1#TK 1#供回水溫度變化圖IBB p耳EJW.ffi 占占TK 1#平均溫度變化圖T

18、K 1#流量編?SmjcB-R|Bv3 np-:lir BH-i Mil IdHTK 1#水阻壓力損失*.f1.一TK 1#加熱功率2 2）試驗結果及輸入計算1.1.計算巖土的初始溫度取 TK1#TK1#試驗孔測試數據值，該項目所在地巖土的初始溫度為14.814.8C。故該地下恒溫場未擾動下溫度為 14.814.8C。該溫度場應符合地源熱泵之熱泵機組-5-53535C的要求（GB50366-2009GB50366-2009 閉式循環地下換熱器）。2.2.巖土導熱系數計算方法現有的主要計算方法，是利用反算法推導出巖土熱物性參數。其方法是：計算機中取出試驗測試結果，將其與軟件模擬的結果進行對比，使

19、得方差和4取得最小值時，通過傳熱模型調整后的熱物性參數即是所求結果。其中，T Tcal,i為第 i i 時刻由模型計算出的埋管內流體的平均溫度；Texp,i為第i時刻實際測量的埋管中流體的平均溫度；N N 為試驗測量的數據的組數。也可將試驗數據 直接輸入專業的地源熱泵巖土熱物性測試軟件，通過計算分析得到當地巖土的 熱物性參數。3.3. 鉆孔內熱阻計算方法對于雙 U U 管， 鉆孔內傳熱熱阻為i! V2Z式中 J Jd d1 1埋管內徑.腳丁巧 dodo 埋管外徑(m)(m); ;D D管腳間距的一半(m);(m);入 p p 埋管管壁導熱系數W/(mW/(m K)K)入 b b 鉆孔回填材料導

20、熱系數W/(mW/(m k);k);l l s s 埋管周圍巖土的導熱系數W/(mK)K K循環介質與 U U 形管內壁的對流換熱系數4.4. 鉆孔外傳熱過程及熱阻的計算方法 當鉆孔外傳熱視為以鉆孔壁為柱面熱源的無限大介質中的非穩態熱傳導時，有l .D_ j 詞!絢再攀，1一寸t時刻r處的巖土的溫度與響應測試儀的功率等的關系。令根據式(2 2 )便可計算出孔壁溫度:空更螢、1 1 杠+;.1茲J一一馳舉二z) )4I * -J-由上式可知在-亠b r=r，44JZZ_A. r式中 TwTw試驗鉆孔孔壁處的溫度，C。令鉆孔內總熱阻為R0R0，則埋管流體平均溫度tftf 與鉆孔壁溫 twtw 之間

21、的關系可寫為:聯立（3 3）和（4 4）,計算出埋管內流體平均溫度tftf 為，式中 T=TT=T（r,tr,t） t t 時刻 r r 處的巖土溫度，C；入 s s 巖土導熱系數，W/W/（m m K K）;（二次計算）TOTO 未受擾動的巖土原始溫度，C；（現場提取）ps s-巖土的密度，kg/m3kg/m3（現場提取巖土體密度對照表）c c 巖土的比熱，kJ/kJ/（kgkg K K）;（線性源數學模型二次計算）q q l l 單位長度線熱源熱流強度，（W/mW/m ）（現場實測）b b r r鉆孔半徑，m m;（現場提取）t t時間，s s。（現場計時）m m 溫度上升曲線的斜率（線性

22、源數學模型二次計算）保證了恒熱流的條件即 qlql 恒定，對于待測定的鉆孔和埋管來說，其余均為定 值，則只有 IntInt 個變量，于是可將式（5 5）簡化為一個二元一次線性方程：a,4 Li993 3 3 3粘土2292968 8 8 8 15159 9施工施工人員人員層號巖巖備8-118-11L2中中86-86-工程名稱附錄 2 2 數據日期時間進水溫度（C）回水溫度（c）溫差（C）流量（m3/h）01/08/20160.25788194427.423.93.5101/08/20160.25822916727.423.93.5101/08/20160.25857638927.323.93.

23、4101/08/20160.25892361127.323.93.41. 0101/08/20160.25927083327.423.93.51.0101/08/20160.25961805627.323.93.4101/08/20160.25996527827.323.93.4101/08/20160.260312527.323.93.4101/08/20160.26065972227.423.93.5101/08/20160.26100694427.323.93.4101/08/20160.26135416727.423.93.51 101/08/20160.26170138927.423

24、.93.5101/08/20160.26204861127.423.93.5101/08/20160.26239583327.323.93.4101/08/20160.26274305627.423.913.51.01 01/08/20160.26309027827.323.93.41.0101/08/20160.263437527.323.93.4101/08/20160.26378472227.423.93.5101/08/20160.26413194427.323.93.4101/08/20160.26447916727.423.93.5101/08/2016In0.2648263892

25、7.423.93.5101/08/20160.26517361127.423.93.5101/08/20160.26552083327.323.93.4101/08/20160.26586805627.323.93.4101/08/20160.26621527827.323.93.41.0101/08/20160.266562527.423.93.50.9901/08/20160.26690972227.423.93.5101/08/20160.26725694427.323.93.4101/08/20160.26760416727.323.93.41.0101/08/20160.267951

26、38927.423.913.5101/08/20160.26829861127.323.93.4101/08/20160.26864583327.423.935101/08/20160.26899305627.323.93.41.0101/08/20160.26934027827.423.93.5101/08/20160.269687527.323.93.40.9901/08/20160.27003472227.423.93.5101/08/20160.27038194427.423.9!3.5101/08/20160.27072916727.523.93.60.9901/08/20160 2

27、7107638927 323 93 41 0101/08/20160 27142361127 323 93 40 9901/08/20160.27177083327.323.93.4101/08/20160 27211805627 423 935101/08/20160 27246527827 4243 41 |01/08/20160 2728125-r-23 93 5101/08/20160.273159722-274-24-J-34-1-J01/08/20160.27350694427.424j3.41. 0101/08/20160.27385416727.423.93.51. 0101/

28、08/20160.27420138927.523.93.6101/08/20160.27454861127.423.93.51.0101/08/20160.27489583327.423.93.50.9901/08/20160.27524305627.323.93.4101/08/20160.27559027827.323.93.41.0101/08/20160.275937527.323.93.40.9901/08/20160.27628472227.423.93.5101/08/20160.27663194427.423.93.5101/08/20160.27697916727.323.9

29、3.40.9901/08/20160.27732638927.223.93.30.9901/08/20160.27767361127.4243.4101/08/20160.27802083327.423.93.51.0101/08/20160.27836805627.323.93.4101/08/20160.27871527827.423.93.5101/08/20160.279062527.5243.5101/08/20160.27940972227.423.93.5101/08/20160.27975694427.4243.4101/08/20160.28010416727.323.93.

30、4101/08/20160.28045138927.323.93.4101/08/20160.28079861127.323.93.4101/08/20160.28114583327.4243.4101/08/20160.28149305627.4243.4101/08/20160.28184027827.4243.4101/08/20160.282187527.4243.4101/08/20160.28253472227.4243.4101/08/20160.28288194427.424i3.41 101/08/20160.28322916727.423.93.5101/08/20160.

31、28357638927.4243.40.9901/08/20160.28392361127.423.93.5101/08/20160.28427083327.4243.41 .01/08/20160.28461805627.4243.4101/08/20160.28496527827.5243.5101/08/20160.285312527.4243.40.9901/08/20160.28565972227.5243.5101/08/20160 28600694427 4243 4101/08/20160.28635416727.4243.41ft-n-0.28670138927.5243.5

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