土壤熱響應(yīng)測(cè)試

1、土壤熱響應(yīng)測(cè)試土壤熱響應(yīng)測(cè)試的主要目的是了解巖土體的基本物理性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，掌握巖土體的換熱能力，為地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特點(diǎn)等設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以保障系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的高效與節(jié)能。如果物性參數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能不能滿足負(fù)荷需要，也可能規(guī)模過大，從而大大增加初投資。國(guó)外學(xué)者Kavanaugh的研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)叵聨r土的導(dǎo)熱系數(shù)或?qū)叵禂?shù)發(fā)生10%的偏差，則設(shè)計(jì)的地下埋管長(zhǎng)度偏差為4.5%5.8%。目前土壤的導(dǎo)熱特性主要有三種獲得方式：利用簡(jiǎn)化模型數(shù)值計(jì)算、利用經(jīng)驗(yàn)估算、做土壤熱特性測(cè)試。單純的按照簡(jiǎn)化模型計(jì)算往往誤差過大；經(jīng)驗(yàn)的估計(jì)值在方案分析階段有一定的參考價(jià)

2、值，但一直以來(lái)設(shè)計(jì)人員只能在某種土壤或巖石導(dǎo)熱系數(shù)范圍內(nèi)保守取用較低值，導(dǎo)致設(shè)計(jì)鉆孔的數(shù)量比實(shí)際需要的多，從而增加了項(xiàng)目投資成本；只有在地源熱泵規(guī)劃施工場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行土壤熱特性測(cè)試才能夠獲得完整和準(zhǔn)確的土壤數(shù)據(jù)。土壤熱響應(yīng)測(cè)試裝備包括構(gòu)件：試壓、保壓后的成井巖土熱物性測(cè)試儀及其配套軟件，由IGSHPA（國(guó)際地源熱泵協(xié)會(huì)）推薦，美國(guó)原裝進(jìn)口數(shù)據(jù)采集儀:土壤導(dǎo)熱能力測(cè)試數(shù)據(jù)采集記錄儀HOBOFlexSmartLogger；目前采用HOBOwareProversion2.3.1，由美國(guó)OnsetComputerCorporation開發(fā)提供模擬量輸入輸出模塊進(jìn)出水溫度、流量、電流、電壓傳感器電腦及其顯

3、示設(shè)備信號(hào)、電源連接線穩(wěn)定的單相交流電源現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝備總圖土壤熱響應(yīng)測(cè)試原理如圖所示，由于泵的作用，流體由A口進(jìn)入，傳感器采集信號(hào)。流體通過泵后，由電加熱器加熱，加熱的流體溫度信號(hào)由傳感器采集，然后流體從B口流出，輸入到埋置于深層巖土中的PE管內(nèi)，導(dǎo)管內(nèi)加熱的流體與深層巖上進(jìn)行熱交換后，又從A口返回到儀器內(nèi)，形成封閉的循環(huán)。將在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集到的功率、溫度等參數(shù)作為測(cè)量數(shù)據(jù)，再由線熱源理論公式求出巖土的平均導(dǎo)熱系數(shù)，繼而對(duì)地埋管進(jìn)行換熱計(jì)算，達(dá)到檢測(cè)目的。數(shù)據(jù)輸出通過專用程序軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，將采集到的數(shù)據(jù)以特殊的格式存儲(chǔ)在控制柜中的電腦里，也可轉(zhuǎn)移到其他計(jì)算機(jī)中；根據(jù)所收集數(shù)據(jù)通過專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟

4、件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。測(cè)試具體步驟第一步，保證在整個(gè)試驗(yàn)過程中都必須有足夠的電來(lái)供應(yīng)，將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與控制柜通電；第二步，將適配器（測(cè)試設(shè)備的一種部件）安裝在地下?lián)Q熱器上；第三步，將準(zhǔn)備好的絕緣軟管與試驗(yàn)設(shè)備連接起來(lái)，將軟管保溫，避免受外界環(huán)境影響（如太陽(yáng)下直射等因素），有必要用帳篷進(jìn)行遮蓋，以免影響試驗(yàn)效果。第四步，通過注水管向試驗(yàn)系統(tǒng)中注水，保證系統(tǒng)運(yùn)行的注水壓力。第五步，在將試驗(yàn)系統(tǒng)中的空氣排盡后啟動(dòng)循環(huán)泵，當(dāng)流速穩(wěn)定趨于恒定后，開啟電加熱器，正式開始測(cè)試實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集過程中，必須保證電源的穩(wěn)定，使數(shù)據(jù)能夠連續(xù)不間斷采集。采集數(shù)據(jù)包括：孔徑、孔深、大地初始溫度、連續(xù)測(cè)試時(shí)間的地下溫

5、度等。第六步，數(shù)據(jù)采集時(shí)間：分別于08-3-3下午16時(shí)至08-3-4下午15時(shí)，共計(jì)23小時(shí)的時(shí)間連續(xù)對(duì)試驗(yàn)孔進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，在測(cè)試過程中每隔1.5分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。開啟電加熱前后分別記錄地下環(huán)路中水與土壤換熱的數(shù)據(jù)情況。如下圖所示，為地下?lián)Q熱器內(nèi)進(jìn)出水溫度隨加熱時(shí)間變化全過程曲線：曲線最后慢慢趨于穩(wěn)定，可作為分析計(jì)算依據(jù)。土壤原始溫度在測(cè)試初始階段，首先對(duì)地下土壤的原始溫度進(jìn)行測(cè)試，為以后進(jìn)行地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)提供參數(shù)。開啟水泵循環(huán)直到測(cè)試流體的進(jìn)出水溫度趨于恒定，這時(shí)可以認(rèn)為該溫度值即為地下?lián)Q熱器埋深范圍內(nèi)的巖土層的原始平均溫度。土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算地埋管土壤換熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)是開爾文的線源理論，以下公式描述了線源理論，我公司的實(shí)驗(yàn)軟件就是以此理論為基礎(chǔ)。a導(dǎo)溫系數(shù)入一一導(dǎo)熱系數(shù)H管子長(zhǎng)度0積分常量t實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間q熱量T溫差rb鉆孔半徑cv定容比熱單孔換熱量計(jì)算換熱孔的換熱量是與換熱管內(nèi)的流體特性、換熱管的材料特性、周圍土壤的土質(zhì)、土壤的賦水情況及如果含水水是否流動(dòng)、回填料的特性及土壤的原始溫度和換熱管內(nèi)流體的溫度等諸多因數(shù)有關(guān)，這些因素都直接影響著整個(gè)土壤換熱器的換熱能力，由于地下的土壤結(jié)構(gòu)及分布比較復(fù)雜，只有通過測(cè)試試驗(yàn)孔井絕對(duì)能力綜合傳熱系數(shù)來(lái)衡量整個(gè)換熱孔的換熱性能。對(duì)于夏季工況：豎直地埋管換熱器鉆孔長(zhǎng)度計(jì)算宜負(fù)荷下列公式：色EER侃+耳