热响应测试实例及问题分析

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1、20112O11V01．6No．3席雪萍等：热响应测试实例及问题分析第6卷第3期热响应测试实例及问题分析席雪萍，孙振营(天津市地质工程勘察院，天津300191)摘要：地埋管地源热泵系统开发利用前景广阔，本文尝试采用基于圆柱热源理论的柱模型，在天津市静海县团泊新城，为某竖直地埋管建设项目设计了2组取热和2组排热工况热响应测试试验，为地源热泵系统优化设计与节能运行，提供了必要的数据依据。同时我们还总结了热响应测试过程中应该注意的问题，为以后工作提供了建议。关键词：地源热泵；圆柱热源理论；热响应试验中图分类号：TK521．2文献标识码：A文章编号：1007-1

2、903(2011)03-0049-05浅层地热能属于清洁、可再生资源。地埋管地源论；1954年Ingersoll等人对其进行了进一步的阐述；热泵系统，由于量大面广，具有广阔的开发利用前景。1991年经过Deerman和Kavanaugh改进，理论更加趋现场热响应测试是地埋管地源热泵系统开发利用于完善；2001年Bernier改进模型可用于变流量的情浅层地热能资源的首要技术程序，通过现场试验，可形；现今，还有很多学者对算法进行研究，使得计算以掌握浅层土壤在外界热激励作用下的动态响应过程，过程更为快捷，计算精度也更高。本文计算主要参考获得土壤初始温度、热物性

3、参数以及地下换热规律，了LouisLamarche等人最近提出的改进G函数模型，为地源热泵系统优化设计与节能运行提供必要的数据计算公式如下。依据。地下换热量q(W／m)是根据流量和进出口温差获得本文采用基于圆柱热源理论的柱模型，在天津市的，即：静海县团泊新城，为某竖直地埋管建设项目设计了2mcp一tc)组取热和2组排热工况热响应测试试验，测试结果得gH到了专家认可，并且与室内热物性参数测试结果基本(1)一致。同时我们还总结了热响应测试过程中应该注意对于钻孔内稳态传热过程，满足：的问题，为以后工作提供了建议。tr—t6=g(2)1测试原理=]．1n(等(]

4、]+(赤}热响应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，其数学模型包括基于线热(3)源理论的线模型和基于圆柱热源理论的柱模型。与线在钻孔传热分析中，G函数定义如下：热源模型相比，圆柱热源模型考虑了埋地换热器内部流体换热在内的整个钻孔传热热过程，以及回填影响、一=G(f，)(4)不均匀热流、热短路等诸多因素，更加能够准确反映埋地换热器与周围岩土的真实换热状况。本文采用基于圆柱热源理论的柱模型。G(，)：erfc(yz)普DAl947年Carslaw和Jaeger首次提出了圆柱热源理(5)20l12011第8卷第3期技术应用Vo1．6NO

5、．3数(W／(m·K))，K为循环介质与u形管内壁的对流换热：厨P咖()一咖()系数(W／(m2．K))，D为地埋管两根管子的中心距(1TI，toP—r(f12+1)e—z2a一为平均土壤初始温度(。C)，为钻孔半径(m)，f为计8：6、算时间(S)，为热扩散系数(m2／s)，为土壤热导率(W／120·K)，P，呢为误差函数，G(t)为G函数。DB：√咖(y)一0．s(r咖()+为了计算方便，求解G函数及换热实验结果处理，／一f12+4erfc(√—er：(P—：+1)-O,5(er2p：一+eY2(f12+4))均通过编制程序来完成。~(7)2测试装置

6、其中：=rblH，f=f／=H2，=3／2~-测试装置主要由控制主机和测量系统两部分组成，主机部分的结构原理见图1所示。其中加热功能主要由上可知，只要通过土壤换热实验获得了地下换依靠盘管加热器，冷却功能由压缩机、冷凝器、膨胀热量q和流体平均温度fr之间的关系，就可以进一步阀和蒸发器组成的封闭制冷循环来完成。测量参数主通过参数估计法来获得土壤的导热系数。要包括进出口温度以及流量，其中温度通过Ptl000型铂电阻测量，测量精度为0．1℃；流量通过电磁式流量t，一to计测量，测量精度为0．00lm／h。㈦在本次地下换热实验中，埋地换热器的平均流体温度变化范围为

7、25～32℃和5～10℃，这与地源公式中：m为质量流量(kg／s)，c为定压比热(J／热泵系统的实际运行工况基本接近。在实验过程中，‘K)，H为埋地换热器的有效深发(m)，f，和t、分别先后测定埋地换热器的取热和排热能力，并且通过地为进口／出口水温(℃)，f，为流体平均温度(。C)，且下换热量随流体平均温度的线性变化的拟合方程来tF(t~％)／2，为钻孔壁温度(℃)，为钻扎总热阻(mK／确定测试数据的有效性。一般要求回归系数大干w)，di为埋管内径(m)，为埋管外径“n)，为钻孔O．85～0．90范围，否则表明测试结果严重偏离线性关直径(m)，埋管管壁导

8、热系数(W／(mK))，钻孔回系，则需通过方差分析确定补做试验工况，以保证测填材