地源热泵地埋管岩土热响应测试方法与应用

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1、节能科技地源热泵地埋管岩土热响应测试方法与应用程嘉玮’。唐超权，陈振乾。(1．南京栖霞建设集团有限公司，okY,210037；2．东南大学建筑设计研究院，OkY,,210096；3．东南大学能源与环境学院，南京210096)摘要：地源热泵地埋管热响应测试是研究土壤热物性参数及地埋管换热器性能最有效的方法之一。文中结合南京某办公楼一个地源热泵测试工程实例，探讨了地源热泵热响应测试的测试步骤、测试方法和数据处理。通过对地埋管进出口水温、流量和加热功率的实时采集，分析研究了土壤的热物性以及地埋管热响应的放热和取热量。关键词：地埋管换热器；土壤热物性；热响

2、应中图分类号：TK11+3文献标志码：B文章编号：100I一5523(2012)01—0036—04通过可控硅可实现加热功率0-6kW的连续调节。在测试台随的设计过程中，不针对某一具体的埋管形式，整个测试装置可以适应任意埋管深度(30-150m)和埋管形式(单、双U型，w型)的冷热负荷要求。并同时可以进行两口地热换热的对比测试。数据采集系统采用研华4015和4O18+模块采集温度和模拟信号，并通过组态软件读取数据，在实际的调用数据分析过程中可以调用大于1s的任意间隔段的数据。测试系统还包括自主开发的VB数据分析软件，对坝4试的数据进行分析，通过曲线

3、拟合和时间平均的方法得出土壤热物性和换热性能等重要参数。通过DDE(动态数据交换)连接，使VB软件和组态软件成为一个整体(图2)，操作时十分方便，在测试试验结束时即可得到地热换热器的相关参数。测试过程分为热物性测试、地热换热器放热性能测试和地热换热器取热性能测试三个阶段。在热物性测试过程中，使用1测试基本原理与装置介绍电热器保持恒定的加热功率，加热流体通过旁通管，不需要测试装置自制冷系统、电加热系统和数据采集三系统组热泵机组即可完成。在地热换热器放热性能测试时，主要采成。制冷系统为～台LAW040H(S)／2热泵机组，制冷量为用热泵机组来加热流体，

4、用辅助电加热器来保证埋管进出口温度为定值。取热测试过程比较复杂，为保证系统热量的平12．5kW，制热量为13．5kW。电加热器系统见图1，它分为前衡，需要同时启用前置、后置加热器来满足不同埋管冷负荷置加热器和后置加热器，目的是在取热测试中，实现冷热补的要求。偿保持出口温度为一恒定的值，电热器的最大功率为6kW，节能科技表1试验井埋管的施工和安装数据试验选用的井埋管编号l#井埋管前，使系统水泵启动循环(20—30)min，观察流体进出口温度一地热换热器；2一流量计；3．温度传感器；4一变频器；5一温的变化曲线，当温度达到稳定时的出口温度即可认为是地下

5、室器；6一功率表；7一热泵机组；8一旁通管；9一可控硅模块土壤的无干扰温度。第二种也是在测试开始前，沿着冲满水图1地源热泵热响应测试原理图的u型管放入一根热电偶测定管内不同深度的水温，其平均值可以认为近似等于周围土壤的无干扰温度[31。本测试台采用第一种方法，在没有打开电加热器的条件下，启动水泵运行20min，每隔1min记录一次地埋管进出口水温。地埋管进口温度不断升高至与出口温度相等。如果水泵继续运行，水泵的放热会使进出口温度缓慢升高，则关闭水泵并将进出口温度相等时刻的温度近似等于地下无干扰地温。本工程测得土壤原始温度为19．2oC。4土壤导热系

6、数测定土壤导热系数是地源热泵设计过程中最基本和最重要图2地源热泵测试软件的参数，它直接和地源热泵系统的地埋管换热器的面积和参数有关。测试地埋管工程应用在现场测试过程中，使测试工况和运行工况一致，并采用南京某办公楼地源热泵热响应测试。工程试验井为双线热源模型方法·对测试数据进行分析。J型地埋管换热器，换热器型号为HDPE100，公称外径为5ITllrl。井内埋管通过水平连接管i酋连接至试验台。连接管道=M黾20[rlnl厚的橡树保温材料进行保温以减少连接管道和环(1n(㈠](1)境的热交换。计算埋管换热量时要将地表面上水平与垂直埋式中，，为平均温度(

7、℃)；Q为功率(w)；为导热系数旨的热交换扣除，相关测试数据见表1。(W／m，K)；H为有效孔深(m)；c为测试持续的时间(s)；口为热量扩散率(mZ／s)；Rb为导热热阻[KlfWlm)】；为欧拉系3土壤原始地温测试数(O．5772)；rh为孔的外径(m)；为土壤的视(oC)。土壤原始地温测试一般在钻孔、埋管、回填工程全部完以上公式可简化为：：k·in(t)+m(2)工后(3～5)d进行，以消除施工对地温的影响。获得土壤原始这里的太和m是定值。膏=—4兰t~H一(。)r地温的方法有二种，第一种为测试装置在加热器切入运行节能科技p＼疆的热泵供热运行

8、。耳义热测试是热泵机组制取对应蒸发温度的=，]㈤冷水，通过循环泵驱动冷水在埋设的PE管中以一定的速度流动计算循环水的取热量