地源热泵土壤热响应测试方案

第1页共5页地源热泵土壤热响应测试内容1.1热相应测试的意义与目的地源热泵系统与其它空气调节系统相比优点突出。由于地层深处温度常年维持不变，远远高于冬季的室外温度，而又明显低于夏季的室外温度，因此地源热泵克服了空气源热泵的技术障碍，且效率有很大的提高，此外大地蓄存冬季系统排放的冷量、夏季排放的热量，在地源热泵系统中起到蓄能器的作用，进一步提高全年的能源利用效率。这种一机多用的系统还包括节省建筑空间、无需冷却塔和室外风冷部分、对建筑外观影响小、运行费用低、投资回报快、全年运行均衡用电负荷以及低噪音、占地面积少、无污染物排放、不抽取并破坏地下水、寿命长等诸多的优势。目前欧洲和北美正大力发展和推广应用地源热泵技术，我国也已研究和应用该技术。设计地源热泵系统的地热换热器需要知道地下岩土的热物性参数。如果热物性参数不准确，则设计的系统可能达不到负荷需要;也可能规模过大，从而加大初期投资。确定地下岩土热物性参数的传统方法是首先根据钻孔取出的样本确定钻孔周围的地质构成，再通过查有关手册确定导热系数。然而地下地质构成复杂，即使同一种岩石成分，其热物性参数取值范围也比较大。况且不同地层地质条件下的导热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也相差数倍，从而使得地源热泵系统的造价会产生相当大的偏差。另外，不同的封井材料、埋管方式对换热都有影响，因此只有在现场直接测量才能正确得到地下岩土的热物性参数。通过现场测试的方法,确定土壤的基本参数,如土壤的原始地温，土壤的导热系数等数据，为地源热泵地埋管系统的模拟分析提供准确的数据；同时确定地埋管换热器单位延伸的放热量及取热量，为地源热泵地埋管换热器的设计和施工提供依据。1.2热响应测试的原理与方法实验主要在三个方面展开：首先是热响应测试，测出土壤的无干扰条件下的初时温度；模拟夏季空调的制冷试验和冬季的制热试验，测量井埋管换热器的放热能力和取热能力。地埋结束后立即将管内充满清水，并进行封口，一个星期左右孔内回填材料已经充分凝固，管内清水已跟大地充分换热，因此测试必须在埋管封口后一周左右时间进行，测试开始打开循环水泵直接测试进、出孔温度，以出孔温度作为土壤平均温度。放热试验是模拟夏天的空调运行工况，空调系统通过制冷设备把各房间的热量抽取出来，通过地埋管换热器排向地下土壤，因此，地埋管换热器在夏天的功能犹如一般空调的外机。测量地埋管在夏天的放热功能，就是根据空调运行所对应的冷凝温度，制成一定温度的热水，通过循环水泵使热水在埋设的PE管中以一定的速度流动。热水的温度高于地下土壤的温度，在PE管的流动过程中，把热量传导到土壤中去。地埋管的传热功率就是计算循环水的实际放热功率。取热试验应用于冬天的热泵供热工况。在冬天，地源热泵以地下土壤作为热源，通过埋设的地埋管换热器从地下土壤层收取热量。测量地埋管冬天的传热功能，就是根据热泵运行所对应的蒸发温度，制成一定温度的冷水，通过循环泵驱动冷水在埋设的PE管中以一定的速度流动，由于PE管内循环水的温度低于周围土壤的温度，冷水在PE管中的流动过程中，从土壤里吸取热量，温度升高。地埋管的取热试验就是根据循环水在PE地埋管中流动过程中从土壤中吸取的热量，来确定地埋管在取热过程中的传热能力。1.3测试步骤与要求试验按单U竖直埋管型式，埋管深度有甲方定。要求具体如下：合理制定试验方案，尽可能排除扰动因素，降低试验误差。根据现场及设计条件，进行钻孔试验，合理选择试验钻孔位置，避免传热干扰，同时兼顾将来运行中地温监测的要求，保证试验数据的真实可靠。测量并提供地下土壤的初始温度分布。按照设计工况测试，提供埋管取热、放热特性，并进行分析对比。根据甲方要求进行地下热响应的模拟分析，分析取热与放热能力、分析运行一个制冷季节结束时土壤放热和一个制热季节结束时土壤取热能力的变化、以及冷却塔的选取与运行建议。1.4系统误差控制为了确保试验结果的准确性，在试验结束前后对温度传感器和流量传感器进行了标定和校正。温度传感器的校正：对试验台的所有PT100温度传感器进行了校正试验，采用恒温水浴，使用空调和室外空气创造基本稳定的水浴温度。以2级精度的精密水银温度计为基准，校正的温度区间为0～40℃，覆盖传热试验的整个温度区间。流量传感计的校正：对流量传感器进行了标定试验，在保证试验台供水扬程稳定的情况下，对试验台使用的两个涡轮流量传感器进行了校正试验，采用称重法和体积法，与数据采集进行对比，试验发现，在0.5m3/h的流量时，该试验台使用的两台流量计的误差小于1%。1.5测试温度控制条件每口地埋管换热器的测试分三个阶段进行，分别测得地埋管换热器的土壤热物性参数、单位井深的放热量和单位井深的取热量。在土壤热物性的测试过程中,保证恒定的加热功率，测得地埋管换热器随时间的变化规律，通过曲线拟合求得土壤的导热系数。放热测试中，调整加热功率以及流量最终使进出地埋管换热器进出水温度稳定在35℃和30℃左右；取热测试中，调整加热功率以及流量最终使进出地埋管换热器进出水温度稳定在7℃和12℃左右。1.6测试台装置与测试结果分析图3－1测试系统原理图1.加热水箱;2.温度控制器;3.补水箱;4.水泵;5.变频器;6.压力传感器;7.集水器和分水器；8.涡轮流量传感器;9.温度传感器;10.数显功率表地埋管单位埋管长度放热能力的测试调整加热器的功率，根据稳定状态的流量和进出口温度,可计算得稳定状态下,单位延深的放热能力控制的变量:a加热器的功率；b进出地埋管的流量；测量的变量：进出地埋管循环水的温度和流量；地埋管单位延埋管长度热能力的测试运行热泵机组,通过地埋管换热器不断的取出地下土壤的热量。观测土壤温度的变化,控制温度保持在一个较低的温度下,通过温度控制器来实现。运行一段时间,当进出口温度保持恒定时计算制冷量。控制的变量控制的变量:a加热器的功率；b进出地埋管的流量；测量的变量：进出地埋管循环水的温度和流量。1.7打井与埋管施工方案1、施工前要确保打井地点地下的工程情况不受干扰，要避开市政给排水、地下电缆光缆以及人防工程。2、钻孔过程中产生的泥浆水从钻孔位置冒出地面，施工前应制订好排水措施，在排水沟的末端挖一个泥浆池，将钻孔过程中产生的泥浆在泥浆池中沉淀，可收集作为回填物之用。3、保证单U型管的顺利下管和周围土壤的良好的热传导性，钻孔孔径取130mm。埋管井深为100m或由业主定。4、钻孔施工完成后孔壁必须保持完整。如果施工区地层土质比较好，可以采用裸孔钻进；如果是砂层，孔壁容易坍塌，则必须下套管。5、下管管材采用高密度聚乙烯管（HDPE100），公称外径D32，壁厚为3.0mm。下管形式为单U型。6、回填材料参照《地源