地埋管地源熱泵系統——現場原位測試

【資料簡介】

地埋管地源熱泵系統——現場原位測試

通過原位熱響應測試獲得巖土體初始溫度、巖土體熱物性參數(包括導熱系 數和比熱容)、地埋管換熱器的換熱能力三方面的參數。
1)巖土體初始溫度

獲得巖土體初始溫度的測試方法有三種，分別為循環法、平衡法、傳感器法。

循環法(參考 DZ/T 0225-2009)是指在沒有其他熱源加載(水泵除外)的條 件下，利用水泵驅動實現 PE 管內水循環，溫度穩定后(即地埋管換熱器出水溫 度 12 小時內變化小于 0.5°C，該點稱為穩定點)觀測時間不少于 24 小時。穩定 點后的測試數據做算數平均即為巖土體初始平均溫度。

平衡法是在 PE 管內的水與周圍巖土體達到熱平衡的狀態下，利用 U 型管的 前 1/2 水循環到測溫點熱交換不充分的特點，通過不同位置水循環到測溫點的時 間不同，計算出鉆孔的溫度分布。

傳感器法(參考 GB50366-2005)是在鉆孔內不同深度分別埋設溫度傳感器， 或向注滿水的 PE 管內插入溫度傳感器，測定鉆孔的溫度分布。

2)巖土體熱物性參數

巖土體熱物性參數的測試方法是穩定熱流法獲得，即向地埋管加載恒定的熱 量(或冷量)，巖土體溫度響應反映到地埋管換熱器的進出水溫度變化上，通過 模型求解即可求解巖土體的熱物性參數。
3)地埋管換熱器的換熱能力

地埋管換熱器的換熱能力采取穩定工況法測試獲得，即建立穩定的地埋管換熱器冬季或夏季運行工況(地埋管換熱器進水溫度和流量)，記錄換熱功率和地埋管換熱器出水溫度的響應情況，求解地埋管換熱器的換熱能力。

4、測試數據分析

1)巖土體初始溫度

循環法的測試數據在達到溫度穩定后至少觀測 24 小時，分析時將穩定點到 測試結束的巖土體溫度進行算術平均即可。

平衡法需通過水流速計算地埋管換熱器不同埋深的水流到測溫點的時間，即 可確定不通深度巖土體的溫度，可使用溫度分布，也可以進行算術平均求巖土體 平均溫度。

傳感器法可直接獲得不同深度巖土體的溫度，可以使用溫度分布，也可以進 行加權平均求巖土體平均溫度。
2)巖土體熱物性參數

  根據線源模型，地埋管換熱器進出口平均溫度與時間變化關系式為:

3)地埋管換熱器的換熱能力

穩定工況測試方法能夠計算單孔、單位延米地埋管換熱器換熱量以及單位長 度地埋管換熱器平均傳熱系數(簡稱傳熱系數)。

地埋管換熱器的進水溫度(tin)是人為設定的，能夠穩定在某設定值(如 35°C)。 由于地下的換熱過程是一個非穩態的換熱過程，地埋管換熱器的出水溫度(tout) 隨著時間的增加逐漸接近地埋管換熱器進水溫度，換熱量也就逐漸減小，直至穩 定或無限趨近于 0。因此必須在一個特定的時間段內計算地埋管換熱器的換熱量。 首先需要確定基本穩定點，規定某時間點的地埋管換熱器出水溫度與 12 小時前 的溫度差值小于 0.5°C，則該點即認為是基本穩定點。從基本穩定點到 48 小時 的時間段內的數據作為有效數據，所有參數在有效數據區間的平均值作為計算標 準，可計算在一定的運行工況(即地埋管換熱器平均進水溫度/平均出水溫度、 平均流量)下的平均換熱量及單位延米換熱量。

為了分析地埋管換熱器的換熱特性，提出單位長度地埋管換熱器平均傳熱系 數(簡稱傳熱系數)的概念。在數值上，傳熱系數等于單位延米地埋管換熱器的 換熱量與地埋管換熱器進出水平均溫度和巖土的初始溫度的差值的比值，單位為 W/(m·K)。該參數是綜合反映地埋管換熱器施工條件、管材、巖土熱物性、運 行工況等眾多因素的綜合參數，可用于計算不同工況下地埋管換熱器換熱量及單 位延米換熱量。單位長度地埋管換熱器平均傳熱系數計算公式:

Kl 同樣也會隨測試時間而發生變化，因此，其分析方法與地埋管換熱器單位

延米換熱量方法相同，即求有效數據區間的平均值。冬季工況的分析方法與上面介紹的夏季工況的分析方法相同。通過 Kl 可計算不同冬夏季工況下的地埋管換熱器換熱換熱量(即變工況表)。
    需要說明的是該數據分析方法僅考慮 48 小時內的連續運行效果，若實際建筑功能的不同導致連續運行時間不同，應在計算結論的基礎上適當考慮富裕系數， 以保證系統可靠運行。

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