熱響應(yīng)測(cè)試報(bào)告

1、石家莊地源測(cè)試項(xiàng)目巖土熱響應(yīng)研究測(cè)試報(bào)告天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院2010年11月21日石家莊地源測(cè)試項(xiàng)目:熱響應(yīng)研究測(cè)試報(bào)告測(cè)試人員: 編制人: 審核人:測(cè)試單位:報(bào)告時(shí)間:天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院2010年11月21日、項(xiàng)目概況二、地埋管換熱器鉆孔記錄2.1鉆孔設(shè)備2.2鉆孔記錄三、測(cè)試目的與設(shè)備四、測(cè)試原理與方法4.1巖土初始溫度測(cè)試4.2地埋管換熱器換熱能力測(cè)試五、測(cè)試結(jié)果與分析5.1測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布置5.2測(cè)試時(shí)間5.3夏季工況測(cè)試5.4冬季工況測(cè)試5.5穩(wěn)定熱流測(cè)試5.6測(cè)試結(jié)果5.7結(jié)果分析目錄3.3.5.6.9.1014172020一、項(xiàng)目概況建設(shè)單位河北省電力研究院建設(shè)地點(diǎn)石家莊建筑規(guī)模建筑面積3.

2、6萬平方米工程名稱地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)工程工程總體工作量：根據(jù)本工程特點(diǎn)和場(chǎng)地范圍內(nèi)的巖土層物理、力學(xué)性質(zhì), 地源熱泵地埋管換熱器地?zé)犴憫?yīng)埋管測(cè)試采用雙U豎直埋管形式，GB50366-2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范(2009年版)中，對(duì)地源熱泵系統(tǒng) 的前期勘察測(cè)試工作做了補(bǔ)充規(guī)定：30005000m2宜進(jìn)行測(cè)試，5000m2以上應(yīng) 進(jìn)行測(cè)試，10000m2以上測(cè)試孔數(shù)量不應(yīng)少于2個(gè)。本工程根據(jù)實(shí)際狀況，在場(chǎng) 區(qū)內(nèi)測(cè)試鉆孔2個(gè)，具體位置由建設(shè)單位會(huì)同設(shè)計(jì)院現(xiàn)場(chǎng)確定， 實(shí)際測(cè)試孔參數(shù) 如下:1) A孑L:雙U管DN32，孔徑298mm，鉆孔深度為自然地面以下 92.5米, 采用

3、膨潤(rùn)土、細(xì)沙與原漿混合比例為 1:3:3作回填材料回填。2) B孑L:雙U管DN32，孔徑300mm,鉆孔深度為自然地面以下 92.8米, 采用原漿與細(xì)砂混合物回填材料回填。工作量范圍:1)地埋管換熱器鉆孔施工;2)3)4)地埋管換熱器埋管施工；實(shí)驗(yàn)測(cè)試；撰寫測(cè)試報(bào)告，提供設(shè)計(jì)院圖紙?jiān)O(shè)計(jì)所需的測(cè)試報(bào)告等資料。二、地埋管換熱器鉆孔記錄2.1鉆孔設(shè)備地埋管換熱器鉆孔設(shè)備采用 TB50型反循環(huán)打井機(jī)械設(shè)備(5噸型打井設(shè)備)，主機(jī)使用電機(jī)功率7.5kW，大泵功率7.513kW，泥漿泵功率7.5kW，排泥漿泵功率為3kW，鉆孔設(shè)備實(shí)物如圖1所示。F墨r圖1鉆孔設(shè)備實(shí)物圖42.2鉆孔記錄1) A孔鉆孔日期

4、為2010年10月10日2010年10月11日，鉆孔直徑為298mm, 孔深92.5m。下表為A孔的鉆孔記錄。7:30 -8:3002820m出現(xiàn)一個(gè)硬層288:30 10:0028 4949m開始卵石層4910:00 -15:0049 52卵石層5215:00 -18:0052 58粗砂層5818:00 -19:3058 62泥沙層6219:30 -22:4062 83卵石層和泥沙層8322:40 0:2083 90卵石層和泥沙層902:00 9:1590 92.5卵石層92.5表1 A孔的鉆孔記錄表地層深度（m）巖土特性描述時(shí)間地層厚度（m）垂直地埋管換熱器插入鉆孔前，應(yīng)做第一次水壓試驗(yàn)，

5、2010年10月11日6:30開始打壓，壓力為1.6MPa,穩(wěn)壓6小時(shí)，無泄漏現(xiàn)象。2010年10月11日上午10:00開始洗井，下午13:00結(jié)束，洗井完畢后，將垂直地埋管換熱器插入鉆孔（簡(jiǎn)稱下管），14： 30下管完畢，對(duì)其進(jìn)行打壓，壓力為1.6MPa,穩(wěn)壓20min.無泄漏現(xiàn)象，15:00采用膨潤(rùn)土、細(xì)沙與原漿混合比例為1:3:3作回填材料回填, 16:00回填完畢，但在回填的過程中，因?yàn)榕蛎浲僚蛎洝⒄吵?，回填材料填的?是很充足。2) B孔B孔鉆孔工作開始于2010年10月12日7:00,18:10停止鉆孔，鉆孔深度為 93.5m，由于操作人員的疏忽，在從鉆孔中提出鉆桿的過程中將11根

6、鉆桿掉到所 打的鉆孔中（每根鉆桿2.7m），經(jīng)過和設(shè)計(jì)單位協(xié)商，將鉆孔B的位置定于原位 置正西5m處。鉆孔日期為2010年10月13日2010年10月14日，鉆孔直徑 為300mm,孔深92.8m。下表為B孔的鉆孔記錄。表2 B孔的鉆孔記錄表時(shí)間地層厚度（m）巖土特性描述地層厚度（m）10:50 -12:30028黃土層2812:30 -13:2028 33夾雜大顆粒沙子的硬土3313:20 -15:4033 48一層軟一層硬的泥沙層4815:40 -22:5048 71泥土層7118:00 -19:3071 82泥沙層825:30 -7:1082 92.8卵石層和泥沙層92.8垂直地埋管換熱

7、器插入鉆孔前，做第一次水壓試驗(yàn)，2010年10月12日9:20開始打壓，壓力為1.6MPa,穩(wěn)壓5小時(shí)，無泄漏現(xiàn)象。2010年10月14日7:30開始洗井，8:30洗井結(jié)束，8:40開始下管，9:20下管完畢，對(duì)其進(jìn)行打壓，壓 力為1.6MPa，穩(wěn)壓25min,無泄漏現(xiàn)象，9:45開始回填，采用原漿與細(xì)砂混合 物回填材料回填，10:50回填完畢。三、測(cè)試目的與設(shè)備通過本次測(cè)試，獲得埋管區(qū)域內(nèi)土壤綜合初始地溫、 埋管與巖土體的實(shí)際換 熱能力，為地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。地源熱泵模擬工況條件的設(shè)備由恒溫加熱水箱（變頻控制）、風(fēng)冷制冷機(jī)組（變頻控制，電子膨脹閥）、水泵、流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、溫度傳感

8、器、壓力傳感器、溫度采集儀及監(jiān)測(cè)、記錄儀表組成，可用來模擬夏季排熱工況和冬季取熱工況。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定：地埋管內(nèi)流量、供水溫度依據(jù)設(shè)計(jì)要求可手工調(diào)節(jié)設(shè)定,供水溫度通過自動(dòng)控制系統(tǒng)保持恒定，誤差為± 02C ;加熱器與壓縮機(jī)可雙工況同時(shí)運(yùn)行，自動(dòng)起停，也可手動(dòng)操作。試驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集，每隔5秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)流程如圖2所示，測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖如圖3所示。制冷機(jī)組恒溫水箱5-50C圖2測(cè)試系統(tǒng)流程圖圖3測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖I四、測(cè)試原理與方法4.1巖土初始溫度測(cè)試在眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)之中，被認(rèn)為最容易測(cè)定也是最容易被忽略的就是巖土初始平均溫度。眾所周知，溫差是熱量傳遞的驅(qū)動(dòng)。對(duì)于地源

9、熱泵的地埋管換熱系 統(tǒng)，地埋管換熱器的平均溫度與巖土平均溫度的溫差是熱量傳遞的驅(qū)動(dòng)力。 因此, 做好巖土初始平均溫度的測(cè)定工作對(duì)于地埋管換熱器的設(shè)計(jì)非常重要。 規(guī)范規(guī)定，巖土初始平均溫度的測(cè)試應(yīng)采用布置溫度傳感器的方法。測(cè)定的布置宜在 地埋管換熱器埋設(shè)深度范圍內(nèi)，且間隔不宜大于 10m;以各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的算術(shù)平均值作為巖土初始平均溫度。本測(cè)試工程采用垂直布置溫度傳感器法，沿 PE管外部深度方向上布置溫度傳感器PT100,通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定不同深度地層的溫度,最終以所測(cè)的不同深度地層的溫度的算術(shù)平均值最為巖土初始溫度。A孔孔深 92.5m，從井底自上共布置溫度傳感器10個(gè)，間

10、隔為10m。B孔孔深92.8m,從 井底自上共布置溫度傳感器12個(gè)，間隔為8m。溫度傳感器的布置圖如圖4所示。 使用安捷倫數(shù)據(jù)采集儀作為二次測(cè)溫元件，通過 RS232數(shù)據(jù)連接線與筆記本電腦連接，筆記本電腦將自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，每30秒采集一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集實(shí)物圖如圖5所示。PEW.圖4溫度傳感器布置圖圖5數(shù)據(jù)采集實(shí)物圖4.2地埋管換熱器換熱能力測(cè)試對(duì)地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器換熱能力的測(cè)試有兩種方式， 一種是穩(wěn)定熱流 模擬實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱恒流法），另一種是穩(wěn)定工況模擬實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱恒溫法）。穩(wěn)定熱流模擬試驗(yàn)，也稱為“熱響應(yīng)測(cè)試”或“巖土熱物性測(cè)試”，采用電加熱器（或制冷機(jī)）提供穩(wěn)定熱量（或冷量），記錄地埋管換熱

11、器的溫度響應(yīng)情況，并利用模型計(jì)算巖土熱物性情況。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；相 關(guān)理論研究成果多，理論依據(jù)充分。缺點(diǎn)：傳熱模型存在適應(yīng)性問題，假設(shè)條 件與實(shí)際地質(zhì)情況差距較大；需要多次模型計(jì)算，增加誤差累計(jì)；計(jì)算具有較強(qiáng) 專業(yè)性，掌握程度不同等。穩(wěn)定工況模擬實(shí)驗(yàn)，也稱為“冷、熱響應(yīng)測(cè)試”，采用風(fēng)冷熱泵建立穩(wěn)定的 地埋管換熱器運(yùn)行工況，也可計(jì)算巖土體熱物性參數(shù)，并直觀獲得地埋管換熱器 每延米換熱量，也用于計(jì)算地埋管換熱器的綜合傳熱系數(shù)。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是：優(yōu) 點(diǎn)：測(cè)試結(jié)果直觀；設(shè)計(jì)結(jié)果可校核。缺點(diǎn)：相關(guān)理論研究成果較少，忽略管井 間熱干擾和非穩(wěn)態(tài)傳熱因素；測(cè)試設(shè)備復(fù)雜等。綜合考慮，本測(cè)試工程

12、采用穩(wěn)定工況法，穩(wěn)定工況測(cè)試示意圖如圖6所示,表3為穩(wěn)定工況的測(cè)試參數(shù)。為了進(jìn)一步探尋巖土熱響應(yīng)方法對(duì)實(shí)際換熱能力的 影響，對(duì)B孔的測(cè)試，采用了穩(wěn)定工況法和穩(wěn)定熱流法兩種方式，并將二者的 測(cè)試結(jié)果進(jìn)行深層次的探討，為地埋管的設(shè)計(jì)和施工提供更可靠的指導(dǎo)。TjtQ.(T,<Tr) *熱3CMTff>TO 竝藕試*於圖6穩(wěn)定工況示意圖表3穩(wěn)定工況測(cè)試參數(shù)表工況試驗(yàn)供水溫度（C）回水溫度（C ）流量（m3/h） 總傳熱量（kW）模擬夏季工況放熱331.8-2.0 模擬冬季工況取熱51.8-2.0 五、測(cè)試結(jié)果與分析5.1測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)試工作中，一個(gè)工況的測(cè)試至少要連續(xù)運(yùn)行 48小時(shí)，為了保

13、證測(cè)試工作 的順利進(jìn)行，搭建了帳篷作為遮擋棚，在遮擋棚內(nèi)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試工作， 帳篷的 四個(gè)側(cè)面可以完全打開和關(guān)閉，以便制冷機(jī)組的通風(fēng)散熱。現(xiàn)場(chǎng)的布置圖如下圖IMID測(cè)試人閔檢時(shí)休軀-+«圖7測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布置圖5.2測(cè)試時(shí)間測(cè)試時(shí)間及與之相應(yīng)的測(cè)試工作見表 4 表4測(cè)試工作時(shí)間表A孔夏季工況的模擬測(cè)試10月14日-10月17日75A孔冬季工況的模擬測(cè)試10月18日-10月22日100B孔加熱功率為3.6kW模擬測(cè)試10月23日-10月27日90B孔夏季工況的模擬測(cè)試10月27日-10月29日56B孔冬季工況的模擬測(cè)試11月5日11月8日74B孔加熱功率為8.4kW模擬測(cè)試11月11日-11

14、月14日75測(cè)試內(nèi)容測(cè)試時(shí)間測(cè)試時(shí)長(zhǎng)/小時(shí)5.3夏季工況測(cè)試夏季工況測(cè)試的是熱泵系統(tǒng)夏天熱泵制冷工況：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。 測(cè)量地埋管在夏天的散熱功率，就是根據(jù)地源熱泵設(shè)備運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)工況所對(duì)應(yīng)冷凝溫度的冷凝器出水溫 度，擬定某流量進(jìn)行模擬運(yùn)行試驗(yàn)實(shí)測(cè)值。 測(cè)試試驗(yàn)持續(xù)運(yùn)行，直至回水溫度與 地埋管換熱器的換熱量趨于穩(wěn)定，近似不再變化。1)測(cè)試結(jié)果循環(huán)水在地埋管中的進(jìn)出口溫差和傳熱量是由地埋PE管和水平連接管換熱作用的結(jié)果。由于在水平地面上的水平連接管較短并且用保溫材料對(duì)其進(jìn)行保 溫。所以其對(duì)換熱的效果影響較小，可近似的忽略。a) A孔夏季工

15、況圖& 9、10分別為A孔供回水溫度、換熱量、流量隨時(shí)間變化圖。如圖8所示，供水溫度在運(yùn)行56個(gè)小時(shí)后已經(jīng)趨于穩(wěn)定，溫度在 32.8± 03C范圍內(nèi)波動(dòng)，而圖& 9顯示，A井夏季排熱工況的模擬在運(yùn)行 50多個(gè)小時(shí)后趨于穩(wěn)定, 最后20個(gè)小時(shí)內(nèi)變化很小，達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，由此可見，地下?lián)Q熱達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于供水溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。如圖10所示，測(cè)試期間流量一直穩(wěn)定在1.8-1.95m3/h期間，達(dá)到測(cè)試要求標(biāo)準(zhǔn)1.8-2.0m3/h。通過計(jì)算供水溫度 在最后穩(wěn)定的12小時(shí)內(nèi)平均溫度為32.76C，回水溫度均值為30.65C，供回水 溫度差為2.11 C，平均換熱

16、量均值為4.62kW。A孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖供水漏度冋水蛙度35.D033.0031.0029.0027.00 2&IOO 23.0021.no 1900 17.00丄5 009 料 ZG0E 寸 OOOz 寸 sg'C'iOL/sooO'iOb EMFTtLnLriL/lSOSTTTTTZMrnrCF寸它寸 sw sm SES6【 耳£ 幕E間Es gms 可巴6£9 s-u s由圖8A孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖A孔換熱量隨時(shí)間變化圖T£ 黒& 6門VPT 善581：寸由門 S丈ZT f總§9 目咒石 SIR寸

17、戊 sw巴 6S 匚 g心由“尺 5白對(duì) 5亂四0 Tug豈Tr 男橫T a&T ST SRS三圖9A孔換熱量隨時(shí)間變化圖A孔流量隨時(shí)間變化圖n O n 2獰wr號(hào).-二總黑壽 匕 I gM段國(guó) 舊怕gizEL 耳昂u rDROG gg申石 snmmEY芒or Sgt ?5K g£g 愛 f PSKL 寸 s醫(yī)四0 s 占 TGT 吊屋二圖10 A孔流量隨時(shí)間變化圖b) B孔夏季工況圖11、12、13所示的分別為B孔供回水溫度、換熱量、流量隨時(shí)間變化圖。如上圖10和下圖13是A、E孔流量隨時(shí)間變化圖，圖中顯示流量在所要求的1.8-2.0 m3/h的范圍內(nèi)波動(dòng)，此B孔夏季工況測(cè)

18、試是在做完恒熱流 3.6kW工況, 供水溫度升至28r后，直接進(jìn)行夏季穩(wěn)定工況測(cè)試的，下圖 11明顯示出供水溫度只需要23小時(shí)，根據(jù)圖& 9所示，B井夏季取熱工況的模擬在運(yùn)行1112小時(shí)后就趨于穩(wěn)定，因?yàn)榻?jīng)過恒熱流工況后，地下的傳熱在供水溫度28r時(shí), 已經(jīng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，當(dāng)供水溫度升至33C左右時(shí)，地下傳熱建立新的平衡時(shí)間就較短。如圖13所示，測(cè)試期間B井流量一直穩(wěn)定在1.85-2.0m3/h期間, 達(dá)到測(cè)試要求標(biāo)準(zhǔn)1.8-2.0m3/h。通過計(jì)算供水溫度在最后穩(wěn)定的 12小時(shí)內(nèi)平均溫度為33.22C,回水溫度均值為31.03C,供回水溫差為2.19C,換熱量均值為4.92kW。

19、B孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖實(shí)際供水溫度 噢際回水溫度gm闆寸 貝tn艮 答丈& 占W二 耳需匸小 60占仁9T 80二3耳2圖11 B孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖B孔換熱量隨時(shí)間變化圖3-9S曲m二 T 80言尋 SEE二寸VI s氏丈帚T HISr帯二 s芒S丈 s由亍s s鬲寸込 ms丈 寸跖圖12 B孔換熱量隨時(shí)間變化圖B孔流量隨時(shí)間變化圖o o o o0 5 0 5T- fi *0 71 丄 1 1o o 5 o _M_-2 1曹鬲【 s已口匸 60亦哄® g占g s耶二 ZO打L斤 寸T 二 70m 60龍呂 Hog目間 3占BOl 忡 2 用 nm I <n t

20、vs s 白SWF s s"w so詞“旦 sogm圖13 B孔流量隨時(shí)間變化圖C）夏季工況總結(jié)5。將A、E兩孔的夏季工況測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總，匯總結(jié)果見下表表5夏季工況測(cè)試結(jié)果匯總表鉆孔標(biāo)號(hào)供水溫度回水溫度*曰.流量流速溫度波動(dòng)總換熱量(C)(C)(m3/h)(m/s)(C)(kW)A孔32.7630.651.8810.58± 0.34.62B孔33.2231.031.9270.59± 0.24.922）地埋管換熱器換熱能力分析根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，可計(jì)算兩孔的單位深度換熱量，計(jì)算結(jié)果見下表6所示。A、E兩孔的單位延米換熱量分別為 49.95W/m和53.02W/m。表6夏

21、季工況單位延米換熱量鉆孔標(biāo)號(hào)供水溫度（C）回水溫度（C）孔深（m）單位延米換熱量（W/m）A孔B孔32.7633.2230.6531.0392.592.849.9553.025.4冬季工況測(cè)試冬季工況測(cè)試的是熱泵系統(tǒng)冬季熱泵的供熱工況：取熱試驗(yàn)應(yīng)用于冬天的熱泵供熱工況。在冬天，地源熱泵以地下巖土蓄熱體作為熱源， 通過埋設(shè)的地埋管換熱器從地下土壤層收取熱量，再輸送到各個(gè)房間。測(cè)量地埋管冬天的傳熱功率,就是根據(jù)地源熱泵設(shè)備運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)工況所對(duì)應(yīng)冷凝溫度的冷凝器出水溫度，擬定某流量進(jìn)行模擬運(yùn)行試驗(yàn)實(shí)測(cè)值。測(cè)試試驗(yàn)持續(xù)運(yùn)行，直至回水溫度與地埋管換 熱器的換熱量趨于穩(wěn)定，近似不再變化。1）測(cè)試結(jié)果a） A

22、孔冬季工況圖14、15、16分別為A孔冬季工況測(cè)試供回水溫度、換熱量、流量隨時(shí)間變化圖。圖16顯示了流量在1.81.95m3/h范圍內(nèi)波動(dòng)，滿足要求。供水溫度同樣是在運(yùn)行56個(gè)小時(shí)后趨于穩(wěn)定，溫度在5± 02C范圍內(nèi)波動(dòng)，而圖14、15顯示，A井冬季取熱工況的模擬在運(yùn)行 50多個(gè)小時(shí)后趨于穩(wěn)定，同夏季放熱 工況得到的結(jié)論相同：供水溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地下?lián)Q熱達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。供水溫度在最后穩(wěn)定的12小時(shí)內(nèi)平均溫度為 5.07C，回水溫度均值為6.44C，供回水溫差為1.37C，換熱量均值為2.99kW。供水厘回水溫度A孔供冋水鎰度隨時(shí)間變化圖禺Eg eEE吊 ms二仔仔 疑s丈

23、§吊3間 吊誇曲 時(shí) gm總亍M r吩E寸用I $2占 3AS tn 5SS19.0017 0015 DOla 0011 009.00L- 7.00s.oo3jOO -圖14 A孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖A孔換熱量隨時(shí)間變化圖Ik5I-IEss 禺g£6 os肆二 sssu OR二亡E b第6_Er寸 0弋HL FEW Qm戈 Tm曲藝BE ro 甕 GT T 260-2圖15 A孔換熱量隨時(shí)間變化圖A孔流量隨時(shí)間變化圖200o o6 o9 91i io a OQEGO 0寸-寸or 議eg云 os 血PI黒£ W&FT M 0巴TE亦 囚 S-S&

24、 S 哄 E6T TTOE 邑 【ORr用 txys用® ss戈 SS3圖16 A孔流量隨時(shí)間變化圖b) B孔冬季工況圖11、12、13所示的分別為B孔供回水溫度、換熱量、流量隨時(shí)間變化圖。圖19亦顯示流量在所要求的1.8-2.0 m3/h的范圍內(nèi)波動(dòng)。通過計(jì)算供水溫度在最后穩(wěn)定的12小時(shí)內(nèi)平均溫度為4.87C，回水溫度均值為6.13C，供回水溫差為1.26r，換熱量均值為2.86kW。B亂供冋水溫度隨時(shí)間變化圖實(shí)際供水溫度實(shí)際回*溫度15 0013.00P 11 0Q j 9 00 0二 700 啟 5'.003 00ms E 丈Gt?鬲即 Esgor G?岀 TgDOL

25、宣GT忑 02岀吊 MGLE啓 3 二 £61: TH占 偽口廣 osm SW17圖17 A孔供回水溫度隨時(shí)間變化圖B孔換黒量隨時(shí)間變化圖(AM-訶老澆耳品0 罰冃9T 禺0四EI 二二 LU guL卩旳 E吊0 寸匸二舟 需我匚 3-4"石 T $06 運(yùn)亍 05氏用E 旨FSB圖18 B孔換熱量隨時(shí)間變化圖B孔流量隨時(shí)間變化圖痂號(hào)ms亦 耳GO 簾曾6T 畐s 9T ss ET ITGS 9衛(wèi)0寸旺 囲峑9 00?& s寸Tml二3 s對(duì)貿(mào)s TST g叭石I g空s s-OE-f TS農(nóng)尋 Ks-E mgg龍 t?s 曹 wr 邑s ST圖19 B孔流量隨時(shí)間

26、變化圖7。C）冬季工況總結(jié)將A、E兩孔的夏季工況測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總，匯總結(jié)果見下表表7冬季工況測(cè)試結(jié)果匯總表鉆孔標(biāo)號(hào)供水溫度回水溫度流量流速溫度波動(dòng)總換熱量(C)(C)(m3/h)(m/s)(C)(kW)A孔5.076.441.8760.58± 0.22.99B孔4.876.131.9450.60± 0.22.862）地埋管換熱器換熱能力分析根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，可計(jì)算兩孔的單位深度換熱量，計(jì)算結(jié)果見下表8所示。A、E兩孔的單位延米換熱量分別為 32.32W/m和30.82W/m。表8冬季工況單位延米換熱量鉆孔標(biāo)號(hào)供水溫度（C）回水溫度（C）孔深（m）單位延米換熱量（W/m）A孔5.

27、076.4492.532.32B孔4.876.1392.830.825.5穩(wěn)定熱流測(cè)試穩(wěn)定熱流測(cè)試就是采用電加熱器（或制冷機(jī)）提供穩(wěn)定熱量（或冷量），記錄地埋管換熱器的溫度響應(yīng)情況，并利用模型計(jì)算巖土熱物性情況。本測(cè)試工程采用電加熱器提供穩(wěn)定熱量，通過記錄地埋管換熱器供回水溫度、流量等參數(shù),利用線源模型來計(jì)算巖土的熱物性參數(shù)。 由于穩(wěn)定熱流測(cè)試屬于輔助測(cè)試，所以本測(cè)試工程只對(duì)B孔使用該方法進(jìn)行測(cè)試。1）計(jì)算方法用來估計(jì)地下土壤特性的方法通常有線源法、 柱源法、參數(shù)估計(jì)法等。熱響應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)處理最簡(jiǎn)單的方法是 1996年EKL?F和GEHLIN提出的線源理論。即在一定的輸入熱量下，土壤熱交換器周圍

28、的溫度場(chǎng)可以描述為沿一線源溫度與時(shí)間和半徑的方程。測(cè)量土壤熱交換器中流體的溫度，得到流體和鉆孔壁溫的關(guān)系式:流體溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)式可以寫為:耳的=急O(jiān) (乎-y) + q嘰+ TJl通過計(jì)算溫度與自然對(duì)數(shù)時(shí)間曲線斜率 k可以得到溫度的熱響應(yīng)規(guī)律:T；(t) = k-ln(t) +m k=4n式中，流體溫度，c； h鉆孔壁面溫度，c； r,無干擾地溫, C； t 測(cè)試時(shí)間，S； r 鉆孔半徑，m； q 單位井深釋熱量，W/m ;a熱擴(kuò)散率，m2/s； Rb鉆孔熱阻，K/W-m；土壤導(dǎo)熱系數(shù)，W/m K。2）加熱功率為3.6kW測(cè)試結(jié)果圖19為加熱功率為3.6kW時(shí)，穩(wěn)定熱流工況測(cè)試中，被測(cè)介

29、質(zhì)供、回水及計(jì)算的平均介質(zhì)溫度示意圖。在最后穩(wěn)定的 12小時(shí)內(nèi)，供水溫度平均溫度為 27.84C,回水溫度均值為26.19C，平均介質(zhì)溫度為27.02C。溫度隨時(shí)間變化圖30.0028.0026.0024.0022.00但;遍度冋朋溫岌供回A平均溫弔品r ggg石 sglw 83岀 i.3鬲out M卜 OSPG EPS尋 g寸龍用m ssr國(guó)20.00 IS.OC 16.00 1J.CX) 12.00圖19 B孔恒熱流工況溫度隨時(shí)間變化圖下圖20為加熱功率為3.6kW時(shí)，穩(wěn)定熱流工況測(cè)試中，平均介質(zhì)溫度與自然對(duì)數(shù)時(shí)間擬合圖，擬合后得到溫度與對(duì)數(shù)時(shí)間的變化趨勢(shì)T-ln（t）的斜率為k=1.97

30、68。由上式（3）可得人=1.586 W/m K。安捷倫數(shù)據(jù)采集器測(cè)得的無干擾地溫 B=14.14C，可計(jì)算出鉆孔熱阻Rb =0.141 K/Wm,熱擴(kuò)散率3=0.867歩10-6 m2/s,利用加熱功率為3.6kW的數(shù)據(jù)和式（2）、（3）進(jìn)行外推，當(dāng)加熱功率為5.5kW時(shí)，當(dāng)工況模擬達(dá)到穩(wěn)定是，平均介質(zhì)溫度為42.16C。33.04C,加熱功率為7kW時(shí)，穩(wěn)定后平均介質(zhì)溫度為37C，當(dāng)加熱功率為8.4kW時(shí)，當(dāng)工況模擬達(dá)到穩(wěn)定是，平均介質(zhì)溫度為平均介質(zhì)溫度與H然對(duì)數(shù)時(shí)間擬合圖a 910 11 12 13 14 15I 然l i NIn 屮供水君股0水也度供回ZS平均溫巫96QT 諾 親&am

31、p;9寸 旳州總g mgs色 畀gtL 呂圧打 a它z恵me OCIgM gm衛(wèi)亡 寸冷,gm GgET圖20 B孔恒熱流工況溫度隨自然對(duì)數(shù)時(shí)間擬合圖3）加熱功率為8.4kW測(cè)試結(jié)果圖21為加熱功率為8.4kW時(shí)，穩(wěn)定熱流工況測(cè)試中，被測(cè)介質(zhì)供、回水及計(jì)算的平均介質(zhì)溫度示意圖。在最后穩(wěn)定的12小時(shí)內(nèi)，供水溫度平均溫度為 44.22C，回水溫度均值為40.53C，平均介質(zhì)溫度為42.40C,與上推算出來加 熱功率為8.4kW是，平均介質(zhì)溫度42.16C吻合，所以推算結(jié)果具有參考價(jià)值。溫度隨時(shí)間變化圖46.0043.0040 00 -37.00 J 34.00 _31.00,23.00 王 25.00 二 M 22.0019 0016.0013.00圖21 B孔恒熱流工況溫度隨時(shí)間變化圖4）恒流法測(cè)試結(jié)果匯總表將恒溫法所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，利用外推法得到的結(jié)果匯總見表9,表9顯示，由于進(jìn)行測(cè)試的時(shí)間長(zhǎng)短和溫度