土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定-论文.pdf

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1、第30卷第12期农业工程学报、b1．30NO．121922014年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJun．2014土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定张长兴，郭占军2，刘玉峰，孙始财，彭冬根(1．山东科技大学，山东省土木工程防灾减灾重点实验室，青岛266590；2．华北水利水电大学环境与市政工程学院，郑州450011；3．南昌大学建筑工程学院，南昌330031)摘要：在土壤源热泵系统现场热响应试验时，复杂的现场状

2、况会影响热响应试验中恒加热功率的实现，结合测试现场的实际状况，该文提出了非稳态热流工况下确定岩土热物性参数的方法。通过建立非稳态热流热响应试验系统模型，实施系统优化，使地埋管换热器进出水平均温度计算值和实测值的平方和最小，确定最优的岩土导热系数和容积比热容2个参数。对比同一测试地点的恒热流和非稳态热流热响应试验确定的2个热物性参数的结果，非稳态热流工况系统优化方法确定的岩土导热系数的相对误差为1．2％，容积比热容的相对误差为0．7％。同时，在非稳态热流工况下，利用系统优化方法确定热物性参数可适当缩短热响应试验的

3、测试时间，降低了测试成本，为土壤源热泵系统热响应试验的实施和岩土热物性参数的确定提供了重要参考。关键词：导热系数；热泵系统；岩土工程；热响应试验；非稳态热流工况；容积比热容doi：l0．39698．issn．1002—6819．2014．12．024中图分类号：TU111；TK52文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一12—0192-08张长兴，郭占军，刘玉峰，等．土壤源热泵非稳态热流热响应试验中岩土热物性参数的确定[J]．农业工程学报，2014，30(12)：192—199．ZhangCha

4、ngxing，GuoZhanjun，LiuYufeng，eta1．Determiningparametersofrock—soilthermalpropertiesinthermalresponsetestofground·coupledheatpumpunderworkingconditmnoftransientheatflow[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(

5、12)：192—199．(inChinesewithEnglishabstrac0客观上增加了试验成本。因此，当电加热功率不能0引言满足要求时，针对非稳态热流条件下确定岩土热物在进行土壤源热泵系统设计时，热响应测试性参数的方法进行研究是非常必要的。(thermalresponsetest，TRT)是获取岩土的热物性在利用热响应试验数据确定岩土的热物性参参数，进行地埋管换热器(groundheatexchanger，数时，主要应用“线热源”和“柱热源”两类地埋GHE)设计的重要手段⋯。中国2009年新修订的地管换

6、热器的解析解模型L6】。就数学反演算法而言，源热泵系统工程技术规范【2J(以下简称“规范”)中数据处理时主要有斜率法[10-11]和参数估计法。近新增了热响应试验的技术要求，明确了热物性参数年来，随着换热器数值模型研究的深入和优化算法的确定方法。热响应试验进行中，要求实施测试的的不断完善，参数估计法逐渐成为确定热物性参数水箱加热功率保持恒定，供电电压波动偏差不超过的主流计算方法，该方法以设定的目标函数值最小5％。同时，ASHRAE标准建议瞬时电加热功率的为计算收敛原则，利用遗传算法(geneticalgorit

7、hm，波动范围不应大于平均功率的10％，标准差应小于GA)、单纯形算法(simplexsearchalgorithm)、粒1．5％。这对现场热响应试验测试环境【4】和供电条件子群优化算法(particleswarmoptimization，PSO)、提出了较高要求。然而，现场热响应试验时，大功模式搜索算法(patternsearchalgorithm，PSA)等率用电设备较多，即使采用稳压电源，大功率设备估算岩土的热物性参数【l】，取得了较好的效果。的启停和运行也会使得电压发生较大幅度的波动，当热响应试验的电加

8、热功率出现波动时，非稳态热很难保证恒功率加热条件的实现。此时若采用规范流加热方式增加了热物性参数确定的难度。对于地中的数据处理方法确定热物性参数会产生较大的埋管换热器数学模型而言，由于非稳态热流的“热误差，而重新测试则必须等待1O～14d后进行J，流叠加”作用，会影响模型计算的准确性和计算速度；同时，参数估计用数学算法的选择也将影响热收稿日期：2013．12．09修订日期：2014—0