地源热泵空调工程热响应测试报告

3.1测试原理.........................................................................................................1 3.2测试平台.........................................................................................................1 四、热响应实验工程概况 ............................................................................................2 4.1测试井定位.....................................................................................................2 4.2测试井参数.....................................................................................................2 4.3测试实验台搭建.............................................................................................2 4.4测试平台误差控制.........................................................................................2 4.5测试过程.........................................................................................................3 五、数据整理与分析 .............................................................. .....................................3 5.1岩土层结构与传热分析................................................................................3 5.2测试数据整理................................................................................................4 5.2.1土壤平均原始温度.....................................................................................4 5.2.2模拟实验数据.............................................................................................4 5.3测试数据分析..................................................................................................7 5.3.1岩土层导热系数............................................................................................7 5.3.2埋管换热器热阻计算....................................................................................8 5.3.3单孔换热量计算............................................................................................9 六、测试结果与建议 .....................................................................................................11 6.1钻孔深度与钻孔难易程度.............................................................................11 6.2测试数据整理与分析.....................................................................................11
四、热响应实验工程概况
4.1测试井定位
测试井两口，考虑到测试实用，测试井选择设置在装机附近。
4.2测试井参数
实验井 PE 管
形式 垂直井深（m） 垂直管长（m）
回填材料 安装方法 井口直径（mm） 外径（mm） 内径（mm）
连接管
供水管段（m） 回水管段（m） 连接全管长（m）
保温材料
4.3测试实验台搭建
3.2测试平台
该测试平台运行方式如下：将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的 HDPE管路相连 接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加 热器不断加热环路中的液体，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。 在闭式环路内的液体循环的过程中，将进/出仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记 录，来进行分析计算土壤的热物性参数。
地源热泵空调工程
岩土层热响应测试报告
2009年 月 日
目录
一、测试项目概况 ........................................................................................................1 二、热响应实验目的 ....................................................................................................1 三、热响应实验依据 ....................................................................................................1
Rs
=1 2πλ s
I( 2
rb aτ
)
∫ I (u) = 1
2
e-s s
d
s
平均导热系数：1.74085w/(m·K)
----------------------（1） ----------------------（2）
总热阻：0.520(m·K)/W
热容量2485.71 kJ/（m3·K）
5.3.3单孔换热量计算
4.5测试依据
《地源热泵系统工程技术规范》 GB50366-2005（2009年版）
4.5测试过程
第一步、保证在整个实验过程中都必须有足够的电力供应，将实验平台与控制柜通电； 热响应实验现场用电负荷：约为 10kw。第二步、将准备好的绝缘软管与实验设备连接起来， 将软管保温，以免影响实验效果。第三步、通过注水管向实验系统中注水，保障系统运行 的注水压力。第四步、在将实验系统中的空气排尽后启动循环泵，当流速稳定趋于恒定后， 开启电加热器，正式开始热响应实验，进行数据采集。在数据采集过程中，必须保证电源 的稳定，使数据能够连续不间断采集。第五步、埋管数据采集。测试采用计算机数据采集， 每隔 30s采集一次数据，每隔 2个小时自动存储一次数据，测试应记录进出水温度、循环 水流量、压力等测试相关数据。
1）U形PE管的管壁热阻可按公式计算
R pe
=
1 2πλ p
ln( de de （- d0
-
) di )
式中 Rpe ---地埋管的管壁热阻（m·K/W）
λ p ---地埋管导热系数[W/（m·K）]
d 0 - --地埋管的外径（m）
d i ---地埋管的当量直径（m）
2）土壤热阻
土壤热阻的计算是个非常复杂的过程，根据IGSHPA推荐的公式及数据，以线源理论为基础， 计算得出结果。
三、热响应实验依据
3.1测试原理
土壤型热交换器的设计，最主要就是确定地层土壤的平均导热系数，平均导热系数包含了 土壤（岩石）、回填料以及塑料管壁等导热的综合情况。根据线热源理论，在恒定热流密度时， 线热源温度与时间有待定的函数关系，模拟测试中我们设定固定电加热量，模拟恒热流密度工 况，记录测试中埋管进出水温度。由模拟值与测试值对比可计算出土壤平均导热系数，再根据 地源热泵规范的热阻计算方法计算热阻，从而计算出埋管换热量指标。
4.4测试平台误差控制
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为了确保实验结果的准确性，在实验前对温度传感器和流量传感器进行了标定和校正。对温 度传感器的标定实验室在水浴中进行的，以精确度为 0.1℃的精密水银温度计为基准，校正的温 度区间为 0~40℃，覆盖传热实验的整个温度区间。流量计的校正以实验台的循环水为对象，使用 变频器提不同的供水流量，在水压稳定后，采用称重法和体积法两种方法，进行对比标定，实验 发现，在 0.4~2m3/h 的流量区间内，该实验台使用的两台流量计的最大误差为 1.6%。综合温度测 量和流量测量的精度，该实验台的最大测量误差 3％。
换热孔的换热量是与换热管内的流体特性、换热管的材料特性、周围土壤的土质、土壤的赋水情 况及如果含水是否流动、回填料的特性及土壤的原始温度和换热管内流体的温度等诸多因数有关，这 些因素都直接影响着整个土壤换热器的换热能力，由于地下的土壤结构及分布比较复杂，只有通过测 试实验孔井绝对能力――综合传热系数来衡量整个换热孔的换热性能。通过分析数据计算出结果。
一、测试项目概况
本工程位于*市：为把该项目打造为节能示范项目，拟采用目前国际先进、节能高效、 绿色环保的空调系统—土壤热泵系统作为建筑空调的冷热源，实现节能减排。
二、热响应实验目的
土壤源热泵系统的设计，主要就是土壤型热交换器的设计。由于土壤源热泵设计的特殊性， 需要为后期进行地下换热器系统设计提供比较准确的数据依据，因此在设计前期必须对该工程 所在地做土壤的热响应测试实验。本测试实验的主要目的是通过实际测试孔勘查地质情况，并 通过测试获取该处的岩土热物性，特别是导热系数，从而获得土壤换热器的冬夏取放热量，为 项目决策和设计提供参考。
根据地源热泵系统工程技术规范：
夏季工况：
竖直地埋管换热器换热计算公式：
Lc = tmax - t H (Rpe +R s ×Fc )
式中： R pe ――U形管的管壁热阻； R s ――土壤/场地热阻； Fc ――制冷运行比例； Tmax ――设计最高进水温度； TH ――全年土壤原始温度；
单位井深换热量KC，W/m；
1#
2#
单U型
单U型
80
80
160
160
膨润土与细沙
机械自重下管
130
130
32
32
25
25
高密度聚乙烯管 HDPE
4
3
4
3
8
6
20mm 厚橡塑保温材料
试验台安装在自带的帐篷内，通过连接管道与地埋管构成循环系统。实验进水温度由实验台 配备的热泵和电加热器保证，温度和流量传感器均连接于测试台内，用于测试的控制计算机与测 试台的 CEP 控制模块与数据采集模块之间的采用 Ethernet 高速通信线路连接，以实现实用自动测 量。
五、数据整理与分析
5.1岩土层结构与传热分析
在钻孔的过程中，每隔一定深度采集地质样品，分析地质成分，为回填料的配置提供 依据。根据现场勘查的结果，地质情况如下：表 2 地层详细构成
1
表土
0-2米
2
粘土
2-15.8米
3
泥岩
15.8-30米
4
低风化泥岩
30-65米
5
微风化泥岩
65-80米
5.3.2埋管换热器热阻计算