基于现场热响应测试方法的地下岩土热物性分析_刘春雷
地源热泵系统岩土热响应试验
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地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵系统是一种利用地下土壤或岩石储存的热量来进行空调和供暖的节能系统。
与传统空调系统相比,地源热泵系统具有更高的能效和更低的运行成本,因此在近年来受到了越来越多的关注和应用。
为了更好地了解和优化地源热泵系统的性能,进行岩土热响应试验是非常必要的。
岩土热响应试验是指通过实地采样和试验室测试的方法,对地下土壤或岩石中的热量传输特性进行研究,以评估地源热泵系统在不同地质条件下的性能表现。
通过岩土热响应试验,可以获取到地下岩土的热传导系数、储热特性、热扩散系数等参数,为地源热泵系统的设计和运行提供重要的参考依据。
岩土热响应试验通常分为野外实地采样和室内试验两个阶段。
在野外实地采样阶段,研究人员会选择地理条件较为典型的地区,进行地下岩土的取样和数据采集工作。
通过对不同深度和不同类型的岩土进行取样和测试,可以获取大量的原始数据,为后续的室内试验提供样本和参考。
在室内试验阶段,研究人员会将野外采集到的岩土样本带回实验室,并进行一系列的物理试验和分析。
首先是对岩土样本的物理性质进行分析,包括密度、孔隙结构、水分含量等方面的测试。
其次是对岩土样本的热传导特性进行测试,通过测定不同温度下的导热系数和热扩散系数,来评估岩土样本的储热能力和热传输特性。
最后还会对岩土样本的温度-时间响应曲线进行测定,来评估岩土在长期稳定状态下的温度变化规律。
地源热泵系统岩土热响应试验在国内外已经得到了广泛的应用和推广。
通过对地下岩土热传导特性的深入研究,不仅可以为地源热泵系统的设计和运行提供科学依据,还可以为地下岩土的热资源利用和环境保护提供技术支持。
在未来的研究中,可以进一步加强对岩土热响应试验方法的改进和创新,为地源热泵系统的可持续发展做出更大的贡献。
不同岩性条件下垂直地埋管热响应测试对比与分析

不同岩性条件下垂直地埋管热响应测试对比与分析作者:吴佃亮周波张学斌聂玉朋刘自宽王涛毕栋威何召永魏海红来源:《西部资源》2021年第03期摘要:近年来,山东省在鲁西北、鲁中南及鲁东地层区开展了大量的垂直地埋管热响应测试工作,获取了大量地埋管换热器岩土热物性参数,为开展不同岩性条件下地埋管换热器换热特性的对比分析提供了基础型数据支撑。
针对山东省主要地层条件,为全面比较分析不同岩类条件下地埋管换热器换热特性方面的差异,本次选取同等深度、孔径及垂直换热器型号的沂源县、聊城市及日照市测试数据进行对比分析。
由于当时的现场热响应测试只对岩土体的初始地温及导热系数进行了测试,根据换热模型得出夏季单孔换热量,因此,本篇文章对岩土体的导热系数及夏季换热量进行对比分析,根据测试数据得出不同岩性热物性参数差异。
根据已有的测试数据,基岩地质对比碎屑、第四系松散岩类,因其所具有的高热扩散性对地埋管换热器换热效果有促进作用。
关键词:地源热泵;地埋管换热器;热响应试验;热物性参数1.引言地源热泵具有节能、环保、无污染,节省建筑面积,经济效益高,使用寿命长等优势,越来越受到各级政府及市场的重视,岩土体热物性特征作为地埋管地源热泵系统设计的基础性依据,其科学性、准确性及合理性关系到地源热泵系统的运行效能。
因此,科学掌握岩土体的热物性特征,选取科学合理的参数对地源热泵工程的建设具有非常重要的意义。
岩土体的热物性特征受气候条件、地质构造、岩性、水文地质条件等综合影响,不同岩性条件下表现特征各异。
目前,现场热响应测试作为获取岩土体热物性参数及地埋管换热能力的主要技术手段,山东省近年来在第四系松散岩类区、碳酸盐岩类区、花岗岩类区开展了较多理论与实验工作,基于上述背景,本文选取部分数据着重对上述岩类地区的岩土热物性参数及地埋管换热能力开展对比与分析,分析主要影响因素,旨在对山东省具有相同岩性地层条件下的地埋管地源热泵系统设计与优化提供一定的参考。
地源热泵系统岩土热响应试验
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地源热泵系统岩土热响应试验【摘要】本研究旨在通过地源热泵系统岩土热响应试验,探讨其在实际应用中的效果和优势。
文章首先介绍了地源热泵系统岩土热响应试验的背景和研究目的,并阐述了其研究意义。
接着详细描述了试验方法、试验设计、试验过程、数据分析和结果讨论,从而全面呈现了实验过程及结果。
最后得出了关于地源热泵系统岩土热响应试验的结论,展望了未来研究方向,总结了本研究的重要发现。
通过本研究,可以为地源热泵系统的进一步优化和应用提供重要参考,促进绿色环保技术的发展。
【关键词】地源热泵系统、岩土热响应试验、试验方法、试验设计、试验过程、数据分析、结果讨论、结论、展望未来研究方向、总结、研究目的、研究意义、引言1. 引言1.1 地源热泵系统岩土热响应试验的背景地源热泵系统是一种利用地下岩土中储存的热能为建筑提供供暖和制冷的系统,具有高效节能、环保等优点。
地源热泵系统的性能受到岩土热响应特性的影响,因此需要进行岩土热响应试验来研究其热传导、储能和释能过程。
地源热泵系统岩土热响应试验是通过对地下岩土进行加热或降温,观察岩土温度变化和热传导规律,从而评估地源热泵系统的性能和效果。
通过岩土热响应试验,可以优化地源热泵系统的设计和运行,提高其热工性能和节能效果,为建筑节能减排提供科学依据。
地源热泵系统岩土热响应试验也可以为地热能资源的开发利用和岩土热响应规律的研究提供重要数据支持。
开展地源热泵系统岩土热响应试验具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究目的研究目的是为了探究地源热泵系统在岩土地质条件下的热响应特性,为系统的设计、运行和优化提供科学依据。
通过开展岩土热响应试验,可以深入了解岩土层对地源热泵系统热传递的影响机制,为系统的热性能进行有效评估和改进。
具体地,研究目的包括:一是验证地源热泵系统在岩土地质条件下的热响应特性,包括热传导、热吸收和热交换等方面的影响;二是研究不同岩土地质条件下地源热泵系统的热性能差异,为系统的设计和优化提供参考依据;三是探讨岩土层对地源热泵系统热传递效率的影响机制,为系统的运行管理和能耗控制提供理论支持。
岩土热响应测试报告(DOC)
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XX省XX市学院片区地源热泵工程岩土热响应测试报告XX省XX大学地源热泵研究所二〇一四年五月岩土热响应测试报告一、工程概况该项目为XX省XX市学院片区(XX市学院、新华苑)地源热泵工程,位于XX省省XX市市。
本工程拟采用节能环保的土壤源热泵系统,作为空调系统的冷、热源。
我所对该工程地埋管场地进行了深层岩土层热物性测试。
本次试验进行了1个孔的测试。
报告时间:5月10日~5月11日。
二、测试概要1、测试目的地埋管换热系统设计是地埋管地源热泵空调系统设计的重点,设计出现偏差可能导致系统运行效率降低甚至无法正常运行。
拟通过地下岩土热物性测试并利用专业软件分析,获得地埋管区域基本的地质资料、岩土的热物性参数及测算的每延米地埋管换热孔的换热量,为地热换热器设计、换热孔钻凿施工工艺等提供必要的基本依据。
2、测试设备本工程采用XX省建筑大学地源热泵研究所自主研制开发的型号为FZL-C(Ⅲ)型岩土热物性测试仪,如图1所示。
该仪器已获得国家发明专利(ZL 2008 1 0238160.4)。
并已广泛应用于北京奥林匹克公园、网球场馆、济南奥体中心等一大批地源热泵工程中的岩土层热物性测试。
见附件3。
3、测试依据《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005 ( 2009年版)。
测试原理见附件2。
图1 FZL-C(Ⅲ)型岩土热物性测试仪三、测试结果与分析1、测试孔基本参数表1 为测试孔的基本参数。
表1 测试孔基本参数项目测试孔项目测试孔钻孔深度(m)100 钻孔直径(mm)150埋管形式双U型埋管材质PE管埋管内径(mm)26 埋管外径(mm)32钻孔回填材料细沙主要地质结构粘土与玄武岩2、测试结果测试结果见表2。
循环水平均温度测试结果与计算结果对比见图2。
测试数据见附件1。
初始温度:16.2℃;导热系数:1.66W/m℃;容积比热容:2.1×106J/m3℃。
3、结果分析钻孔结果表明:该地埋管区域地质构造以粘土为主。
GB50366-2005地源热泵系统工程技术规范2009年局部修订
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《地源热泵系统工程技术规范》2009年局部修订2 术语2.0.25土热响应试验rock-soil thermal response test通过测试仪器,对项目所在场区的测试孔进行一定时间的连续加热,获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度的试验。
2.0.26岩土综合热物性参数parameter of the rock-soil thermal properties是指不含回填材料在内的,地埋管换热器深度范围内,岩土的综合导热系数、综合比热容。
2.0.27岩土初始平均温度initial average temperature of the rock-soil从自然地表下10m~20m至竖直地埋管换热器埋设深度范围内,岩土常年恒定的平均温度。
2.0.28测试孔vertical testing exchanger按照测试要求和拟采用的成孔方案,将用于岩土热响应试验的竖直地埋管换热器称为测试孔。
3 工程勘察3.2 地埋管换热系统勘察3.2.2A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000 m2~5000 m2时,宜进行岩土热响应试验;当应用建筑面积大于等于5000 m2时,应进行热响应试验。
3.2.2B岩土热响应试验应符合附录C的规定,测试仪器仪表应具有有效期内的检验合格证、校准证书或测试证书。
4 地埋管换热系统4.3 地埋管换热系统设计4.3.5A当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在5000m2以上,或实施了岩土热响应试验的项目,应利用岩土热响应试验结果进行地埋管换热器的设计,且宜符合下列要求:1 夏季运行期间,地埋管换热器出口最高温度宜低于33℃;2 冬季运行期间,不添加防冻剂的地埋管换热器进口最低温度宜高于4℃。
4.3.13地埋管换热系统应根据地质特征确定回填料配方,回填料的导热系数不宜低于钻孔外或沟槽外岩土体的导热系数。
附录B 竖直地埋管换热器的设计计算 B.0.2 竖直地埋管换热器钻孔的长度计算宜符合下列要求;1制冷工况下,竖直地埋管换热器钻孔的长度可按下式计算:()()c max 100011c f pe b s c sp c Q R R R R F R F EER L t t EER ∞⎡⎤+++⨯+⨯-+⎛⎫⎣⎦= ⎪-⎝⎭(B.0.2-1) F c =T c1 / T c2 (B.0.2-2)式中 L c ——制冷工况下,竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度(m );Q c ——水源热泵机组的额定冷负荷(kW );EER ——水源热泵机组的制冷性能系数;t max ——制冷工况下,地埋管换热器中传热介质的设计平均温度,通常取33℃~36℃;t ∞——埋管区域岩土体的初始温度(℃);F c ——制冷运行份额;T c1—一个制冷季中水源热泵机组的运行小时数,当运行时间取一个月时,T c1为最热月份水源热泵机组的运行小时数;T c2—一个制冷季中的小时数,当运行时间取一个月时,T c2为最热月份的小时数。
线性推导法估算岩土热物性参数的精度检验
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线性推导法估算岩土热物性参数的精度检验姚木申【摘要】结合工程实例,根据岩土热响应试验(采取对岩土施加恒定热流方式,分别施加两种加热功率)的现场测试结果,采用线性推导法对岩土热物性参数进行估算,检验线性推导法的计算精度.线性推导法的计算精度不满足工程要求,建议采用参数估计法.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2014(034)003【总页数】4页(P12-15)【关键词】岩土热响应试验;岩土热物性参数;线性推导法;参数估计法【作者】姚木申【作者单位】天津地热勘查开发设计院,天津300250【正文语种】中文【中图分类】TU9951 工程概况某建筑位于天津市宝坻区,建筑主体为框架结构,地上8 层地下1 层(车库),占地面积为1 167 m2,总建筑面积为8 173 m2,拟采用地埋管地源热泵(土壤源热泵)进行冬季供暖、夏季供冷。
GB 50366—2009《地源热泵系统工程技术规范》第3.2.2 条规定:地埋管换热系统勘查应包括下列内容:岩土层结构;岩土体热物性;岩土体温度;地下水静水位、水温、水质及分布;地下水径流方向、速度;冻土层厚度。
岩土层结构、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径流方向、速度、冻土层厚度等内容可通过查阅当地地质资料获取,也可以通过勘探孔取土样获得。
而岩土体热物性、岩土体温度宜采取岩土热响应试验获得[1-2]。
岩土热响应试验包括现场测试、岩土热物性参数估算两个环节,岩土热物性参数的估算可采用线性推导法、参数估计法[3]。
本文结合工程实例,采取对岩土施加恒热流方式,对在两种加热功率下得到的现场测试结果采取线性推导法进行估算,比较估算结果,检验线性推导法的计算精度,据此分析适用于估算岩土热物性参数的方法。
2 现场测试装置与要求2.1 现场测试装置现场测试内容包括:岩土初始温度测试,小加热功率恒热流测试,大加热功率恒热流测试。
现场测试装置由电加热器、补水箱、循环泵、管道、阀门、温度和流量测量仪器、PLC 控制系统等组成。
晋中市浅层地温能热响应试验分析
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I112翥翱赢G O晋中市浅层地温能热响应试验分析邸建雷(山西省地质调查院,山西太原030006)摘要:文章通过现场热响应试验,分析处理试验采集的原始数据,并与采取土样的热物性分析结果进行对比,获得更为准确的试验结论,从而了解岩土体的原始地温并获取该区域岩土体热物性参数(包括热导率和热扩散系数),为浅层地温能资源评价和适宜性分区提供基础数据。
关键词:晋中;浅层地温能;热响应试验;原始地温;热导率;热扩散系数中图分类号:TK521文献标识码:A文章编号:1672-7487(2019)03-112-31现场热响应试验技术方法1.1试验原理现场热响应试验均釆用天津地热勘查设计研究院自主研发的FTPT11型浅层地温能现场热响应测试仪。
该测试仪是专门针对全国浅层地温能调查工作,结合多年现场热响应试验的实际经验研制而成,并通过北京现场测试,试验各种参数精度达到或超过原国土资源部对浅层地温能调査评价标准,并通过了原国土资源部组织专家认定。
1.2试验步骤1.2.1换热孔施工根据施工要求釆用适合的水文钻机,取心钻孔直径llOmni,在完成钻孔取样和物探测试后,扩孔至直径150mm,结合太原市地层和地下水含水层特点,孔深80-200m不等。
全孔取心钻进,岩石釆取率不低于80%,破碎带采取率不低于65%;粘性土釆取率不低于80%,砂性土不小于60%。
岩土层单层厚度大于lm的,每层取代表性原状土样(砂、砾石层除外)。
进行钻孔初见水位和静止水位观测。
岩心按序及时存放到岩心箱内,标示出钻进开始和终止深度,岩心缺失需标明。
1.2.2安放PE管钻至设计深度后,试验孔应立即下入DN32的双U型PE管,管材壁厚3mm。
下管时在管内注满水,依靠钻杆带动下至孔底。
1.2.3水压试验Pe管下入孔内前后各打压一次,确保埋管无泄漏后方可进行下一步工作。
1.2.4回填对埋管确认无泄漏后应立即进行回填。
釆用返浆回填的方式,回填材料釆用膨润土和细砂的混合浆(膨润土比例6%-8%);1.2.5现场热响应试验1)现场热响应试验一般在测试埋管安装完毕48h后进行,首先做非加热的循环测试,获取地层初始平均温度。
岩土热响应试验测试仪的开发与应用

岩土热响应试验测试仪的开发与应用摘要开发一套岩土热响应测试仪,介绍其原理与组成,以及配套开发的控制软件、数据采集软件、数据处理软件的功能和使用方法。
使用所开发的仪器进行现场实测,测试结果表明,该设备及配套软件完全达到预期性能指标,能够在今后对外开展岩土热响应试验的工作。
关键字热响应试验;岩土热物性;地源热泵;现场测试1 引言地埋管地源热泵是利用地下常温土壤相对稳定的特性,在投入少量高温能源的基础上,通过埋在地下的换热器与大地进行冷热交换,实现供冷供热的目的。
冬季,地源热泵提取大地中的低位热能向建筑物供热,同时在土壤中储存冷量,以备夏用;夏季,将建筑物中的热量转移到地下,实现供冷,同时在土壤中储存热量,以备冬用。
所以,地源热泵技术是一项高效节能、有利于环境保护和可持续发展的空调冷热源技术[1]。
地下岩土热物性参数是设计地源热泵系统地埋管换热器的基础数据。
目前,国内许多单位在实际的地源热泵系统设计中,简单的按照每延米换热量来进行地埋管换热器的设计,随着对地源热泵系统研究及应用的不断深入,此方法的弊端逐渐显露出来,如无法确定机组在峰值负荷下的运行参数,也就不能选取合适的机组来匹配地埋管换热器系统,无法判断地下吸、放热的不平衡对系统造成的影响,此方法不但给地源热泵系统的长期稳定运行埋下了很多隐患,而且还往往增加了系统的初投资。
Kavanaugh[2]的研究表明,当地下岩土体的导热系数有10%的偏差时,设计的地下埋管换热器长度偏差为4.5%~5.8%。
所以准确测试岩土热物性参数已成为地埋管换热器设计的关键问题。
国标《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005(2009年版)提出了一套进行岩土热响应试验的方法[3],本文介绍了根据规范要求研制的岩土热响应试验测试仪,以及相关的数据采集和数据处理软件的功能,并应用该测试仪进行了现场测试,对测试数据进行了分析。
2 测试仪原理与功能图1为测试仪原理图。
该测试仪主要由电加热器、循环水泵、温度传感器、压力传感器、电磁流量计、电量变送器和电压控制模块以及数据采集和控制系统组成。
长沙市某区浅层地埋管岩土体热响应试验性能研究
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长沙市某区浅层地埋管岩土体热响应试验性能研究
韦启珍;周星志;陈贺伟
【期刊名称】《电力勘测设计》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】长沙市某区为高新技术发展示范基地,能源冷热需求量大,该片区地质条件复杂,邻近少有地源热泵热响应测试数据,通过性能研究,揭露研究区地层以第四系覆盖层及元古界泥岩、砂岩、板岩为主,10~40 m存在上层少量上层滞水;通过线热源模型热响应试验,测试岩土体综合平均导热系数为1.78~1.95 W/(m·K),钻孔热阻值为0.18~0.23(m·K)/W,并与钻孔取芯和室内热物性测试进行对比,吻合度较好。
考虑长沙地区气候特征,在不考虑大量钻孔换热过程中存在热干扰和长时间持续运行情况下,通过换热计算,夏季每延米换热量最大可达51~53 W/m,冬季每延米换热量最大取值为47~49 W/m。
【总页数】8页(P69-76)
【作者】韦启珍;周星志;陈贺伟
【作者单位】中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P642
【相关文献】
1.昆明盆地浅层岩土体热物性规律的试验分析
2.基于两种热源理论的岩土体热响应试验对比
3.安徽浅层岩土体热物性特征及其影响因素
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土综合导热能力研究——基于现场热响应试验分析5.江苏高邮地埋管热响应试验及浅层地热能资源评价
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基于线热源模型热响应测试导热系数计算

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这个公式可以简化为 T I 与 i n ( t )的线性方程关系 :
T f= k i n ( ) +/ / / ( 2 )
( 6)
m 与 k均为常数 ,其 中 k正 比于 T f
由公 式 ( 1 )可 以看 出
m ( ( 1 续增长 ,可 以看 到新 能源 的开 发与提取在将来具 有广
阔 的 市场 。地 源 热 泵 系 统 由于 具 有 占地 面 积 少 ,换 热 稳 定性
三 、数 据 采 集 与 分 析
本 次测 试 在 2 0 1 2年 6月 2 9 日, 电加 热 功 率 设 定 为 5 K W 。本 文 持 续 加热 时 间为 4 8 h。 自动 采 集 频 率 为每 隔 6 0 s 采 集一 次 数 据 。仪 器 可 自动 存 储 数 据 ,当测 试 完 毕 ,将 数 据 传 输 到 电脑 ,其 储 存 数 据 格 式 如表 1 示。 表 1自动采 集 和 存 储 数 据 示 例
第1 3卷 第 1 0期
2 01 3住
V oI .1 3 0 ct ob er
N o 1 0
1 0 月
2 O1 3
基于线热源模型热 响应测试导热 系数计算
孙 海 泉
( 南 京 大 学 地 球 科 学 与 工 程 学 院 ,江 苏 南 京 2 1 0 0 9 3) 摘 要 : 了 解地 下土 壤 的热 物 理 参 数 对 于 设 计 地源 热泵 系统 具有 重 要 意 义 。热 响 应 实 验 是 测 试岩 土热 参 数 相 关 数 据
T f= 0 1 ) +[ ( ( 1
渐 升 高 ,但 是 温 差仍 为 4  ̄ C 左右不变。 为 4 . 6 7 K W, 但 是 本 文 中加 热 功 率 恒 定 为 5 K W, 部 分 原 因是
地源热泵系统岩土热响应试验

地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵系统是一种利用地下岩土温度为热源或冷源的热泵系统。
为了研究地源热泵系统岩土热响应试验,我们进行了以下的试验。
我们选择了一个合适的试验场地,该场地具有适宜的岩土类型和地下水位条件。
然后,我们对场地进行了勘探工作,采集了岩土样本,并进行了室内实验。
通过这些实验,我们得到了岩土的热导率、容重等性质参数。
接下来,我们进行了地源热泵系统岩土热响应试验。
在试验中,我们首先在地下埋设了热储水箱。
然后,我们通过泵将水从地下冷库中抽出,经过热泵进行热交换后再供给使用。
试验中的热泵系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等主要部件。
在试验过程中,我们记录了热泵系统的输入和输出参数,包括水温、压力等。
通过对这些数据的分析,我们可以得到热泵系统的工作状态和性能参数。
我们还在不同的季节和气候条件下进行了试验,以研究地源热泵系统对环境变化的响应性能。
实验结果表明,地源热泵系统具有较高的热效率和节能性能。
它可以利用地下岩土的稳定温度为建筑物供暖或制冷,从而减少了对传统能源的依赖。
地源热泵系统还可以节约运行成本,保护环境。
在试验中,我们还发现了一些问题和挑战。
由于岩土的热导率较低,热交换效果不理想。
地下水位的变化可能会影响系统的热响应性能。
在实际工程应用中,我们需要根据具体的条件和要求来选择最合适的地源热泵系统设计方案,并进行相应的改进和优化。
地源热泵系统岩土热响应试验是研究地源热泵系统性能和优化设计的重要手段。
通过这些试验,我们可以更好地了解地源热泵系统的工作原理和性能特点,为相关工程提供科学的依据和指导。
现场热响应试验测试数据对比及应用分析
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现场热响应试验测试数据对比及应用分析杨俊伟【期刊名称】《《城市地质》》【年(卷),期】2019(014)004【总页数】5页(P5-9)【关键词】现场热响应试验; 初始地温; 稳定工况; 稳定热流【作者】杨俊伟【作者单位】北京市地质矿产勘查院北京 100195; 中国地调局浅层地温能研究与推广中心北京 100195【正文语种】中文【中图分类】TU830 前言随着绿色发展理念、加强生态文明建设、清洁供暖战略的提出,国家一系列规划及鼓励政策相继出台,使清洁环保、可再生的浅层地热能开发利用,迎来了广阔的发展前景。
地埋管地源热泵系统,因其不受地下水资源条件的限制、运行安全稳定等优点发展迅速。
而地埋管地下换热系统的设计是地埋管地源热泵系统设计的一个重点环节,设计目的是使地上、地下系统用能与资源条件相匹配,避免造成因地下设计不足使系统工作效率下降,甚至导致主机无法正常运行或设计偏大造成系统初期投资增加及土地资源的浪费。
如何通过现场热响应试验准确地获取岩土体换热能力,成为国内外研究的热点。
国外尤其欧美一些国家,对地埋管地下换热器换热量测试设备的研究方面投入了大量的工作。
早期的测试设备简单的采用电加热器模拟夏季工况向地下排热,从而测试地埋管换热器的换热量,这种方法比较简单。
瑞典于1995 年研制了最早的地埋管换热器测试仪 TED,该测试仪由一个 85L的水箱、一台 1kW 的循环水泵和一台3~12kW 逐级调节的电加热器组成。
美国、加拿大、英国、德国、挪威、土耳其等国家,也相继开发了功能及原理与瑞典开发的类似的测试装置(毕文明等,2007)。
后来许多国家研制了能够模拟冬、夏两个季节,即具有吸、排热工况的测试设备。
据统计,目前全世界共有约 32 个国家开展了热响应测试的研究与应用工作,主要分布于欧洲、北美洲和亚洲,测试仪器的形式有拖车式、手提箱式、整体集装箱式、分体式等。
大部分的热响应测试方法采用的是单一放热工况,主要是因为排热工况更容易实现。
岩土热响应试验不确定性研究及敏感性分析
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岩土热响应试验不确定性研究及敏感性分析张雪丹;姜益强;姚杨;邓仕明【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2017(050)003【摘要】针对岩土热响应试验数据处理中的不确定性问题,开发了柱热源传热模型数值反演解与信赖域反射优化算法相结合的地下岩土热物性参数估计程序.该程序能够有效地避免求解过程陷入局部最优解,并为后续不确定性研究提供底层模型.对地埋管进出水温度、热传输功率、地下原始温度等模型输入参数的不确定性通过查阅文献、理论思考和基于专业经验的假设进行合理量化,采用Monte Carlo方法进行模拟,将热响应试验的模型输入参数不确定性传播到输出参数评估结果中,得到了地下岩土导热系数与钻孔热阻之间的二元联合分布,并使用Copula函数进行复现.最后对传热模型中影响温度输出的可变参数进行Lasso敏感性分析,证明导热系数与热阻的影响最大.%In order to solve the uncertainty in data interpretation involved in soil-rock thermal response test(TRT),a parameter estimation program was developed byemploying numerical inversion of cylindrical source model combined with a trust region reflective algorithm,which can avoid being trapped in local optimum and provide underlying model for subsequent uncertainty study.Uncertainties of input parameters,including inlet and outlet temperaturesof ground heat exchanger,heat transfer rate and undisturbed ground temperature,etc,were reasonably quantified through literature reviews,theoretical considerations and educated guesses.Then,Monte Carlo stochastic simula-tion was applied to propagateinput parameters uncertainties to output parameters of TRT.A mapping of ground ther-mal conductivity and borehole thermal resistance was then obtained,and their inherent correlation was presented by a bivariate joint distribution constructed by Copula function.In the end,the influence of variable parameterson the mean temperature of heat transfer fluid was analyzed by Lasso method.The result shows that ground thermal conduc-tivity and borehole thermal resistance are the most influential parameters.【总页数】7页(P306-312)【作者】张雪丹;姜益强;姚杨;邓仕明【作者单位】哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨 150090;香港理工大学屋宇设备工程学系,香港 999077;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨 150090;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨 150090;香港理工大学屋宇设备工程学系,香港 999077【正文语种】中文【中图分类】TU18【相关文献】1.岩土热物性热响应测试的试验研究 [J], 吴会来;李征涛;邓经生;袁明月2.无锡某地源热泵系统岩土热响应试验研究 [J], 宋建中;程海峰3.兰州新区地源热泵岩土热物性现场热响应试验研究 [J], 李春兰;陈少龙;王森;郭超;何婷婷4.华北平原主要城市浅层岩土综合导热能力研究——基于现场热响应试验分析 [J], 王婉丽;王贵玲;刘春雷;李郡5.地埋管地源热泵岩土热响应试验准确性影响因素分析 [J], 李锦堂;杨灵艳;孙宗宇;徐伟;李骥;冯铁栓;乔镖因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
岩土热物性热响应测试的试验研究
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Ab s t r a c t : T h r o u g h t h e t e s t e q u i p me n t t e s t o u t i n p u t p o we r o f t h e t e s t h o l e a n d l o o p a v e r a g e t e mp e r a t u r e, a n a l y s i s t h e i f e l d t e s t d a t a b y l i n e - s o u r c e mo d e l , a n d c lc a u l a t e s r o c k - s o i l t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f t e s t h o l e , t h i s v a l u e or f g r o u n d ・ s o u i  ̄ e h e a t p u mp s y s t e m d e s i g n h a s i mp or t nt a r e f e r e n c e v a l u e i n t h e l o c l a a n d s u r r o u n d i n g a r e a s . Ke y wo r d s : t h e r ma l r e s p o n s e t e s t ; g r o u n d — s o u r c e h e a t p u mp; r o c k — s o i l t h e ma r l c o n d u c t i v i t y
岩土热响应测试影响因素的实验研究
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岩土热响应测试影响因素的实验研究史旭东; 张子平; 李红枫【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》【年(卷),期】2016(035)009【总页数】4页(P25-28)【关键词】自动控制; 热物性测试; 加热功率; 温度场【作者】史旭东; 张子平; 李红枫【作者单位】河北工程大学城建学院【正文语种】中文在地源热泵设计过程中,准确的土壤热物性参数是进行地埋管换热器设计分析的前提。
土壤热物性参数包括土壤导热系数λ、热扩散系数α和容积比热容ρc,它们是地下换热器设计的基本参数依据。
用于测量土壤热物性参数的测试方法主要包括四种:土壤类型辨别法、稳态测试法、探针法和现场热响应测试法[1]。
实际工程中常用的为现场热响应测试法,我国对现场热响应实验的操作步骤和规范还没有明确规定,各地区要求标准不一,许多实际工程的热响应测试操作环节都存在一定的偏差。
Kavanaugh提出若是地下土壤导热系数产生10%的偏差,则会导致设计的换热器总长度偏差为4.5%~5.8%[2]。
关于土壤含水率与热物性参数关系的研究,张旭等[3]对不同密度及含水率的土砂混合物导热系数进行了测量,庄迎春等[4]研究了砂和澎润土及其与水泥混合材料的导热特性。
现场热响应测试中发现所测量的换热井回填均不实,且均有地下水溢出,产生原因与当地地质粘土层含水率较大和存在浅层地下水渗流有关。
GB 50366-2009《地源热泵系统工程技术规范》规定采用向岩土施加一定的加热功率来进行热响应测试,同时测试过程中需保持功率恒定,但对测试时长并未做出规定,加热时间的变化对于结果的偏差值得研究。
本文结合现场测试数据对不同测试功率和测试时间的导热系数变化和大功率加热影响半径进行了分析归纳,以期对开展岩土热响应测试有所帮助。
测试仪以电加热为恒热流源,采用4.5 kW和7.5 kW两个不同的额定功率分别进行测试,其结构组成主要有:容积为9 L的保温水箱、加热装置、Cu50温度传感器、电压电流传感器、脉冲流量计、循环水泵、某国产品牌PLC、工业触摸屏。
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图 1 热 响 应 试 验 装 置 示 意 图 (据 自 文 献 [5]) Fig.1 Schematic diagram of thermal response test
equipment(from reference[5])
试单位没有将仪 器 送 检,测 试 精 度 无 法 保 证。 针 对 1.2 热响应测试方法
关 键 词 :地 源 热 泵 ;现 场 热 响 应 试 验 ;岩 土 热 物 性 doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405203 中 图 分 类 号 :P314 文 献 标 志 码 :A
Analysis of Soil Thermal Properties with In-Situ Thermal Response Test Method
泵系统 工 程 相 关 技 术 规 范[3],对 于 应 用 建 筑 面 积
5 000m2 以上的地埋 管 地 源 热 泵 工 程,应 进 行 地 下
岩土现场热响应试。
目前我国有关地源热泵的现场热响应试验不够
规 范 ,主 要 表 现 在 :1)相 当 部 分 应 该 做 现 场 热 响 应 试 验 的 项 目 未 做 ;2)部 分 试 验 方 法 不 规 范 ;3)现 场 热 响 应试验设备不规范 。 [4] 现场热响应试验设备应 具 备 有 效 期 内 的 检 验 合 格 证 、校 准 或 测 试 证 书 ,但 部 分 测
温由温度监测装置采集,流量由流量测试装置测量, 型 。 [6-7] 对该模型做如下假设:埋管换热器周 围 岩 土
最终通过数据采集 自 控 系 统 将 进、出 水 温 度 和 流 量 体为半无限大传热介质,并且初始温度相同,热物性
实 时 采 集 、显 示 并 保 存 。
不 随 温 度 的 变 化 而 变 化 ;将 热 交 换 孔 看 作 线 热 源 ,忽
源,循环水作为热媒,热媒水流入储水箱后经电加热 2 岩土导热系数的分析方法
器 加 热 ,流 入 埋 在 地 下 的 地 埋 管 地 源 热 泵 系 统 中 ,与
热响应试验测试常用的传热模型一般为简化的
岩土进行热量交 换,最 后 返 回 水 箱。 循 环 期 间 的 水 恒热流 稳 态 传 热 模 型,本 次 试 验 数 据 采 用 线 源 模
Key words:ground source heat pump;in-situ thermal response test;soil thermal properties
0 引 言
岩土导热系数是地埋管地源热泵系统设计中的
重要参数 。 [1] 若获得的岩土导热系数与实际发 生 偏
差 ,会 产 生 地 埋 管 地 源 热 泵 系 统 设 计 总 长 度 的 偏 差 。
储水箱、测试循环 水 泵、温 度 监 测 装 置、流 量 测 试 装 1,参数见表2。该孔前期做了大量 的 现 场 热 响 应 试
置、数据采 集 自 控 系 统 等 构 成 (图 1)。 测 试 系 统 与 验,其导热系数为2.0~2.8 W/(m·℃)。
地埋管连接,构 成 闭 式 水 循 环。 循 环 水 泵 作 为 动 力
1603
with steady temperature difference,the thermal conductivity value is negatively correlated with times not used (0.0-12.0h).It is also found that the value of thermal conductivity is stabilized with times not used (>12.0h).According to the uniform standard with times not used (>12.0h),the values of thermal conductivity of the six units are all within 2.2-2.8 W/(m ·℃),and the test results are reasonable and reliable.
测试仪,向测 试 井 内 输 送 恒 定 的 热 流,持 续 运 行 24 ~72h,根据测 试 仪 采 集 到 温 度、流 量 等 数 据,利 用
1.1 热 响 应 试 验 装 置
相关传热模型计算地层的综合热传导系数。本次研
热 响 应 试 验 装 置 主 要 由 功 率 可 调 的 加 热 装 置、 究选择已有的浅层 地 温 能 测 试 孔,测 试 孔 岩 性 见 表
略 钻 孔 几 何 尺 寸 ,并 且 不 考 虑 竖 直 方 向 上 的 热 传 导 。
1604
吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版) 第44卷
Abstract:At present,in-situ thermal response test is widely used to measure thermal conductivity parameter in engineering.However,due to the lack of unified technical standard of the test,results obtained from in-situ test have unsatisfactory reliability.Our main aim is to analyze the effects of test methods and data processing on the results of the tests.Series of in-situ tests were carried out by using various of thermal response equipments in a special test well.Results show that in order to reduce experimental error,time interval between two thermal response tests should not be less than 10days and circulating water should be prevented from heat exchange with other media(except for geotechnical media).For thermal response tests with steady input power,the value of thermal conductivity is positively correlated with times not used(1.0-12.0h).On the other hand,for thermal response tests
Liu Chunlei 1,Wang Guiling1,Wang Wanli 1,Lin Wenjing2
1.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Shijiazhuang 050061,China 2.School of Water Resources and Environment,China University of Geosciences,Beijing 100083,China
163.com 通 信 作 者 :蔺 文 静 (1978— ),男 ,副 研 究 员 ,博 士 ,主 要 从 事 水 文 地 质 和 地 热 地 质 研 究 工 作 ,E-mail:lwenjing@msn.com。
第 5 期 刘 春 雷 ,等 :基 于 现 场 热 响 应 测 试 方 法 的 地 下 岩 土 热 物 性 分 析
基于现场热响应测试方法的地下岩土热物性分析
刘春雷1,王贵玲1,王婉丽1,蔺文静2
1.中 国 地 质 科 学 院 水 文 地 质 环 境 地 质 研 究 所 ,石 家 庄 050061 2.中 国 地 质 大 学 (北 京 )水 资 源 与 环 境 学 院 ,北 京 100083
摘要:目前获取导热系数的主要方法是 现 场 热 响 应 试 验,但 该 方 法 缺 乏 统 一 的 技 术 标 准,导 致 计 算 结 果可比较性差,难以应用。笔者开展了不同热响应试验设备的原位热 物 性 测 试 系 列 试 验,分 析 了 测 试 与 数 据处理方法对测试结果的影响,探讨了试 验 过 程 中 需 要 注 意 的 问 题。 结 果 显 示:为 减 少 试 验 误 差,两 次 热 响应试验测试的时间间隔不应少于10d;应尽量避免循环水与岩土介质以外的 其 他 介 质 产 生 热 量 交 换;对 于 恒 热 流 热 响 应 试 验 ,导 热 系 数 值 与 舍 弃 时 间 (1.0~12.0h)成 正 相 关 关 系 ;而 对 于 定 进 回 循 环 水 温 差 的 热 响应试验,导热系数值与舍弃时间(0.0~12.0h)成负相关关系;舍弃时间大于12.0h时,导 热 系 数 变 化 趋 于 稳 定 。 按 统 一 标 准 舍 弃 前 12.0h 的 测 试 数 据 进 行 导 热 系 数 计 算 ,6 家 单 位 的 导 热 系 数 计 算 值 都 在 2.2~ 2.8 W/(m·℃)范围内,测试结果合理可靠。
第44卷 第5 2014 年 09 月
期
吉 林 大 学 学 报(地 球 科 学 版)
Journal of Jilin University(Earth Science Edition)
VoSle.p44.2 0N14o .5
刘春雷,王贵玲,王婉丽,等.基于现场热 响 应 测 试 方 法 的 地 下 岩 土 热 物 性 分 析 .吉 林 大 学 学 报:地 球 科 学 版,2014,44(5): 1602-1608.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405203. Liu Chunlei,Wang Guiling,Wang Wanli,et al.Analysis of Soil Thermal Properties with In-Situ Thermal Response Test Method.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(5):1602-1608.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405203.