長沙萬國城MOMA第三期地?zé)嵝阅軠y試報告

1、長沙萬國城MOMA第三期地源熱泵地埋管系統(tǒng)地源熱泵工程巖土體導(dǎo)熱性能測試報告測試單位：報告時間： 2011420一、工程概況：本工程為長沙萬國城MOMA第三期地源熱泵中央空調(diào)工程，位于瀏陽河邊上，已基本回填平整，地貌比較單一，淺層地下水系發(fā)育。該工程擬建場地埋管區(qū)域?qū)捲?，具備地埋管地源熱泵系統(tǒng)的條件?？照{(diào)系統(tǒng)擬采用目前國際先進(jìn)、節(jié)能高效、綠色環(huán)保的中央空調(diào)系統(tǒng)土壤源熱泵系統(tǒng)作為建筑物的冷熱源來源；地源熱泵設(shè)計前的基礎(chǔ)資料的測試和收集對整個項目的成功起著至關(guān)重要的作用，尤其是準(zhǔn)確的測試地?zé)嵝阅軈?shù)對換熱器系統(tǒng)的設(shè)計和安裝起著直接的指導(dǎo)作用，但這種測試靠常規(guī)的地質(zhì)勘察是無法實現(xiàn)的，必須用專門的儀器

2、和軟件做換熱測試實驗。為了確切掌握地源井的具體換熱量，為項目設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)，湖南凌天科技有限公司受建設(shè)方的委托，在該區(qū)域鉆了測試井，采用專門的儀器和軟件做了巖土體換熱測試實驗。湖南凌天科技有限公司在該項目擬建地埋管場地打了十一口井，由東到西，依次命名為1#11#井，其中的2#、5#、8#等3口井，使用百米鉆打井，并進(jìn)行了120米的巖土體熱物性測試：鉆井時間：2011年 3月15日4月1日埋管回填：2011年 3月23日4月 2日測試時間： 2011年 3月 24日4月 8日同時，使用潛孔鉆在該場地打了1#、3#、4#、6#、7#、9#、10#、11#等8口觀察井，同樣進(jìn)行了埋管回填，根據(jù)合同

3、要求，未進(jìn)行巖土體熱物性測試。二、測試試驗臺概述 測試試驗臺使用湖南凌天科技有限公司自行研發(fā)的車載測試系統(tǒng)，采用電熱水箱作為測試的熱源，試驗臺通過連接管道與地埋管構(gòu)成一個完整的循環(huán)系統(tǒng)。測試機組的額定制熱量為10KW，可以根據(jù)地埋管的輸入溫度的具體情況調(diào)節(jié)輸入功率，使用恒功率輸入法進(jìn)行測試。溫度傳感器采用A級PT100型鉑電阻傳感器，測試數(shù)據(jù)線都是使用銅網(wǎng)屏蔽電纜，為了保證測試精度，在試驗之前和試驗之后，都進(jìn)行了溫度傳感器的校正與標(biāo)定，對所有溫度傳感器進(jìn)行實驗室校正，在恒溫水浴中，用精密的水銀溫度計作為標(biāo)準(zhǔn)溫度讀數(shù)，在測試的整個溫度區(qū)間（0 - 40）上，對PT100溫度傳感器進(jìn)行校正，獲得每

4、個溫度傳感器校正誤差數(shù)組，測試結(jié)束后通過再次標(biāo)定，把溫度測量的誤差控制在 ±0.15以內(nèi)。地埋管耐壓測試儀 地埋管耐壓測試表、閥 遠(yuǎn)傳溫度傳感器 高精度溫度傳感器 測試用穩(wěn)壓電源鎧裝式PT100溫度傳感器流量傳感器采用等級為0.5%的高精度電磁流量傳感器自動記錄，同時，在系統(tǒng)中增加了一個機械水表，測試人員每隔一個小時記錄一次水表流量，通過人工記錄的流量數(shù)據(jù)和自動記錄的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確保自動記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)是采用電腦和16通道的無紙記錄儀來進(jìn)行溫度和流量數(shù)據(jù)的采集，軟件系統(tǒng)采用美國國家儀表局(NI)研發(fā)的Labview軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和保存

5、，每隔5s掃描一次所有傳感器并保存數(shù)據(jù)。 KH300記錄儀為了確實保證地埋管不漏水，在下管前和下管后，都對地埋管進(jìn)行了2小時的水壓耐壓測試，穩(wěn)壓后壓力降不大于3%，符合測試標(biāo)準(zhǔn)要求。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)過程中，通過擬合流量計輸出曲線的方法，保證在試驗中的綜合實際測量誤差低于0.5%。在本系統(tǒng)的測試期間，對電器部件對流量計傳感器的信號干擾問題，采取了多項技術(shù)措施進(jìn)行屏蔽，其中包括在試驗臺附件構(gòu)造現(xiàn)場地線的方法，有效地控制了干擾信號。用于測試的計算機與NI的控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊之間的采用Ethernet高速通信線路連接，計算機與PT100溫度傳感器之間的信號傳輸采用多重屏蔽技術(shù)，盡量排除所受的干擾，保

6、證測試精度。三、鉆孔和地埋管的測試 根據(jù)地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范(GB50366-2005)的要求，本次測試對該區(qū)域的測試井進(jìn)行了測試試驗，原合同要求，機械打井埋管深度為80米，后根據(jù)甲方的要求，采用機械鉆井122米深，鉆孔直徑為150MM，雙U 25換熱管，實際下管深度為120米，井的回填材料采用原漿細(xì)砂混合回填。湖南凌天科技有限公司于2011年3月 14 日正式進(jìn)入施工現(xiàn)場進(jìn)行測試，2011年 3月 15日開始鉆井，2011年 3月 23日完成8#井的鉆井工作，2011年 3月 23日下管并回填，直至 4月 2 日全部完成2#、5#、8#井的打井埋管回填工作。靜置數(shù)天后，我們于3月24日開

7、始正式進(jìn)入測試階段,對測試井進(jìn)行測試，由于測試期間，正逢下雨，測試場地很厚的泥濘，測試車無法進(jìn)入測試現(xiàn)場，只好將測試設(shè)備分散，使用人力將設(shè)備搬運至測試井進(jìn)行測試，直至2011年 4月 8日才完成測試工作。以下是部分施工現(xiàn)場的照片。觀測井示意圖百米鉆打井現(xiàn)場照片潛孔鉆打井現(xiàn)場照片現(xiàn)場下管照片 測試現(xiàn)場照片HDPE管采用偉星管業(yè)PE100高密度聚乙烯管，外徑為25 mm，承壓1.6MPa，地面以上的水平管全部采用橡塑保溫層進(jìn)行保溫，地埋管內(nèi)循環(huán)介質(zhì)采用清潔水為介質(zhì)。測試前后都對地面上的溫度傳感器和流量傳感器進(jìn)行了校正。在測試井中埋設(shè)PT100鎧裝熱敏鉑電阻，使用防干擾的屏蔽數(shù)據(jù)線連接，測試前進(jìn)行了

8、校核。測得該區(qū)域的原始地溫：2#井的平均地溫19.7度， 5#井的平均地溫19.7度， 8#井的平均地溫19.8度。四、測試井及地質(zhì)情況2#井，井深122米，實際下管深度120米，井徑155毫米，雙U25，總管流量1.15立方米/小時；地下水量豐富。5#井，井深122米，實際下管深度118米，井徑155毫米，雙U25，總管流量1.15立方米/小時；地下水量豐富。8#井，井深122米，實際下管深度120米，井徑155毫米，雙U25，總管流量1.15立方米/小時。地下水量較少。2號井說明2號井的05米填充的回填土，鉆孔期間出現(xiàn)塌方現(xiàn)象；鉆孔超過5米后出現(xiàn)粘土，5 10米，粘土含水量少。鉆孔超過10

9、米后出現(xiàn)大量的砂卵石，砂卵石含水，且含水量比較大。鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重的塌方需下套管阻止塌方。套管下到22米后無塌方現(xiàn)象，停止下套管。20米后出現(xiàn)紅巖土，土質(zhì)比較軟，但含大量的砂子，需淘砂，并且含水，含水量比較少。超過28米直到50米間，出紅砂巖，巖層中夾雜著砂卵石，巖層不硬。5080米，弱分化紅砂巖開始慢慢變硬，巖層帶砂性，但是不夾雜卵石。80122米為未分化紅砂巖，巖心夾雜砂卵石，巖層變的十分硬。2號井部分巖心2號井巖土層情況深度單位巖土層備注05米回填土少許塌方510米粘土含少量水1020米砂卵石塌方、含大量水2028米軟紅巖土砂性比較重、含少量水2850米紅砂巖巖層帶砂卵性、含水量不大 508

10、0米弱分化紅砂巖巖石變硬、巖層帶砂性80122米未分化紅砂巖巖層帶砂卵性、紅巖十分硬，含水量較大 5號井說明5號井前05米填充的回填土鉆孔期間出現(xiàn)塌方現(xiàn)象、鉆孔超過5米后出現(xiàn)粘土到12米。粘土層含少量的水，鉆孔超過12米后出現(xiàn)大量的砂卵石，鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重的塌方需下套管阻止塌方。砂卵石層含大量的水。套管下到20米后無塌方現(xiàn)象，停止下套管。20米后出現(xiàn)紅巖土，土質(zhì)比較軟，但含大量的砂子，需淘砂直到35米。35米到45米，出現(xiàn)紅砂巖，巖層中夾雜著砂卵石，巖層不硬。45米到60米的巖層帶砂性，但是不夾雜卵石，巖石硬。60米到85米，巖石變?yōu)榧t巖不帶砂性，巖層變的十分硬、但是巖石含少量的水。85米到122

11、米的未分化紅砂巖十分硬、含水量較少，巖心夾雜砂卵石。5號井部分巖心5號井巖土層情況深度單位巖土層備注05米回填土塌方512米粘土含少量水1220米砂卵石塌方需下套管、含大量水2035米軟紅巖土砂性比較重。含少量水3545米紅砂巖巖層帶砂卵性 4580米弱分化紅砂巖巖石變硬、巖層帶砂性85122米未分化紅砂巖紅砂巖十分硬、 8號井說明8號井前16米填充的回填土鉆孔期間出現(xiàn)塌方現(xiàn)象、鉆孔超過6米后出現(xiàn)粘土，到15米，粘土含少量水。鉆孔超過15米后出現(xiàn)大量的砂卵石，砂卵石層含大量的水，鉆孔出現(xiàn)嚴(yán)重的塌方需下套管阻止塌方。套管下到24米后塌方現(xiàn)象，停止下套管。24米后出現(xiàn)紅巖土，土質(zhì)比較軟，但含大量的

12、砂子，需淘砂，含少量的水。超過40米后，出現(xiàn)分化紅砂巖，巖層中夾雜著砂卵石，巖層不硬。到達(dá)60米到100米，弱分化紅砂巖石開始慢慢變硬，巖層帶砂性，但是不夾雜卵石。100122米巖石為未分化紅砂巖，巖層變的十分硬，巖心夾雜砂卵石。8號井部分巖心 8號井巖土層情況深度單位巖土層備注06米回填土塌方615米粘土含少量水1524米砂卵石塌方需下套管，含大量水2440米軟紅巖土砂性比較重，含少量水4060米分化紅砂巖巖層帶砂卵性 60100米弱分化紅砂巖巖石變硬、巖層帶砂性100122米未分化紅砂巖巖層帶砂卵性、紅砂巖十分硬，含少量水 五、數(shù)據(jù)分析結(jié)果2#井測試計算結(jié)果：水流量：1.15 m3/h土壤

13、導(dǎo)熱系數(shù)：3.51 W/(m·°C) 鉆孔熱阻：0.055 (m·°C) /W 土壤初始地溫：19.7 °C圖1為地埋管進(jìn)出水溫度的示意圖。圖2為地埋管出口水溫的計算值和測試值的對比。圖1 地埋管進(jìn)出水溫度示意圖圖2 地埋管出口水溫計算值與測試值的對比5#井測試計算結(jié)果：水流量：1.15 m3/h土壤導(dǎo)熱系數(shù)：3.40 W/(m·°C) 鉆孔熱阻：0.06 (m·°C) /W 土壤初始地溫：19.7°C圖3為地埋管進(jìn)出水溫度的示意圖。圖4為地埋管出口水溫的計算值和測試值的對比。圖3 地埋管進(jìn)出水

14、溫度示意圖圖4 地埋管出口水溫計算值與測試值的對比8#井測試計算結(jié)果：水流量：1.15 m3/h土壤導(dǎo)熱系數(shù)：2.95 W/(m·°C) 鉆孔熱阻：0.065 (m·°C) /W 土壤初始地溫：19.8°C圖5為地埋管進(jìn)出水溫度的示意圖。圖6為地埋管出口水溫的計算值和測試值的對比。圖5 地埋管進(jìn)出水溫度示意圖圖6 地埋管出口水溫計算值與測試值的對比單位換熱量分析利用上文所求得的土壤導(dǎo)熱系數(shù)、鉆孔熱阻和初始地溫，采用規(guī)范中提到的TRNSYS軟件可以分別得到鉆孔在放熱工況和吸熱工況下單位延米換熱量。2#井計算結(jié)果：在放熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為3

15、5°C時，單位延米換熱量為66.1 W/m。在吸熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為7°C時，單位延米換熱量為54.9 W/m。5#井計算結(jié)果：在放熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為35°C時，單位延米換熱量為65.8 W/m。在吸熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為7°C時，單位延米換熱量為54.6 W/m。8#井計算結(jié)果：在放熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為35°C時，單位延米換熱量為62.0 W/m。在吸熱工況下，當(dāng)?shù)芈窆苓M(jìn)水溫度為7°C時，單位延米換熱量為52.2 W/m。測試井在放熱工況和吸熱工況下的單位延米換熱量布管形式土壤導(dǎo)熱系數(shù)W/(m

16、6;C)鉆孔熱阻(m°C) /W放熱工況(地埋管進(jìn)水溫度35°C) W/m吸熱工況(地埋管進(jìn)水溫度為7°C) W/m2#測試井雙U253.510.05566.154.95#測試井雙U253.400.0665.854.68#測試井雙U252.950.06562.052.2算術(shù)平均值雙U2564.653.9六、地?zé)釗Q熱器埋設(shè)建議1）建筑區(qū)域內(nèi)巖土體層分布相似，但各層的厚度相差較遠(yuǎn)，在回填層以下，主要以不同分化程度的紅砂巖層和粘土層為主，巖土體導(dǎo)熱系數(shù)較高，換熱能力較強，適合使用地埋管換熱器。2）在粘土和紅砂巖之間夾雜的8-10米厚的砂卵石層是主要的含水層，80-90米以下亦有一個含水層，30-60米含水量較少，將兩個含水層分隔開來。底層含水量呈現(xiàn)明顯的東邊多西邊少的趨勢，地下徑流方向及大小均未進(jìn)行檢測。3）設(shè)計參考數(shù)據(jù)：根據(jù)2#、5#和8#井的分析數(shù)據(jù)，夏季排熱為每延米井深的換熱量為64.6 W/M；冬季吸熱每延米井深的換熱量為