地源热泵地下热响应实验的改进与应用分析

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1、河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1课题研究的背景及意义我国是发展中国家，正逐步成为世界上的能源使用大国，因而我国更应该将节能问题作为国家经济发展中首要解决的问题之中。在国家科技部和建设部从“九五”到“十一五”课题中，节能一直是主[1]要研究内容之一；而“十一五”攻关课题中，节能再次被提到了更加突出的位置。同时，《可再生能源法》的实施为可再生能源的开发和利用提供了可靠的政策法规保障。通过实施可再生能源和新能源高新技术产业化专项研究，提高可再生能源和新能源产业的技术创新能力，并借助于政策和法规推动我国可再生源和新源技术持续、快速、健康发展。解决暖

2、通空调领域的能耗问题是多方面的结果，首先要考虑是空调负荷，解决建筑围护结构本身所造成的空调负荷增加，即建筑节能，同时须考虑应用高效节能空调新技术。从上世纪末到本世纪的初期，传统空调技术主要注重各种空调机组设备效率的提高，这只能够在一定程度上部分降低暖通空调的能耗，而关键技术是要从全局的角度对整个空调系统进行研究，降低空调领域过高的能耗。因此，作为冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术，正受到人们的日益重视和关注。目前人们公认采用地源热泵技术是解决空调系统的能源与环境问题的一项有效措施，发展和应用地源热泵空调系统已成为暖通空调可持续发展的基本出发点之一

3、。[2]根据地热资源的种类和方法不同，地源热泵可以分为三种：土壤源热泵，地下水源热泵和地表水源热泵，习惯上将土壤源热泵称之为地源热泵。由于地下水和地表水资源有限，并且水质不一定满足要求，适用范围受到限制。此外，抽灌地下水可引起地质结构的破坏和水质的污染，不具有可持续性发展的优势。地表水的温度随外界气温发生季节性变化，使用效率低。因此，一般研究和应用较多的是土壤源热泵。地源热泵技术在国内已经得到一定的应用，但是由于前期投资较高，所以在推广应用方面受到一定得阻碍。为了能合理的设计出地埋换热系统，降低成本，准确掌握土壤的热物性就成了关键。20092年颁布的

4、《地源热泵工程技术规范》中已明确提出，在空调面积大于5000m时，地埋系统的设计之前，[3]需进行岩土热物性的测试。测试的主要目的是了解岩土体的基本物理性质，在此基础上，掌握岩土体的换热能力，为地源热泵系统设计人员结合建筑结构、负荷特点等设计系统优化方案提供基础数据，以保障系统长期运行的高效与节能。随着我国地源热泵技术的蓬勃发展，系统出现问题的增加，地埋管换1地源热泵地下热响应实验的改进及应用研究热器的设计工作受到越来越多的重视，因此近几年国内出现一批岩土热物性的测试设备，岩土体热物性参数测试工作也逐步被业内人士所关注。§1-2国内外测试技术发展现状

5、1-2-1国际发展现状在20世纪80年代以前，研究地热能的技术人员通常在钻孔中采集岩土样品，实验室中通过稳态测试法确定平均导热系数。这种方法在国际地热协会的多项研究课题中得以应用。虽然上述过程在取样、分析中误差较大，但仍然广为应用。随后又提出瞬态测量的探针法确定岩土体的平均导热系数，这在一定程度上减小了测量时间和测量误差。然而，在一些实际工程应用中，探针法在测量区域和测量深度上都存在局限性，其数据的重复性和可靠性都不理想。20世纪80年代中期以后，随着地源热泵技术在一些欧美国家的推广应用，岩土体热物性测试技术，即野外现场原位测试技术应运而生。1983

6、年，瑞典Morgenson就把这种测试土壤传热特性的方法定义为“热响应”。1995年他就开始建设这个测试实验。1996年，Eklof与Gehlin利用同样的方法探讨并设计出一套可移动的测试设备，研制了第一台测试设备——TED。根据热响应原理，就可以估计出土壤的热容。Gehlin与Nordell利用这套可移动的测试设备，对瑞士各地的土壤传热特性进行测试，于1998年公布了他们测试的土壤传热特性数据，并应用于地源热泵工程。随后德国、美国、加拿大、荷兰、瑞士、挪威、英国、土耳其、韩国等国家相继开发了多样形式的测试装置（如便携式、车载式等），积累了丰富的实践

7、经验和大量的数据。有些企业已经批量生产这种测试仪，为地源热泵系统研究、设计和施工部门提供设备或承担测试任务。例如美国EwbankGeoTestingpioneersin-situthermalconductivitytesting公司,美国奥克拉荷马大学（MechanicalEngineeringTechnologyOklahomaStateUniversity）；美国奥勒冈州技术研究所地热中心（OregonInstituteofTechnology,Oregon）；荷兰（GroenhollandBV,Amsterdam）;瑞士洛桑联邦理工大学(Ec

8、olePolytechniqueFédéraledeLausanne(EPFL),Switzerland)；