第1頁共5頁地源熱泵土壤熱響應測試內容1.1熱相應測試的意義與目的地源熱泵系統與其它空氣調節系統相比優點突出。由于地層深處溫度常年維持不變，遠遠高于冬季的室外溫度，而又明顯低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵克服了空氣源熱泵的技術障礙，且效率有很大的提高，此外大地蓄存冬季系統排放的冷量、夏季排放的熱量，在地源熱泵系統中起到蓄能器的作用，進一步提高全年的能源利用效率。這種一機多用的系統還包括節省建筑空間、無需冷卻塔和室外風冷部分、對建筑外觀影響小、運行費用低、投資回報快、全年運行均衡用電負荷以及低噪音、占地面積少、無污染物排放、不抽取并破壞地下水、壽命長等諸多的優勢。目前歐洲和北美正大力發展和推廣應用地源熱泵技術，我國也已研究和應用該技術。設計地源熱泵系統的地熱換熱器需要知道地下巖土的熱物性參數。如果熱物性參數不準確，則設計的系統可能達不到負荷需要;也可能規模過大，從而加大初期投資。確定地下巖土熱物性參數的傳統方法是首先根據鉆孔取出的樣本確定鉆孔周圍的地質構成，再通過查有關手冊確定導熱系數。然而地下地質構成復雜，即使同一種巖石成分，其熱物性參數取值范圍也比較大。況且不同地層地質條件下的導熱系數可相差近十倍，導致計算得到的埋管長度也相差數倍，從而使得地源熱泵系統的造價會產生相當大的偏差。另外，不同的封井材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現場直接測量才能正確得到地下巖土的熱物性參數。通過現場測試的方法,確定土壤的基本參數,如土壤的原始地溫，土壤的導熱系數等數據，為地源熱泵地埋管系統的模擬分析提供準確的數據；同時確定地埋管換熱器單位延伸的放熱量及取熱量，為地源熱泵地埋管換熱器的設計和施工提供依據。1.2熱響應測試的原理與方法實驗主要在三個方面展開：首先是熱響應測試，測出土壤的無干擾條件下的初時溫度；模擬夏季空調的制冷試驗和冬季的制熱試驗，測量井埋管換熱器的放熱能力和取熱能力。地埋結束后立即將管內充滿清水，并進行封口，一個星期左右孔內回填材料已經充分凝固，管內清水已跟大地充分換熱，因此測試必須在埋管封口后一周左右時間進行，測試開始打開循環水泵直接測試進、出孔溫度，以出孔溫度作為土壤平均溫度。放熱試驗是模擬夏天的空調運行工況，空調系統通過制冷設備把各房間的熱量抽取出來，通過地埋管換熱器排向地下土壤，因此，地埋管換熱器在夏天的功能猶如一般空調的外機。測量地埋管在夏天的放熱功能，就是根據空調運行所對應的冷凝溫度，制成一定溫度的熱水，通過循環水泵使熱水在埋設的PE管中以一定的速度流動。熱水的溫度高于地下土壤的溫度，在PE管的流動過程中，把熱量傳導到土壤中去。地埋管的傳熱功率就是計算循環水的實際放熱功率。取熱試驗應用于冬天的熱泵供熱工況。在冬天，地源熱泵以地下土壤作為熱源，通過埋設的地埋管換熱器從地下土壤層收取熱量。測量地埋管冬天的傳熱功能，就是根據熱泵運行所對應的蒸發溫度，制成一定溫度的冷水，通過循環泵驅動冷水在埋設的PE管中以一定的速度流動，由于PE管內循環水的溫度低于周圍土壤的溫度，冷水在PE管中的流動過程中，從土壤里吸取熱量，溫度升高。地埋管的取熱試驗就是根據循環水在PE地埋管中流動過程中從土壤中吸取的熱量，來確定地埋管在取熱過程中的傳熱能力。1.3測試步驟與要求試驗按單U豎直埋管型式，埋管深度有甲方定。要求具體如下：合理制定試驗方案，盡可能排除擾動因素，降低試驗誤差。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，避免傳熱干擾，同時兼顧將來運行中地溫監測的要求，保證試驗數據的真實可靠。測量并提供地下土壤的初始溫度分布。按照設計工況測試，提供埋管取熱、放熱特性，并進行分析對比。根據甲方要求進行地下熱響應的模擬分析，分析取熱與放熱能力、分析運行一個制冷季節結束時土壤放熱和一個制熱季節結束時土壤取熱能力的變化、以及冷卻塔的選取與運行建議。1.4系統誤差控制為了確保試驗結果的準確性，在試驗結束前后對溫度傳感器和流量傳感器進行了標定和校正。溫度傳感器的校正：對試驗臺的所有PT100溫度傳感器進行了校正試驗，采用恒溫水浴，使用空調和室外空氣創造基本穩定的水浴溫度。以2級精度的精密水銀溫度計為基準，校正的溫度區間為0～40℃，覆蓋傳熱試驗的整個溫度區間。流量傳感計的校正：對流量傳感器進行了標定試驗，在保證試驗臺供水揚程穩定的情況下，對試驗臺使用的兩個渦輪流量傳感器進行了校正試驗，采用稱重法和體積法，與數據采集進行對比，試驗發現，在0.5m3/h的流量時，該試驗臺使用的兩臺流量計的誤差小于1%。1.5測試溫度控制條件每口地埋管換熱器的測試分三個階段進行，分別測得地埋管換熱器的土壤熱物性參數、單位井深的放熱量和單位井深的取熱量。在土壤熱物性的測試過程中,保證恒定的加熱功率，測得地埋管換熱器隨時間的變化規律，通過曲線擬合求得土壤的導熱系數。放熱測試中，調整加熱功率以及流量最終使進出地埋管換熱器進出水溫度穩定在35℃和30℃左右；取熱測試中，調整加熱功率以及流量最終使進出地埋管換熱器進出水溫度穩定在7℃和12℃左右。1.6測試臺裝置與測試結果分析圖3－1測試系統原理圖1.加熱水箱;2.溫度控制器;3.補水箱;4.水泵;5.變頻器;6.壓力傳感器;7.集水器和分水器；8.渦輪流量傳感器;9.溫度傳感器;10.數顯功率表地埋管單位埋管長度放熱能力的測試調整加熱器的功率，根據穩定狀態的流量和進出口溫度,可計算得穩定狀態下,單位延深的放熱能力控制的變量:a加熱器的功率；b進出地埋管的流量；測量的變量：進出地埋管循環水的溫度和流量；地埋管單位延埋管長度熱能力的測試運行熱泵機組,通過地埋管換熱器不斷的取出地下土壤的熱量。觀測土壤溫度的變化,控制溫度保持在一個較低的溫度下,通過溫度控制器來實現。運行一段時間,當進出口溫度保持恒定時計算制冷量。控制的變量控制的變量:a加熱器的功率；b進出地埋管的流量；測量的變量：進出地埋管循環水的溫度和流量。1.7打井與埋管施工方案1、施工前要確保打井地點地下的工程情況不受干擾，要避開市政給排水、地下電纜光纜以及人防工程。2、鉆孔過程中產生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，施工前應制訂好排水措施，在排水溝的末端挖一個泥漿池，將鉆孔過程中產生的泥漿在泥漿池中沉淀，可收集作為回填物之用。3、保證單U型管的順利下管和周圍土壤的良好的熱傳導性，鉆孔孔徑取130mm。埋管井深為100m或由業主定。4、鉆孔施工完成后孔壁必須保持完整。如果施工區地層土質比較好，可以采用裸孔鉆進；如果是砂層，孔壁容易坍塌，則必須下套管。5、下管管材采用高密度聚乙烯管（HDPE100），公稱外徑D32，壁厚為3.0mm。下管形式為單U型。6、回填材料參照《地源