土壤熱響應測試

1、土壤熱響應測試土壤熱響應測試的主要目的是了解巖土體的基本物理性質(zhì)，在此基礎上，掌握巖土體的換熱能力，為地源熱泵系統(tǒng)設計人員結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、負荷特點等設計系統(tǒng)優(yōu)化方案提供基礎數(shù)據(jù)，以保障系統(tǒng)長期運行的高效與節(jié)能。如果物性參數(shù)不準確，則設計的系統(tǒng)可能不能滿足負荷需要，也可能規(guī)模過大，從而大大增加初投資。國外學者Kavanaugh的研究結(jié)果表明，當?shù)叵聨r土的導熱系數(shù)或?qū)叵禂?shù)發(fā)生10%的偏差，則設計的地下埋管長度偏差為4.5%5.8%。目前土壤的導熱特性主要有三種獲得方式：利用簡化模型數(shù)值計算、利用經(jīng)驗估算、做土壤熱特性測試。單純的按照簡化模型計算往往誤差過大；經(jīng)驗的估計值在方案分析階段有一定的參考價

2、值，但一直以來設計人員只能在某種土壤或巖石導熱系數(shù)范圍內(nèi)保守取用較低值，導致設計鉆孔的數(shù)量比實際需要的多，從而增加了項目投資成本；只有在地源熱泵規(guī)劃施工場所現(xiàn)場進行土壤熱特性測試才能夠獲得完整和準確的土壤數(shù)據(jù)。土壤熱響應測試裝備包括構(gòu)件：試壓、保壓后的成井巖土熱物性測試儀及其配套軟件，由IGSHPA（國際地源熱泵協(xié)會）推薦，美國原裝進口數(shù)據(jù)采集儀:土壤導熱能力測試數(shù)據(jù)采集記錄儀HOBOFlexSmartLogger；目前采用HOBOwareProversion2.3.1，由美國OnsetComputerCorporation開發(fā)提供模擬量輸入輸出模塊進出水溫度、流量、電流、電壓傳感器電腦及其顯

3、示設備信號、電源連接線穩(wěn)定的單相交流電源現(xiàn)場測試裝備總圖土壤熱響應測試原理如圖所示，由于泵的作用，流體由A口進入，傳感器采集信號。流體通過泵后，由電加熱器加熱，加熱的流體溫度信號由傳感器采集，然后流體從B口流出，輸入到埋置于深層巖土中的PE管內(nèi)，導管內(nèi)加熱的流體與深層巖上進行熱交換后，又從A口返回到儀器內(nèi)，形成封閉的循環(huán)。將在一定時間內(nèi)連續(xù)采集到的功率、溫度等參數(shù)作為測量數(shù)據(jù)，再由線熱源理論公式求出巖土的平均導熱系數(shù)，繼而對地埋管進行換熱計算，達到檢測目的。數(shù)據(jù)輸出通過專用程序軟件來實現(xiàn)，將采集到的數(shù)據(jù)以特殊的格式存儲在控制柜中的電腦里，也可轉(zhuǎn)移到其他計算機中；根據(jù)所收集數(shù)據(jù)通過專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟

4、件進行數(shù)據(jù)分析。測試具體步驟第一步，保證在整個試驗過程中都必須有足夠的電來供應，將實驗平臺與控制柜通電；第二步，將適配器（測試設備的一種部件）安裝在地下?lián)Q熱器上；第三步，將準備好的絕緣軟管與試驗設備連接起來，將軟管保溫，避免受外界環(huán)境影響（如太陽下直射等因素），有必要用帳篷進行遮蓋，以免影響試驗效果。第四步，通過注水管向試驗系統(tǒng)中注水，保證系統(tǒng)運行的注水壓力。第五步，在將試驗系統(tǒng)中的空氣排盡后啟動循環(huán)泵，當流速穩(wěn)定趨于恒定后，開啟電加熱器，正式開始測試實驗，進行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集過程中，必須保證電源的穩(wěn)定，使數(shù)據(jù)能夠連續(xù)不間斷采集。采集數(shù)據(jù)包括：孔徑、孔深、大地初始溫度、連續(xù)測試時間的地下溫

5、度等。第六步，數(shù)據(jù)采集時間：分別于08-3-3下午16時至08-3-4下午15時，共計23小時的時間連續(xù)對試驗孔進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，在測試過程中每隔1.5分鐘進行一次數(shù)據(jù)采集。開啟電加熱前后分別記錄地下環(huán)路中水與土壤換熱的數(shù)據(jù)情況。如下圖所示，為地下?lián)Q熱器內(nèi)進出水溫度隨加熱時間變化全過程曲線：曲線最后慢慢趨于穩(wěn)定，可作為分析計算依據(jù)。土壤原始溫度在測試初始階段，首先對地下土壤的原始溫度進行測試，為以后進行地下?lián)Q熱器的設計提供參數(shù)。開啟水泵循環(huán)直到測試流體的進出水溫度趨于恒定，這時可以認為該溫度值即為地下?lián)Q熱器埋深范圍內(nèi)的巖土層的原始平均溫度。土壤平均導熱系數(shù)計算地埋管土壤換熱測試實驗的理論基礎是開爾文的線源理論，以下公式描述了線源理論，我公司的實驗軟件就是以此理論為基礎。a導溫系數(shù)入一一導熱系數(shù)H管子長度0積分常量t實驗開始時間q熱量T溫差rb鉆孔半徑cv定容比熱單孔換熱量計算換熱孔的換熱量是與換熱管內(nèi)的流體特性、換熱管的材料特性、周圍土壤的土質(zhì)、土壤的賦水情況及如果含水水是否流動、回填料的特性及土壤的原始溫度和換熱管內(nèi)流體的溫度等諸多因數(shù)有關，這些因素都直接影響著整個土壤換熱器的換熱能力，由于地下的土壤結(jié)構(gòu)及分布比較復雜，只有通過測試試驗孔井絕對能力綜合傳熱系數(shù)來衡量整個換熱孔的換熱性能。對于夏季工況：豎直地埋管換熱器鉆孔長度計算宜負荷下列公式：色EER侃+耳