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【摘要】：巖土熱物性參數(shù)是地源熱泵系統(tǒng)設計中的關鍵要素,也是確定地下?lián)Q熱器容量的重要因素,它決定了土壤源熱泵在工程所在地應用的適用性問題
【 abstract 】 : the rock and soil thermal physical parameters is a key element in the design of ground source heat pump system, it is also an important factor to determine the capacity of the underground heat exchanger, it determines the applicability of the soil source heat pump at the location of the engineering application problem. Two domestic application were introduced in this paper a wide range of thermal response test method, constant heat flux thermal response test and constant temperature thermal response test method of water supply. According to the characteristics of these two methods, this paper starting from the principle and test equipment, they compared the function process and calculation theory, they can solve the practical problems are discussed as well as the applicable engineering field, the field engineering geotechnical thermal response test methods selection has certain reference value.
1、前言
土壤源熱泵系統(tǒng)通過循環(huán)液在地埋管中的流動來實現(xiàn)系統(tǒng)與巖土的換熱，地質構成
2、測試方法比較
熱響應測試的主要目的是獲取巖土導熱系數(shù)（λs）和體積比熱（PsCs）
1、標準的土壤源熱泵測試回路 2
恒定熱流法建立在對巖土施加恒定加熱功率之上，關鍵是提供給地下?lián)Q熱系統(tǒng)穩(wěn)定的加熱功率且加熱過程持續(xù)不斷
測試系統(tǒng)通過小型熱泵或其他溫控裝置控制地埋管進水溫度恒定
3.結語
參考文獻
2.1.2恒定供水溫度熱響應試驗法
恒定供水溫度熱響應試驗法維持地埋管換熱器進水溫度和流量恒定，對巖土緩慢加熱或冷卻直至傳熱平衡，通過測定埋管出口溫度直接得到埋管換熱量
恒定供水溫度法測試系統(tǒng)一般包含3個部分：水溫控制系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)
與恒定熱流法相比，恒定供水溫度的優(yōu)勢在于能進行系統(tǒng)的放熱和取熱雙工況測試，能得到地埋管單位孔深換熱量。單位孔深換熱量對于地源熱泵系統(tǒng)方案設計起著重要作用，設計負荷下的系統(tǒng)總埋管量、鉆孔數(shù)量以及部分負荷下系統(tǒng)運行管理策略的確定都需要計算單位孔深換熱量[14]-[16]。恒定供水溫度法的不足之處在于獲取巖土熱物性參數(shù)的模型較復雜，且得到的單位孔深換熱量是系統(tǒng)最初運行時的換熱能力，忽略了隨著地埋管系統(tǒng)長時間運行的衰減因素。恒定供水溫度法適用于地埋管系統(tǒng)換熱能力測試以及放熱和吸熱工況下的巖土熱物性參數(shù)測試。
2.2應用效果對比
兩種測試方法都是導熱的反問題，即利用測試得到的溫度場或換熱參數(shù)來反推巖土熱物性參數(shù)。恒定熱流法在恒定加熱功率下，通過溫度分布來計算巖土的熱物性參數(shù)
2.2.1恒定熱流法
恒定熱流熱響應測試法在國外應用廣泛，求解巖土熱物性參數(shù)的理論計算模型種類也較多
測試過程中設定的加熱功率，并沒有具體的規(guī)范值，完全憑經(jīng)驗確定，因此為了獲得準確的試驗結果，一般應進行多功率下的換熱測試。加熱器功率的波動會對測試結果產(chǎn)生影響，造成試驗誤差。測試過程中若發(fā)生供電中斷或電壓劇烈波動等情況，需要停止測試，待巖土溫度恢復到初始狀態(tài)后重新進行測試。
筆者用恒定熱流熱響應測試法對某100m埋深的地埋管地源熱泵工程進行了夏季實測，測試采用單U型管，管內流速為0.6m/s，流量為1.05m³/h，測試持續(xù)43小時。巖土的初始溫度約為17.3˚C，實驗過程中令1#和2#試驗孔加熱量分別為5.8kw和4.5kw。在測試的前12小時隨著加熱時間的增加，地埋管換熱器出口水溫不斷上升，約20小時后，出口水溫基本達到穩(wěn)定，1#溫度約為28.0˚C，2#溫度約為22.3˚C。以我國標準中關于豎直地埋管換熱器的設計計算方法為基礎，利用重慶大學開發(fā)設計的輔助軟件GSHPDS1.0對實驗數(shù)據(jù)進行處理，最終得到巖土導熱系數(shù)（λs）和體積比熱（PsCs）。1#和2#試驗孔測試所得λs分別為2.08w/（m•k）和2.19w/（m•k），PsCs分別為6.01X10 6J/(m³•k）和6.23X10 6J/(m³•k）,兩測試孔的巖土熱物性參數(shù)存在差異，但相差不大，導熱系數(shù)相差了約5%
2.2.2恒定供水溫度法
與恒定熱流熱響應測試法相比，在求解巖土熱物性參數(shù)時
筆者在某地源熱泵工程中應用恒定供水溫度熱響應測試法進行了冬季實測，單U型地下?lián)Q熱器測試采用De20的PE管制作，進水溫度分為13˚C和10˚C兩個工況，管內流速分為0.63m/s、0.69m/s、0.82m/s、0.91m/s四個工況。利用測試獲取的地埋管進出水溫差計算得到地埋管單位孔深換熱量，13˚C和10˚C兩個工況個流速下的平均單位孔深換熱量分別為20.9w/m和30.5w/m。從計算結果可以看出10˚C工況的單位孔深換熱性能比13˚C工況提高了約29.8%。13˚C工況下，管內流速0.63m/s、0.69m/s、0.82m/s、0.91m/s時的單位孔深換熱量依次為20.21w/m、20.45w/m、21.43w/m、21.51w/m；10˚C工況下，各流速的單位孔深換熱量依次為28.2w/m、29.8w/m、31.1w/m
2.3應用范圍
恒定熱流熱響應測試方法的加熱功率是人為選定
該方法適用于需要確定巖土熱物性參數(shù)的地埋管地源熱泵設計初期階段
在國內恒定供水溫度法漸趨成熟
該方法除能直接得到地埋管的換熱能力外，通過計算還能獲取巖土的熱物性參數(shù)和地埋管單位孔深換熱量，適用于以確定地埋管換熱能力為主的測試，由于能獲取單位孔深換熱量，也可以采用該方法進行土壤源熱泵系統(tǒng)部分負荷下的運行策略研究。但由于測試時間有限
從比較中可以看出，恒定熱流法更適用于土壤熱物性參數(shù)測試
就目前而言
恒定供水溫度法在應用中也存在很多問題和爭議
值得我們注意的是地埋管換熱器的換熱能力不僅取決于熱響應試驗鎖涉及的參數(shù)
[1]中華人民共和國建設部與中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫總局
