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1、地埋管系统土壤换热测试报告2010-080INTERNATIONAL GROUND SOURCEHEAT PUMP ASSOCIATION国际地源热泵协会目录I项目简介n地埋管单孔换热测试目的及步骤2.1测试目的2.3测试要点2.3测试仪器主要构件2.4测试实验原理m测试数据及其图表3.1测试环境3.2地源热泵系统优势背景3.3测试具体步骤3.4地下换热器内水温度随加热时间的变化数据表格W测试数据分析及其结论4.1对试验孔数据分析4.2 土壤原始温度4.3 土壤平均导热系数计算4.4竖直地埋管换热器的热阻计算4.5单孔换热量计算4.6测试结论I项目简介1.1项目概况该项目为泰州民俗文化展示中心
2、，现场打两口测试井，采用竖直埋管形式，单U型， 管径DN32，井深均为100米。II单孔测试目的及步骤2.1测试目的土壤型(地源)热泵系统的设计，主要就是土壤型热交换器的设计；而土壤型热交 换器的设计，最主要就是确定地层土壤的平均导热系数！地层土壤的导热系数，包含了 土壤(岩石)、回填料以及塑料管壁等导热的综合情况。其中若选取的岩土热物性参数不 准确，设计的系统负荷要么达不到要求，要么规模过大，加大投资。地下地质构成复杂， 即使同一种岩石成分，其热物性参数取值范围也比较大。况且不同地层地质条件下的导 热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也相差数倍。国外研究人员通过实验测 出土壤和岩石两类
3、的导热系数，其数量级可以由0.4 W/(M C)至6.0 W/(M C)，且随 其密度及湿度不同而异。地源热泵设计的核心是获取准确的土壤的取、放热导热特性参数。目前土壤的导热 特性主要有三种获得方式：利用简化模型数值计算、利用经验估算、做土壤热特性测试。 单纯的按照简化模型计算往往误差过大；经验的估计值在方案分析阶段有一定的参考价 值，但一直以来设计人员只能在某种土壤或岩石导热系数范围内，保守取用较低值，导 致设计钻孔的数量比实际需要的多，从而增加了项目投资成本；只有在地源热泵规划施 工场所现场进行土壤热特性测试才能够获得完整和准确的土壤数据。因此，为保证一个地源热泵系统准确的设计，土壤热特性
4、测试是必不可少的前提步 骤。该地源热泵单孔换热量测试仪，用来测试垂直钻孔条件下的地层土壤换热情况，分 析得出导热系数及相关参数。进行试验井单孔换热测试，求证地层土壤导热系数，目的 就是降低这种综合的不确定性，为地下土壤型换热器设计提供更经济的方案。试验孔井 一般推荐3000m2左右建筑物设置一个。在我公司频繁的工程实践应用中，测试分析结果 与空调系统运行效果的一致性，验证了该套地层土壤测试设备使用的可行性和现实意义！ 该测试设备测试数据的可靠性，主要与以下两个因素有关：测试要在未曾投入运行的钻孔中进行，以保证土壤处于未受热扰动的状况下；测试需要不间断的运行几个昼夜或一段时间，时间的长短受到不同
5、地质状况和热 环境的影响来决定。本报告书涵盖两部分内容，一是该工程地埋管温度场测试及结果分析；二是根据温 度场测试结果，对地埋管进行换热计算。2.2测试要点根据我们的实际工程经验，换热孔孔径设计为130180mm （根据具体地质结构和埋 管深度决定）。该项目打井采用单U形式，管径DN32，深度均为100m。具体测试要点：1、按设计要求钻孔，并记录土壤类型、不同类型土壤的厚度以及不同土壤每米钻孔所 需时间。2、按要求把换热管放入钻好的孔中。3、在放好换热管的孔中回填填料，并将换热管中充满水。4、保证换热管内充满水，封闭管口，让其稳定。5、测试前让换热管中水循环流动60分钟以上。6、某时刻起对换热
6、管环路中的水进行连续加热，并记录加热功率、回路中水的流量、 水温及其对应的时间。7、我司配备一整套软件将采集、记录、处理测试数据，并动态显示水温变化、电压、 电流等参数，并自动绘制其参数变化曲线。2.3测试仪器主要构件测试装备包括以下构件：1. 试压、保压后的成井2. 岩土热物性测试仪及其配套软件，由IGSHPA （国际地源热泵协会）推荐，美国原装 进口。3. 数据采集仪：土壤导热能力测试数据采集记录仪HOBO FlexSmart Logger；目前采用 HOBOware Pro version2.3.1，由美国 Onset Computer Corporation 开发提供。此 为测试设备原
7、装附带软件。4. 模拟量输入输出模块5. 进出水温度、流量、电流、电压传感器6. 电脑及其显示设备7. 信号、电源连接线8. 稳定的单相交流电源图1现场测试装备总图06-12-29图1避试仪结构原理图如图一所示，由于泵的作用，流体由A 口进入，传感器采集信号。流体通过泵后， 由电加热器加热，加热的流体温度信号由传感器采集，然后流体从B 口流出，输入到埋 置于深层岩土中的PE管内，导管内加热的流体与深层岩上进行热交换后，又从A 口返回 到仪器内，形成封闭的循环。将在一定时间内连续采集到的功率、温度等参数作为测量 数据，再由线热源理论公式求出岩土的平均导热系数，继而对地埋管进行换热计算，达 到检测
8、目的。数据输出通过专用程序软件来实现，将采集到的数据以特殊的格式存储在控制柜中 的电脑里，也可转移到其他计算机中；根据所收集数据通过专业数据分析软件进行数据 分析。m测试数据及其图表该地源热泵项目竖埋管换热情况测试，现场对两口单U式地埋管进行实时测试。3.1测试环境空调设计室外计算参数1. 室外空气设计参数大气压力：冬季P=102883Pa；夏季P=100357Pa室外干球温度：冬季t=-4C ；夏季t=34C夏季室外计算干球温度：t=28.2C冬季室外计算相对湿度：74%2. 室内设计参数夏季：262C，相对湿度：60%冬季：202C，相对湿度：30%3.2地源热泵系统优势背景科学研究发现，
9、土壤温度的变动随深度增加而减少，到地下15m以下时，这种影响 可忽略。太阳能储藏在土壤中的这部分可再生能源为空调系统提供了节能环保的天然冷、 热源。温度6.7 I I -4A K) 15.6 2J 26.7 32.2 37.80 1HU| i1-H1 I15 林I3.3测试具体步骤:1）、布置地下换热器：打孔：打孔工程中对地质进行评估。打孔过程快成孔时准备地下换热器做打压试验。下管：将地下换热器下入已打好的成孔中，保证下管深度。回填：将回填料通过搅拌机搅拌后返浆回填，保证回填料均匀密实。再次打压试验：将地下换热器下入孔中并回填后，再进行打压试验，满足系统的工作压 力。2）、进行实验测试：第一步
10、、保证在整个试验过程中都必须有足够的电来供应，将实验平台与控制柜通电； 第二步、将适配器（测试设备的一种部件）安装在地下换热器上；第三步、将准备好的绝缘软管与试验设备连接起来，将软管保温，避免受外界环境影响 （如太阳下直射等因素），有必要用帐篷进行遮盖，以免影响试验效果。第四步、通过注水管向试验系统中注水，保证系统运行的注水压力。第五步、在将试验系统中的空气排尽后启动循环泵，当流速稳定趋于恒定后，开启电加 热器，正式开始测试实验，进行数据采集。在数据采集过程中，必须保证电源 的稳定，使数据能够连续不间断采集。采集数据包括：孔径、孔深、大地初始 温度、连续测试时间的地下温度等。第六步、数据采集时
11、间：1#井和2#井分别于2010.08.102010.08.12和2010.08.12 2010.08.14各48个小时。其间分别连续对试验孔进行现场数据采集，在测试 过程中每隔20秒进行一次数据采集。开启电加热前后分别记录地下环路中水与 土壤换热的数据情况。3.4地下换热器内水温度随加热时间的变化数据表格a）按测试要求连接测试设备与地下竖埋管环路，启动循环水泵初始运行一段时间，记录 原始未经扰动的土壤温度，待进出水温差趋于稳定为止。b）观察测试曲线图，对比开启电加热器前后温度的整体变化以及温差趋势，作初步判断 分析；原始土壤温度，记录表格如下:IndexTime, GMT+08:00Temp
12、, C()Temp, C()512010-08-12 下午 02 时 47 分 25 秒21.81523.583522010-08-12 下午 02 时 47 分 45 秒21.74323.439532010-08-12 下午 02 时 48 分 05 秒21.76723.439542010-08-12 下午 02 时 48 分 25 秒21.74323.367552010-08-12 下午 02 时 48 分 45 秒21.69623.295562010-08-12 下午 02 时 49 分 05 秒21.67223.271572010-08-12 下午 02 时 49 分 25 秒21.6
13、9623.295582010-08-12 下午 02 时 49 分 45 秒21.67223.2592010-08-12 下午 02 时 50 分 05 秒21.64823.128602010-08-12 下午 02 时 50 分 25 秒21.57723.056612010-08-12 下午 02 时 50 分 45 秒21.57723.104622010-08-12 下午 02 时 51 分 05 秒21.52923.008632010-08-12 下午 02 时 51 分 25 秒21.55322.984642010-08-12 下午 02 时 51 分 45 秒21.52923.008
14、652010-08-12 下午 02 时 52 分 05 秒21.622.913662010-08-12 下午 02 时 52 分 25 秒21.50522.937672010-08-12 下午 02 时 52 分 45 秒21.43422.865682010-08-12 下午 02 时 53 分 05 秒21.43422.984692010-08-12 下午 02 时 53 分 25 秒21.45722.793702010-08-12 下午 02 时 53 分 45 秒21.45722.817712010-08-12 下午 02 时 54 分 05 秒21.4122.793722010-08
15、-12 下午 02 时 54 分 25 秒21.38622.698732010-08-12 下午 02 时 54 分 45 秒21.36222.65742010-08-12 下午 02 时 55 分 05 秒21.36222.65752010-08-12 下午 02 时 55 分 25 秒21.38622.65762010-08-12 下午 02 时 55 分 45 秒21.36222.626772010-08-12 下午 02 时 56 分 05 秒21.48122.626782010-08-12 下午 02 时 56 分 25 秒21.4122.626792010-08-12 下午 02 时 56 分 45 秒21.50522.57880
