地层热物性原位测试方法及仪器
可用来划分地层的原位测试方法
可用来划分地层的原位测试方法地球层序的划分是地质学研究中最基本、最重要的课题之一。
在地质学家对地球层序的研究中，往往需要通过一系列的原位测试方法来获取地层信息。
本文将介绍几种常用的可用来划分地层的原位测试方法，包括：1. 钻孔岩芯分析2. 物化测试3. 放射性同位素测定4. 地质测量5. 生物化石记录一、钻孔岩芯分析钻孔岩芯是用机械力将地下岩石钻取到地表的一种方法。
钻孔岩芯提供了研究地层的标准样品，可通过对岩芯样品进行地质学分析，确定不同岩层的组成、结构、颜色、粒度、岩性等信息，从而划分不同的地层。
常用的岩芯分析方法包括光学显微镜分析、X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）分析等。
钻孔岩芯分析的优点在于可以获得精确的层位和岩性信息，能够掌握地层的垂直变化规律，并揭示地球的演化历史。
不过，钻孔岩芯的缺点在于成本高昂，而且岩芯分析需要消耗大量的时间和人力。
二、物化测试物化测试通过对不同地层中元素、矿物、化合物等的测定，以及矿物形态、地球化学特征、稳定同位素比值、微量元素含量等多角度的对比分析，从而了解不同地层之间的地球化学差异，进而推断地层的年代和环境变化。
物化测试主要包括岩石相分析、地球化学分析、稳定同位素分析、微量元素分析等。
物化测试的优点在于能够提供定量化的测量结果，分析深入精准。
缺点在于检测方法较为复杂，同时不同的地层元素、矿物、化合物等之间存在交叉作用，需要综合多个方法并加以结合分析。
三、放射性同位素测定放射性同位素测定是通过测定各种放射性元素和同位素在地层中的各成分占比和比值，从而推断地质年代和沉积环境的一种方法。
放射性同位素测定包括放射性同位素测年、放射性同位素地球化学等多种方法。
放射性同位素测定的优点在于精度较高，能够精确地测定各种元素的含量、比例和年代，有助于揭示岩石的成熟度、堆积年龄、排列顺序等信息。
缺点在于测定时需要测量同位素轻重比值，仪器设备复杂、昂贵，并存在误差源。
四、地质测量地质测量是通过地面探测和地下勘测，测定地球上各种地层的分布和厚度，以及不同地层堆叠的顺序等信息，从而推断地质年代和沉积环境的一种方法。
常规地层测试技术及测试工具简介
3提供计算油气地质储量的所必须的部 份参数。
4了解固井质量，探测套管损坏及管外 窜槽情况。
二、地层测试与常规试油相比具有较大的 优势主要表现在：
1）录取地层资料比常规试油准确而且全 面。其中某些地层测试录取的资料是常 规试油无法得到的。
2）能够很好地保护地层。由于地层测试 一般是将常规试油的多道工序合成一道 工序来作，大大缩短了空井的时间，减 轻了钻井液对地层的浸泡和污染，
同时地层测试一般是负压测试，能够避 免常规试油所采取的正压试油方式对地 层的再污染。
3）经济效益明显。如前所述，地层测 试一般是将常规试油的多道工序组合成 一道工序来做，大大节省了施工的费用， 普通地层测试一般可节约常规试油费用 的50%，而射孔与测试联作和射孔与测 试、排液联作方式可节约常规试油的 60%—70%的费用。ຫໍສະໝຸດ 三、地层测试管柱的基本组成
基本组成部份包括测试阀、封隔器、 筛管和压力计等。
封隔器用来隔开井内液柱对被测层段的 压力，测试阀用于操作开关井及获取流 体样品。压力计用于记录压力和温度的 变化过程，当测试管柱内的液柱压力 （或气压）小于被测层段的地层压力， 被测层段的流体（油、气、水）就可以 通过筛管进入测试管柱，直至喷出地面。
测井等完井资料编写地质设计和施工设 计。 2.准备地面施工设备和井下测试工具。 3.套管试压 4.刮削 5.通井
（二）测试施工 1.下管柱 2.坐封 3.开关井操作 4.压井起管柱 5.填写现场报告 （三）成果解释 1.分析样品 2.数据处理 3.计算产量
4.计算地层主要参数 5.编制成果报告
地层测试工具简介
4）下放测试管柱，换位槽下行，J形销 移至“D”位置，无自由下落显示，测试 阀关闭。
现场测试地层平均热物性参数方法初探——以北京某工程地源热泵系统地层热物性测试评价工程为例
计地源 热泵系统需要知道地 层热物性参数 ，如果热物性 参数不准确 ，则可能导致系统不能满足 负荷需要或者设 计规模 过大增加投资额 。因此准确确定地 层热物性参数
对于地下换热 器设计来说至关重要 。 地层热物性参数可根据 地层的岩性及物理性 质指标
索 ，还 有待今 后的 实践检验和进一 步的理论研 究工作 。
关键 词 ：现 场测试 ｌ地层热物性 ｌ地 源热泵 系统 ｌ参数估算法 ；线源理论法 中图分类号 ：Ｔ １ ２ １ ６ Ｏ ．＋ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ － ９ ３ ２ ０ ）２ ０ ２ — ５ ０ ７ １ ０ （０ ７ ０ — ０ ７ ０
查 阅相关地质手册 、室 内试验法和现场测试 法获 取。查 阅法获 得的热 传导 系数往往 范 围比较大 ， 取值偏于保守 ，
造成投资浪费 ；室内试验法需采取土样进行试验 ，由于 土样脱离了天然 的地 质环境 ，其测试 结果 不能 反应 实际 土层的热物性特征 ；现场测试法克服 了以上两种方法 的
０引言
地源热泵 系统是以岩土体 、 地下水或地表水为低温
本文 以北京某工程地源热泵 系统地层热物性测试评 价 工程 为例 ，阐述 了现场测试获取 平均热物性参数 的测
热源 ，由水源热泵机组 、地 热能交换 系统 、建筑物 内系
统组成 的供热空调 系统 。它是 以可再生的低温地温能为
试方法和原理 ，并通过建立传热模型 ，利用参数估算法 计算 了工程场 区的热传导 系数 。为验证 结果 的可靠性 ， 又采用 了线源理论方法对测试数据 进行计算并将计算结 果 与参数估算法计算结果进行 了分析 比较 。最后 ，本文 对两种计算方法的求解方法和适用条件进行 了归纳总结 。
最新地源热泵系统工程勘察热物性测试与岩土热物性测试仪应用精品课件
⑷、测试孔，符合《地源热泵系统工程技术规范》 要求，地埋管换热器连接正确，无渗漏，试压正 常，地埋管中注满符合规范要求的循环水。
2)测试步骤
A)制作测试孔。平整周边土地。
中国地质环境监测院和地温专委会于2009年3月7日在北京联合召开 了“地埋管换热器热响应试验测试仪应用研讨会”。
参加会议的有全国10多家拥有测试仪器的单位，其中包括北京地质勘 查技术院、吉林大学、中航勘察设计研究院、河北工业大学、中国建 筑科学研究院、山东建筑大学、北京工业大学、华中科技大学、北京 枫叶能源科技有限公司、天津地热勘查开发设计院、上海地矿工程勘 察院和浙江省工程物探勘察院。参加会议的还有中国标准化研究院、 中国地质科学院水文地质环境地质研究所、中国地质调查局水文地质 环境地质调查中心、长安大学、北京恒有源科技发展有限公司、河南 省地热研究院有限公司、浙江省地质调查院，地源热泵领域的老专家 吴元炜教授、丁良士教授以及暖通空调和地质学专业的产学研的专家、 代表共40多人。会议对地埋管换热器热响应试验测试仪的研制、应用、 规范和存在的问题等方面进行深入热烈的讨论。
B）土壤初始温度测试。（详见 地源热泵地下换 热系统温度场的测试分析）
MT P
1
34
MT P
25
6 78
9
10
11
12
1 电加热水箱 2 软接管 3 循环水泵 4 循环水进水管 5 循环水出水管 6 流量计 7 温度传感器 8 压力表 9 数据传输线 10 数据采集系统 11 地面 12 钻井壁
(C.3.8-12)有两个未知参数，周围岩土导热系数s 和容积比热容 ρscs，利用该式可
原位测试的方法
原位测试的方法
以下是 8 条关于原位测试的方法：
1. 标准贯入试验呀，就好像用一个大锤子去试探土层的坚硬程度！比如说在修房子之前，工程师们就会用这个方法去了解地面是不是够结实。
2. 静力触探那可是个精细活儿，就如同轻轻地去触摸土层的脾气一样！像是在勘察地质情况时，这个方法可好用啦。
3. 十字板剪切试验呀，这就好比在和泥土进行一场拔河比赛呢！想想看，在研究软土地基的时候，不就靠它来看看泥土的强度嘛。
4. 旁压试验，真的像给土层做一次特殊的“体检”呀！比如说要建一座大桥，那就得用它来好好检测一下。
5. 波速测试，哎呀呀，就如同给大地测测脉搏跳动的速度！在判断地震安全性的时候，不就需要它嘛。
6. 静力载荷试验，这不就是给地面施加压力，看看它能撑住多大的劲儿嘛，就像考验一个大力士一样！比如要建个大仓库，那可不得先这么试试。
7. 扁铲侧胀试验，嘿，这就像是用一个特殊的铲子去探索土层的秘密呢！在一些特殊的地质勘察项目中，它可立功啦。
8. 水压致裂法，哇塞，这简直就是给地层来一次特别的“挑战”呀！比如在研究深层地质构造时，这个方法可太重要啦。
我觉得原位测试的这些方法真的都超级厉害，各有各的用处，能为各种工程和地质研究提供非常关键的数据和信息呢！。
地源热泵地埋管系统现场热物性测试方法与要求
地源热泵地埋管系统现场热物性测试方法与要求现场热物性测试方法与要求A.1 一般规定A.1.1现场热物性测试的目的主要是得到在地埋管换热器设置深度范围内当地岩土层的表观导热系数，作为按照一定的传热模型设计地埋管换热器或模拟地源热泵系统性能的基础数据。
A.2 测试方法A.2.1现场热物性测试的原理是通过对钻孔埋管换热器施加一个恒定的热（或冷）负荷，记录循环液（通常是水）的进出口温度随时间的变化，根据一定的传热模型反推岩土层的热物理性质。
根据试验得到的温度响应数据计算岩土体的导热系数时，宜采用线热源模型；此时，热响应试验初始阶段的数据（约10-15 h）不适合线热源模型，应舍去。
也可以采用基于数值计算模型的参数估计方法来确定岩土体的热物性。
A.2.2用作现场热物性测试的钻孔埋管换热器的设置方式、深度和回填方式应与拟建设的地埋管换热器保持一致。
A.3 技术要求A.3.1对现场热物性测试的技术要求是：1. 热物性测试的时间应大于36h。
2. 加热功率应为每米钻孔50-80W，大致为实际U型管换热器高峰负荷值。
3. 加热功率的标准差应该小于其平均值的1.5%，最大偏差应小于平均值的±10%；或由于加热功率的变化引起的平均温度值对于T（温度）-- log t（时间的对数）坐标上的一条直线的偏差应小于0.3 K。
4. 循环水进出口温度的测量、转换和记录的综合精度应不低于±0.3 K。
5. 功率的测量、传输和记录仪器的综合精度应不低于读数的±2%。
6. U型管内的流速应适当，以保证U型管进出口温差为3.5-7 K。
7. 热物性测试应于完成埋管和回填5天以后再开始进行。
8. 地下岩土体的初始温度在上述等待期以后测试，可以在注满水的管中在不少于三处不同的深度直接插入测温元件测定并求平均值；或在没有开始加热而循环泵已启动的情况下以短的时间间隔（例如10s），在10-20min内连续记录U型管的出口水温，得到的循环水柱塞流通过测温元件时的温度数据可反映岩土体的初始温度分布。
地源热泵的地层原位热物性及地埋管换热量测试仪和测试方法[发明专利]
![地源热泵的地层原位热物性及地埋管换热量测试仪和测试方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/dccd80ed79563c1ec4da7158.png)
专利名称：地源热泵的地层原位热物性及地埋管换热量测试仪和测试方法
专利类型：发明专利
发明人：李晓昭,车平,马娟
申请号：CN201010542651.5
申请日：20101115
公开号：CN102033079A
公开日：
20110427
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种地源热泵的地层原位热物性及地埋管换热量测试仪，该测试仪包括管路循环系统、测试系统和监控系统，其中管路循环系统由流量传感器、循环水泵、电加热器、膨胀罐、排气阀、三通阀、补水阀通过接头连接U型地埋管所构成的回路；测试系统由流量传感器、温度传感器、压力传感器、功率传感器所构成，并分别与监控系统相连，该测试仪结构紧凑，便于携带，一台机器可以同时实现地层热物性测试和换热量测试的两种测试模式，一机两用，经济方便；两个循环泵轮流使用，延长了循环泵的使用寿命，测试调节较方便，测试数据准确。
申请人：南京大学,江苏南华地下空间研究所有限公司
地址：210093 江苏省南京市汉口路22号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：楼高潮
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原位测试方法
原位测试方法
原位测试是在岩土原来所处的位置上或基本上在原位状态和应力条件下对岩土性质进行的测试。
常用的原位测试方法有：载荷试验、静力触探试验、旁压试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、波速测试及其他现场试验。
这些方法基本保持了天然结构、天然含水量以及天然应力状态，用于测定岩土的工程力学性质指标。
选用原位测试方法应以土层情况、设计参数的要求以及建筑物等级等因素确定。
例如，静力触探方法常用于评价土的强度和变形指标，应结合本地区经验取值；十字板剪切试验适用于测定软土的抗剪强度；标准贯入试验可用于评价土的均匀性和定性地划分不同性质的土层，以及软土中夹砂层的密实度和承载力；旁压试验宜采用自钻式旁压仪。
如需更多信息，建议咨询专业工程师获取。
原位测试知识点总结
原位测试知识点总结一、原位测试的定义原位测试是指在检测对象所在的现场进行的测试，通常用于工业生产中的设备和系统，以及其他需要在现场进行测试的领域。
原位测试的主要目的是为了确保设备和系统的正常运行，以及发现可能存在的问题，从而及时进行修复和维护。
二、原位测试的重要性原位测试在工业生产中具有重要的意义，它可以帮助企业提前发现设备和系统存在的问题，防止故障造成的损失，保障生产的正常进行。
通过原位测试，可以及时发现设备的运行状况，从而减少停机时间，提高生产效率，降低生产成本，保障产品质量。
三、原位测试的知识点1. 仪器设备的选择和使用在进行原位测试时，需要选择合适的仪器设备来检测设备和系统的运行状况。
不同的设备和系统需要不同的测试仪器，例如温度、压力、振动、电流等参数的测试仪器。
同时，还需要掌握这些仪器设备的使用方法，包括校准、安装、操作、维护等方面的知识。
2. 测试方法和技巧原位测试需要掌握一些测试方法和技巧，以便准确地检测设备和系统的运行情况。
例如，振动测试时需要考虑测点的选择、测试仪器的设置、数据的采集和分析等方面的技巧。
另外，在测试过程中需要注意安全问题，遵守相关的操作规程，避免发生意外事故。
3. 数据的采集和分析在原位测试过程中需要对采集的数据进行分析，从中获取设备和系统的运行状况。
这需要掌握一些数据处理和分析的方法，例如数据的归档、对比、趋势分析、异常检测等方面的知识。
4. 故障诊断和解决在进行原位测试时可能会发现设备和系统存在一些故障，需要及时进行诊断和解决。
这需要掌握一些故障诊断的方法，例如故障的表现、可能的原因、解决方案等方面的知识。
5. 维护和保养原位测试也包括了设备和系统的维护和保养工作，需要定期对设备和系统进行检查和维护，提高设备和系统的可靠性和使用寿命。
四、原位测试的应用领域原位测试广泛应用于工业生产中的各个领域，例如机械制造、电力、石油化工、交通运输、航空航天等。
在这些领域，原位测试帮助企业提前发现设备和系统存在的问题，防止故障造成的损失，保障生产的正常进行。
简单实用的岩土热物性测试仪
HPP-18针式热物性测量仪瞬态热物性测量技术，是相对于稳态测量而言的，是热物性测量仪器的升级换代产品。
是指在温度变化的过程中，实现对材料热物理性质的直接测量。
瞬态测量不要求恒温环境，测量迅速准确，省力低耗，是当今材料热物性测量发展的趋势和方向。
它能同时测量介质的导热系数、热扩散系数、比热。
瞬态热物性测量仪是由国内著名高校的科研项目成功验收后产业化而来的，从最初的项目研究到到如今的仪器产业化，有着20多年的历程。
HPP-18针式瞬态热物性测量仪，是我们最新推出的一款瞬态热物性测量新仪器。
对试件的形状尺寸以及测量环境的要求很低。
本仪器是以热针作探测元件，在室温附近测量大块材料、松散材料、颗粒材料、粉体材料和纤维材料等的热扩散系数、导热系数、比热等热物理性质指标.HPP-18针式瞬态热物性测量仪，测量材料的热物理性质，是依据长直恒功率圆柱面热源，作用在大块均匀材料中，在垂直于热源方向上的一维圆柱面传热理论。
本仪器将A/D转换技术、数值计算技术、计算机技术和瞬态测量技术等高新技术，运用于材料的热物性测量中，实现了热物性测量的自动化。
仪器的结构合理，运行稳定，质量可靠，准确度高，运行成本不到稳态测量的十分之一，热测量时间不超过180秒。
一、主要特点●创新性：热针法瞬态测量松散材料,国内尚无同等热物性测量仪器；●高精度：最高为1.5%的准确度，位于国内同类仪器中精度最高级别；●全面性：相比较国内其他同类仪器，可同时测量导热系数、热扩散系数，可计算比热；●高效性：操作简单，测量所需时间短，完成单次测量仅需5分钟，而其他同类的稳态法仪器测量时间数小时；●便携性：仪器集成度高，采用成熟模块，性能得到优化，整体质量轻，可换充电电池供户外使用；●节能性：环境条件要求低，无需恒温实验室，而某些其他同类仪器需恒温实验室；二、仪器结构：HPP-18针式热物性瞬态自动测量仪的结构,主要由直流稳流电源系统，热针，温度采集模块，电脑，测量操作及数据处理软件等五大部分组成。
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设工程学院绿色能源实验室地源热泵示范 热交换井中进行了试验测试。该示范地下
仪器，该测试仪通过电加热器对流体加热 ２．２ 整体结构设计
热交换井共有 ５ 口，水平间距为 ６ｍ，设计
再注向孔内管内，通过现场采集电加热功
根据上述测试方法，研制成 ＢＴＲ－４０００ 井 深 为 １００ｍ。在 ２＃和 ３＃井 内 垂 直 埋 设
性参数，后者一般都需连续测量数十小时， 相对来说成本也高。但是，地层热物性现场 原位测试对于正确合理经济地设计地源热 泵系统是一种行之有效的方法，对于较大 的地源热泵系统工程显得尤为必要。
１ 国内外研究现状
地层热物性主要包括地层导热系数和 钻孔热阻，原位测试是通过从钻孔热交换 器提取常热流量，进而测量流体温度的变 化，然后用各种传热模型评价钻孔和周围 土壤或岩石中的传热过程。测试设备的设 想第一次出现在 １９８３ 年在斯德哥尔摩举 行的国际能源机构的国际会议上， Ｍｏｇｅｎｓｅｎ 提出了一种现场确定大地热传 导系数和钻孔热阻的方法。直到上世纪 ９０ 年代中后期，基于这种想法的现场钻孔热 反应测试设备才由瑞典人 Ｅｋｌｏｆ 和 Ｇｅｈｌｉｎ （１９９６ 年）和美国人 Ａｕｓｔｉｎ（１９９８ 年）相 继研制成功［２］。１９９６ 年，第 １ 台可移动地热 反应测试设备在瑞典开始使用。１９９８ 年， 挪威拥有了和瑞典基本相同的可移动测试 装置；瑞士也拥有 ２ 台热测试设备；美国除 Ａｕｓｔｉｎ 研制出现场地热测试设备外，还有 几种商业用测试装置也研制出来；另外，法 国、英国和日本也都拥有了相近的地热反
型”两种模型来进行热交换管内流体平均 钻孔同轴的圆柱热源。故圆柱源模型得到
温度的模拟，并运用 ＭＡＴＬＡＢ 数学处理软 的分析解具有清晰的物理意义，应用于地
件进行分析，其实测数据与模拟数据曲线 下埋管换热器具有比线热源更高的模拟精
如图 ３ 所示，两者非常接近。求得的钻孔周 度，因此，在地下埋管换热器的模拟研究方
对于地层热物性的确定，ＩＧＳＨＰ（国际 地源热泵协会）推荐两种方法：一种是对于 水平埋管热泵系统，根据现场钻孔取出的 岩样在实验室直接测定，或查有关手册确 定导热系数；另一种是对于大型的垂直埋 管热泵系统，需进行现场地层热物性原位 测试，即钻孔热反应现场测试。前者，取出 岩样的水份、温度和压力等测试环境与地 下发生较大的变化，测得的数据与实际数 值相差较大；后者，采用现场原位测试，可 以直接得到较准的钻孔的地层平均导热系 数和钻孔的热阻，尽管钻孔过程中产生的 热量，需要几天后才能测得非扰动的热物
只有很小的改动以适应土耳其标准［４］。
埋管换热器的进出水温度，根据测得的温
热泵机组的制热输入功率 ０．９２ｋＷ，
目前，这种现场测试钻孔热反应性能 度数据，利用传热模型反推钻孔周围岩土 制 冷 输 入 功 率 ０．８５ｋＷ，额 定 制 热 量 为
参数的技术已经推广到欧洲、亚洲、北美和 的平均热物性参数。
地层热物性原位测试方法及仪器
吉林大学建设工程学院 孙友宏 ＊ 王庆华 陈昌富 吴晓寒
摘 要 地层热物性参数是影响地源热泵地下热交换管长度的主要因素，对于大型的垂
直埋管热泵系统，需进行现场地层热物性原位测试，可以得到较准的钻孔的地层平均导热系数 和钻孔的热阻。 ＢＴＲ－４０００ 型地层热物性原位测试仪为准确设计地源热泵地下埋管长度提供 了一种手段，经测试应用，对于垂直埋管地下换热器而言，圆柱源模型比线热源模型的分析解更 具有清晰的物理意义和更高的模拟精度。
运行约 ３ 小时，测得井内初始温度１０．２℃； 再开启热泵，随运行时间的增加，循环流体 的进井和出井温度逐渐升高，初期增加幅
２．１ 测试方法
度大，当运行 ２４ 小时以后，进出井口的水
地下岩土的热物性随地下水、岩土的矿
温增长趋势变缓，并逐渐趋于稳定，地下热
物成分、孔隙率、毛细孔水和各相异性等变
交换器和土壤的热交换基本达到平衡，热
＊ 孙友宏，１９６５ 年 ６ 月生，教 授，博导 地址：长春市西民主大街 ６ 号
提升产业链最大价值
二 ＯＯ 八年十一月 ３１
地源热泵产业专栏
பைடு நூலகம்
应测试设备。１９９９￣２０００ 年间，在瑞典和 和热流等进行反向推算，这是一个传热学 换热器相连，即组成一个小型地源热泵系
美国设备的基础上，加拿大也研制了这种 的反问题。其测试方法如图 １ 所示，首先， 统。由于测试井地下换热器与实际工程井
ｇｒｏｕｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｕｂｅ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ＧＳＨＰ ｓｙｓｔｅｍ． Ｂｙ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ， ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒａｔｕｍ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｈｏｌｅ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． ＢＴＲ－４０００ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ． Ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｇａｖｅ ｕｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｇｒｏｕｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ． Ａｌｓｏ ｉｔ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｌｕｍｎ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｖｉｖｉｄ ｉｎ ｐｈｙｓｉｃｓ ｔｈａｎ ｌｉｎｅ ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇｒｏｕｎｄ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ．
测试设备。在德国，热反应测试方法开始于 在将要埋设地下换热器的现场施工测试 具有相同结构和材料，因此所测得数据最
１９９９ 年，在这一设计中，加热器被热泵取代， 井，井深与实际工程井深相同，井中埋设热 贴近实际工程设计需要。测试仪的控制系
可用于供冷和供暖两种模式［３］；当年，荷兰 交换管并按设计要求进行回填；然后，进行 统能同时实现各种手动和自动控制功能，
给出精确的理论解，对小管
径、长时间运行的系统比较
精确，对于具有一定热容量
的地下埋管换热器所得出
的结果误差较大，尤其对短
时间尺度上的系统行为，不
能进行直接的模拟。圆柱热
源模型将线热源推广到具
有一个恒定半径的圆柱热
源，同时假定在圆柱的径向
图 ３ 管内温度实测曲线与模拟曲线对比图
热流恒定，通过引入表面积 当量直径，将埋管假定为与
化而变化。其原位测试不能像测量温度、压
泵连续运行 ７２ 小时后，测试结束。
强那样直接测量，只能根据传热学理论通
测试结束后进行室内数据模拟分析，
过测量进出地下埋管内的流体温度、流量 图 ２ ＢＴＲ－４０００ 地层热物性原位测试仪外形 本实验同时采用“线源模型”和“圆柱源模
３２ 二 ＯＯ 八年十一月
提升产业链最大价值
Keywords Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ，Ｓｔｒａｔｕｍ，Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ，Ｍｅａｓｕｒｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ
０ 引言
在对地源热泵系统进行地下热交换 器或地下储能桩设计时，地下热交换系统 规模设计太小，将不能满足地表空调负荷 的 需 要 ；地 下 系 统 规 模 设 计 太 大 ，又 将 造 成初投资增大，其影响的主要因素是地 层热物性参数。地层的热物性参数主要 包 括 地 层 的 导 热 系 数 和 钻 孔 的 热 阻，这 两个参数是地下热交换管长度设计的主 要依据，如地下岩土的导热系数发生 １０％的误差，则设计的地下埋管长度的偏 差将是 ４．５％￣５．８％［１］。
围岩土的导热系数和热阻参数分别是：线 面得到了广泛的应用，也是目前大多数数
源模型测得结果为：λ＝３．３７３１Ｗ（／ ｍ·Ｋ）； 值分析模型的理论基础。
Ｒ＝０．１ １９３ｍ·Ｋ／Ｗ；圆柱源模型测得的结果
４ 为 λ＝２．９５９９Ｗ（／ ｍ·Ｋ），Ｒ＝０．１１７０ｍ·Ｋ／Ｗ， 结论
两者相差较大。
１． 地层热物性原位测试方法是一种
分析其误差原因是线热源模型把埋管 准确测量地下岩土导热系数和钻孔热阻
换热器和钻孔井假定为一个具有径向热流 的方法，ＢＴＲ－４０００ 型地层热物性原位测
的无限长线热源，仅对真实的线热源才能 试仪为准确设计地源热泵地下埋管长度
提供了一种手段。
２． 测试分析用线热源模型和圆柱热
源模型两者测试分析结果相差较大，对于
试和分析，设备规格从手提箱到旅行车大
压力变送器量程为 ０￣１Ｍｐａ，误差 ＜１％ ；
小不等。从 ２０００ 年开始，热反应测试也已
循环流体的流量采用电磁流量计测量，可
经成为国际能源机构一个专题研究领域，并
现场显示及远程传输流量值，误差为±
将研究重点定为大地原始温度测量、地下
０．２％ ；数据的采集和控制系统主要为工
研发了一种电加热器的测试仪；２００６ 年， 及电控柜等。测试仪安装在一个可移动的 埋设 φ１１０ 同轴套管作为取热管。
天津大学的赵军等提出了基于圆柱热源模 拖车上，外形如图 ２ 所示。加热设备选择地
现以 １＃ 井为例进行测试分析，该井井
型的现场测量岩土热物性的方法；同年，北 源热泵来代替电加热器，既能向孔内注热， 深 ９８ｍ；孔径 １８０ｍｍ；回填材 料 为 ２０％
水的影响、随钻测量、自动软件分析和特殊
控机并由组态软件实现。
能量体（如能量柱）的热反应测试等方面。 国内有关地层热物性原位测试研究，
３ 应用测试
最近几年才开始，一些研究单位和大学进
该测试仪加工完成后，在吉林大学建
行了有关研究。２００４ 年，山东建工学院地 源热泵研究所李晓东等研制了便携式测试
图 １ 地层热物性原位测量方法示意图
４．０５ｋＷ，额定制冷量为 ３．４ｋＷ；变频循环