垂直地埋管现场热响应试验研究

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1、第6卷201第12期分析研究2O11V01．6NO．2垂直地埋管现场热响应试验研究姚文江，杜建国，徐雪球(江苏省地质调查研究院，江苏南京210018)摘要：地源热泵技术主要利用浅层地热能为建筑物供暖和制冷，有着节能减排、高效环保等优点。本文阐述了江苏沙家浜温泉国际度假中心垂直地埋管热响应试验所取得的实效。关键词：地源热泵；垂直地埋管；热响应试验中图分类号：TK521文献标识码：A文章编号：1007-I903(2011)02-0018-07=地源热泵技术是一种利用浅层大地能量向建筑物(1l1-r)4-等风4-To㈩供冷供热的系统，是一项值得大面积推广的建筑供能式

2、中：一埋管内流体平均温度(入ICl与出口的技术。为了合理利用和开发浅层地温能，需要对项目平均值)(℃)；建设地的地下土壤热物性、换热孔地下单位换热量、Oh。=加热功率，(W)；热影响半径等参数进行现场测试，为工程设计提供技——土壤的平均热导率(w／(m-℃))；术参数。n——热扩散率(m／s)；沙家浜温度假中心位于常熟市沙家浜风景区旁，卜测试时间(S)；占地212亩，总投资约12亿元。半径(m)；卜欧拉常数；1测试目的及意义Rh——钻孔热阻(m·℃／W)；～岩土远处未受扰动的温度(℃)。通过垂直地埋管现场热响应试验获得埋地换热器计算式(1)可写为线性形式：与周

3、围土壤问的换热规律、每延米井深的换热量、地=kh+111(2)下岩土的热物性参数以及周围土壤温度的变化情况等，七=)为设计地源换热系统以及整个热泵系统提供依据。111--等[【in4a4-】-I-To(4)2测试原理及装置c=／a(5)(1)测试原理—=巨白(6)地埋管换热器的热响应特性试验在理论上可以归结为，在一定热流边界条件下的非稳态传热问题。其C_～土壤比热容；数学解析主要有两种模型：基于线热源理论的线模型；Q地埋管中心温度(℃)；基于圆柱热源理论的柱模型。本试验采用了线热源数Q。一地层初始温度(℃)。学模型。由(1)～(6)式可以计算得出地层的换热量、

4、根据线热源理论，流入与流出地埋管的水温平值土壤的平均热导率和热扩散率a。的计算式为：(2)测试装置姚文江(1971一)，男，高级工程师，硕士，水文与水资源专业，江苏省地质调查研究院，南京市珠江路700号地质大厦2100l8，13770349449，njzOk@21cn．CO1TI2Oll2OllVo1．6No．2姚文江等：垂直地埋管现场热响应试验研究第6卷第2期本次试验采取恒温测试方法，试验装置主要由控数主要包括进出口温度以及流量等，其中温度通过制主机和测量系统两部分组成(图1)，图2给出了主Ptl000型铂电阻测量，测量精度为0．1℃，流量通过电机部分的结构

5、原理图与测试现场图，其中加热功能主磁式流量计测量，流量启动值为0．0073m3／h，分辨率为要依靠盘管加热器，冷却功能由压缩机、冷凝器、膨0．001m／h。胀阀和蒸发器组成的封闭制冷循环来完成。测量参1——保温水箱；2——测试仪壳体；3——埋地换热器；4——循环泵；5——加热器；6——蒸发器：7——控制器；8——压缩机；9——膨胀阀；10——冷凝器；11——冷却风机图1埋地换热器试验系统原理在试验过程中，先后测定埋地换热器的取热能力要求回归系数大干0．85～0．90范围，否则表明测和排热能力，并且通过地下换热量随流体平均温度的试结果严重偏离线性关系，则需通过方

6、差分析确定补线性变化的拟合方程来确定测试数据的有效性。一般做试验工况，以保证测试数据的可靠性。(a)现场测试仪(b)钻孔换热器图2埋地换热器测试现场图3测试步骤钻凿。根据本地区地层结构，为了提高钻孔效率和减少(1)打井钻孔成本，钻孔深度为120m。钻进设备采用SP—l50本次测试钻凿2眼测试孔，两井相距80m，为进型水文钻机、泥浆正循环、回转钻进方法。一步了解该区域内钻孔的难易、费用和换热效率等情(2)下管及回填况，根据建设单位要求和现场的实际情况，选择具有换热器管材采用中32mm、壁厚3mm，地质代表性和实际操作性强的地点进行换热测试孔的PE100SDR11

7、聚乙烯管。其底部的双u型弯头与竖直20112O11第6卷第2期分析研究V01．6NO．2管采用电熔连接。为避免竖直两管接触造成短路，两冬季结果偏小一些，而夏季结果偏大一些，本试验时管之间每隔3．5m安装管道固定卡一个，以保证两管间间范围内的测量结果属于冬季工况范畴。距固定。下管前冲水打压至1．6MP，下管是利用配重重力自然下入，当下管困难时，用钻杆下顶辅助下管，30——地埋进水温度下管完毕后填入回填料密实孔隙，为了提高填料的密28一地埋出水温度26实程度，要严格控制填料的速度，沿孔壁四周均匀慢24速填料，减少因填料过快而造成填料在孔内搭桥的机G2220会，本次

8、回填料为细砂。回填完毕后再次打压至0．