地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試方案

第1頁共5頁地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試內(nèi)容1.1熱相應(yīng)測試的意義與目的地源熱泵系統(tǒng)與其它空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比優(yōu)點(diǎn)突出。由于地層深處溫度常年維持不變，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冬季的室外溫度，而又明顯低于夏季的室外溫度，因此地源熱泵克服了空氣源熱泵的技術(shù)障礙，且效率有很大的提高，此外大地蓄存冬季系統(tǒng)排放的冷量、夏季排放的熱量，在地源熱泵系統(tǒng)中起到蓄能器的作用，進(jìn)一步提高全年的能源利用效率。這種一機(jī)多用的系統(tǒng)還包括節(jié)省建筑空間、無需冷卻塔和室外風(fēng)冷部分、對建筑外觀影響小、運(yùn)行費(fèi)用低、投資回報快、全年運(yùn)行均衡用電負(fù)荷以及低噪音、占地面積少、無污染物排放、不抽取并破壞地下水、壽命長等諸多的優(yōu)勢。目前歐洲和北美正大力發(fā)展和推廣應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，我國也已研究和應(yīng)用該技術(shù)。設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器需要知道地下巖土的熱物性參數(shù)。如果熱物性參數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計的系統(tǒng)可能達(dá)不到負(fù)荷需要;也可能規(guī)模過大，從而加大初期投資。確定地下巖土熱物性參數(shù)的傳統(tǒng)方法是首先根據(jù)鉆孔取出的樣本確定鉆孔周圍的地質(zhì)構(gòu)成，再通過查有關(guān)手冊確定導(dǎo)熱系數(shù)。然而地下地質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜，即使同一種巖石成分，其熱物性參數(shù)取值范圍也比較大。況且不同地層地質(zhì)條件下的導(dǎo)熱系數(shù)可相差近十倍，導(dǎo)致計算得到的埋管長度也相差數(shù)倍，從而使得地源熱泵系統(tǒng)的造價會產(chǎn)生相當(dāng)大的偏差。另外，不同的封井材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現(xiàn)場直接測量才能正確得到地下巖土的熱物性參數(shù)。通過現(xiàn)場測試的方法,確定土壤的基本參數(shù),如土壤的原始地溫，土壤的導(dǎo)熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，為地源熱泵地埋管系統(tǒng)的模擬分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；同時確定地埋管換熱器單位延伸的放熱量及取熱量，為地源熱泵地埋管換熱器的設(shè)計和施工提供依據(jù)。1.2熱響應(yīng)測試的原理與方法實(shí)驗(yàn)主要在三個方面展開：首先是熱響應(yīng)測試，測出土壤的無干擾條件下的初時溫度；模擬夏季空調(diào)的制冷試驗(yàn)和冬季的制熱試驗(yàn)，測量井埋管換熱器的放熱能力和取熱能力。地埋結(jié)束后立即將管內(nèi)充滿清水，并進(jìn)行封口，一個星期左右孔內(nèi)回填材料已經(jīng)充分凝固，管內(nèi)清水已跟大地充分換熱，因此測試必須在埋管封口后一周左右時間進(jìn)行，測試開始打開循環(huán)水泵直接測試進(jìn)、出孔溫度，以出孔溫度作為土壤平均溫度。放熱試驗(yàn)是模擬夏天的空調(diào)運(yùn)行工況，空調(diào)系統(tǒng)通過制冷設(shè)備把各房間的熱量抽取出來，通過地埋管換熱器排向地下土壤，因此，地埋管換熱器在夏天的功能猶如一般空調(diào)的外機(jī)。測量地埋管在夏天的放熱功能，就是根據(jù)空調(diào)運(yùn)行所對應(yīng)的冷凝溫度，制成一定溫度的熱水，通過循環(huán)水泵使熱水在埋設(shè)的PE管中以一定的速度流動。熱水的溫度高于地下土壤的溫度，在PE管的流動過程中，把熱量傳導(dǎo)到土壤中去。地埋管的傳熱功率就是計算循環(huán)水的實(shí)際放熱功率。取熱試驗(yàn)應(yīng)用于冬天的熱泵供熱工況。在冬天，地源熱泵以地下土壤作為熱源，通過埋設(shè)的地埋管換熱器從地下土壤層收取熱量。測量地埋管冬天的傳熱功能，就是根據(jù)熱泵運(yùn)行所對應(yīng)的蒸發(fā)溫度，制成一定溫度的冷水，通過循環(huán)泵驅(qū)動冷水在埋設(shè)的PE管中以一定的速度流動，由于PE管內(nèi)循環(huán)水的溫度低于周圍土壤的溫度，冷水在PE管中的流動過程中，從土壤里吸取熱量，溫度升高。地埋管的取熱試驗(yàn)就是根據(jù)循環(huán)水在PE地埋管中流動過程中從土壤中吸取的熱量，來確定地埋管在取熱過程中的傳熱能力。1.3測試步驟與要求試驗(yàn)按單U豎直埋管型式，埋管深度有甲方定。要求具體如下：合理制定試驗(yàn)方案，盡可能排除擾動因素，降低試驗(yàn)誤差。根據(jù)現(xiàn)場及設(shè)計條件，進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)，合理選擇試驗(yàn)鉆孔位置，避免傳熱干擾，同時兼顧將來運(yùn)行中地溫監(jiān)測的要求，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。測量并提供地下土壤的初始溫度分布。按照設(shè)計工況測試，提供埋管取熱、放熱特性，并進(jìn)行分析對比。根據(jù)甲方要求進(jìn)行地下熱響應(yīng)的模擬分析，分析取熱與放熱能力、分析運(yùn)行一個制冷季節(jié)結(jié)束時土壤放熱和一個制熱季節(jié)結(jié)束時土壤取熱能力的變化、以及冷卻塔的選取與運(yùn)行建議。1.4系統(tǒng)誤差控制為了確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)結(jié)束前后對溫度傳感器和流量傳感器進(jìn)行了標(biāo)定和校正。溫度傳感器的校正：對試驗(yàn)臺的所有PT100溫度傳感器進(jìn)行了校正試驗(yàn)，采用恒溫水浴，使用空調(diào)和室外空氣創(chuàng)造基本穩(wěn)定的水浴溫度。以2級精度的精密水銀溫度計為基準(zhǔn)，校正的溫度區(qū)間為0～40℃，覆蓋傳熱試驗(yàn)的整個溫度區(qū)間。流量傳感計的校正：對流量傳感器進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)，在保證試驗(yàn)臺供水揚(yáng)程穩(wěn)定的情況下，對試驗(yàn)臺使用的兩個渦輪流量傳感器進(jìn)行了校正試驗(yàn)，采用稱重法和體積法，與數(shù)據(jù)采集進(jìn)行對比，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在0.5m3/h的流量時，該試驗(yàn)臺使用的兩臺流量計的誤差小于1%。1.5測試溫度控制條件每口地埋管換熱器的測試分三個階段進(jìn)行，分別測得地埋管換熱器的土壤熱物性參數(shù)、單位井深的放熱量和單位井深的取熱量。在土壤熱物性的測試過程中,保證恒定的加熱功率，測得地埋管換熱器隨時間的變化規(guī)律，通過曲線擬合求得土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。放熱測試中，調(diào)整加熱功率以及流量最終使進(jìn)出地埋管換熱器進(jìn)出水溫度穩(wěn)定在35℃和30℃左右；取熱測試中，調(diào)整加熱功率以及流量最終使進(jìn)出地埋管換熱器進(jìn)出水溫度穩(wěn)定在7℃和12℃左右。1.6測試臺裝置與測試結(jié)果分析圖3－1測試系統(tǒng)原理圖1.加熱水箱;2.溫度控制器;3.補(bǔ)水箱;4.水泵;5.變頻器;6.壓力傳感器;7.集水器和分水器；8.渦輪流量傳感器;9.溫度傳感器;10.數(shù)顯功率表地埋管單位埋管長度放熱能力的測試調(diào)整加熱器的功率，根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)的流量和進(jìn)出口溫度,可計算得穩(wěn)定狀態(tài)下,單位延深的放熱能力控制的變量:a加熱器的功率；b進(jìn)出地埋管的流量；測量的變量：進(jìn)出地埋管循環(huán)水的溫度和流量；地埋管單位延埋管長度熱能力的測試運(yùn)行熱泵機(jī)組,通過地埋管換熱器不斷的取出地下土壤的熱量。觀測土壤溫度的變化,控制溫度保持在一個較低的溫度下,通過溫度控制器來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行一段時間,當(dāng)進(jìn)出口溫度保持恒定時計算制冷量。控制的變量控制的變量:a加熱器的功率；b進(jìn)出地埋管的流量；測量的變量：進(jìn)出地埋管循環(huán)水的溫度和流量。1.7打井與埋管施工方案1、施工前要確保打井地點(diǎn)地下的工程情況不受干擾，要避開市政給排水、地下電纜光纜以及人防工程。2、鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿水從鉆孔位置冒出地面，施工前應(yīng)制訂好排水措施，在排水溝的末端挖一個泥漿池，將鉆孔過程中產(chǎn)生的泥漿在泥漿池中沉淀，可收集作為回填物之用。3、保證單U型管的順利下管和周圍土壤的良好的熱傳導(dǎo)性，鉆孔孔徑取130mm。埋管井深為100m或由業(yè)主定。4、鉆孔施工完成后孔壁必須保持完整。如果施工區(qū)地層土質(zhì)比較好，可以采用裸孔鉆進(jìn)；如果是砂層，孔壁容易坍塌，則必須下套管。5、下管管材采用高密度聚乙烯管（HDPE100），公稱外徑D32，壁厚為3.0mm。下管形式為單U型。6、回填材料參照《地源