PDF《第27卷第l期》

第27卷第l期 河北工程大学学报(自然科学版) 2010年3月Journal of Hebei University of脚喊(NaturalScience Edition) v01.

27 No.1 Mar.2010 文章编号:1673―9469(2010)01―0058―03 地源热泵土壤热物性测试与分析 赵进,王景刚,杜梅霞,高晓霞 (河北工程大学城建学院,河北邯郸056038) 摘要:运用恒热流测试原理自主研发了岩土热物性测试仪,通过现场测试的方法,调整加热管的 加热功率、埋管中循环水流量、埋管进出口水温随时间变化规律,利用线热源理论确定了地下岩 土的热物性参数.实验表明,土壤初始温度的测量精度对于提高土壤的导热系数是至关重要 的,在未扰动的土壤温度以及给定PE管材的条件下,测试时间为50小时左右时,土壤导热系数 逐渐趋于稳定,收敛于3.109 W/(m・℃),整个测试过程平均导热系数为3.489W/(m・℃),该结 果为地源热泵系统的准确设计提供了依据. 关键词:土壤热物性;

地源热泵;

线源模型;

导热系数 中图分类号:TU83 文献标识码:A Testing and analysis on the soil thermal properties by ground source heat pump ZHAO Jin,WANG Jing-gang,DU Mei―xia,GAO Xiao-xia (College of Urban Construction,Hebei University of EIlgiI咄,Hebei Handan 056038,Chln且) Abstract:A ground thermal response t酷ting system is developed independently on the principle of constant heating flux.Th姒e,h the method of field testing,it'

s summed up that the relationship during the power of heating,flow rote of circulating water in the pipe and import and export water temperature of buried pipe. The thermal properties of soil are determined by the line soutl3e model.The results show that it is very im・ portant to improve the thermal conductivity for its original temperature.The thermal conductivity of the soil tends to be constant after

50 hours and converges to 3.109 W/(m・℃)under the condition of the undis. turbed soil temperature and a given PE pipe.The soil thermal conductivity at the average of 3.489 W/(m .℃).It is p/ovided for ground so眦ce heat pump system for theoretical basis. Key words:soil thermal properties thermal;

ground 90urce heat pump;

line source model;

conductivity 以土壤作为低温热源,并且采用地埋管方式 的地源热泵与其它类型的热泵相比,有热源理想, 环境影响小,运行及维修费用低廉,寿命长等优 势【1】,但是岩土热物性参数不准确,导致设计的系 统负荷与实际负荷不相匹配,使地下换热器的准 确设计受到影响【2】,因此热物性是地埋管换热系 统设计重要参数,对于具体工程而言,不同地层地 质条件下某些地下岩土的热物性相差lO倍之 多【3J.研究结果表明,当地下岩土的导热系数或 导温系数发生10%的偏差,则设计的埋管偏差为 4.5%一5.8%,环管的最高温度产生1.1℃一1.2℃偏差,而最低温度的偏差也有0.30C一0.4℃, 制冷能力和制热能力有l%的变化[4】.特别对于 竖直埋管的土壤源热泵系统,埋管长度的偏差将 导致钻孔总长度的变化,由于钻孔成本极高,从而 导致系统的初投资远远偏离实际造价.可见,对 于地下岩土的热物理性质的研究是非常必要的, 该研究直接决定了土壤源热泵系统的经济性和实 用性,如何确定热物性参数就成为一个迫切需要 解决的问题,目前热物性的测定方法主要有稳态 测试法、实验室取样测试法、现场测试法.本实验 采用现场测试方法测出钻孔周围岩土体的热物性 参数,得到的数据更符合工程实际,为地源热泵系 统的准确设计提供了依据. 收稿日期:2010―01―12 作者简介:赵进(1983一),男.河北石家庄人,硕士研究生,从事供热、供燃气、通风及空调工程方面的研究. 第1期 赵进等:地源热泵土壤热物性测试与分析 1实验装置与原理 1.1实验装置 设计了土壤源热泵实验系统,地下埋管系统 有2眼埋管井,钻孔直径为150mm,钻孔深度 120m,埋管换热器以水为循环介质,采用高密度聚 乙烯塑料管(HDPE)U型埋管换热器,直径分别为 25mm、32mm.实验台地下共布置了52个铠装 PTl00热电阻,用于测量PE管和测试井在不同深 度的温度变化.本实验选择32nma的埋管进行试 验,地上移动式测试车主要包括循环水箱、水泵、 流量计、球阀、管道、数据采集模块、电脑等部件. 其中循环水箱1个,体积为0.2矗,水箱内的加热 器功率调节范围为0kW一16.5kW,循环水泵1台, 热电阻温度传感器2只,电磁流量计、电压表、电 流表各1只.实验台需要采集温度、流量、加热功 率等数据,测试地点距离土壤导热系数测定仪约 为2m左右,水管全部用lcm厚的橡塑管保温.钻 井水文地质资料分析表明,地下30m以上主要为 粘土层,30.50m处主要为卵石砾石层,地下50m 处主要为砂土层,地下含水量丰富,土壤类型属文 献分类标准[51中的重土饱和潮湿型. 图l土壤热物性测试原理 的地层原始温度一般地埋管内注满水后静止1d. 2d后测试,测试装置在加热器突然运行前,使循环 水泵连续运行20rain,每隔lmin记录一次地埋管 进出口水温,地埋管进口温度不断升高一直到与 出口温度相等,如果水泵继续运行,会由于水泵的 散热使进出口温度缓慢升高,则关闭水泵并将进 出口温度相等时刻的温度近似等于地下无干扰地 温哺】,并采用线热源模型Ingersoll方法对测试数据 进行分析. 乃=巧+q,*【R.+去*厨(丢)】 (1) 式中巧一循环流体的平均温度;