浅层地热能热响应测试仪检测台检测机理及试验研究

岩土导热系数是地埋管换热器设计的重要依据,获取导热系数的有效措施是现场热响应测试法。为检测国内大多数热响应测试仪器的性能,基于线热源理论设计了一套浅层地热能热响应测试仪性能检测平台。介绍了检测台的结构和功能,建立了检测台的控制系统。利用所开发的检测台对1台热响应测试仪进行测试,分别模拟不同参数的"标准孔"。该检测台的出水温度可按控制要求稳定输出,可以模拟可控的"标准孔",被检测的热响应测试仪流量和温度误差均符合要求,精度较高。通过热响应试验得到的导热系数误差的平均值为3.63%。     

基于TRNSYS模拟的地埋管换热效果影响因素分析

通过原位热响应试验数据验证了TRNSYS软件中U型地埋管换热器模块Type557计算模型的可靠性,应用TRNSYS软件建立地埋管换热模型。基于正交试验的研究方法,综合分析了埋管壁、回填材料、埋管周围岩土的导热系数对埋管换热器换热效果的影响规律。得到影响地埋管换热过程的最主要因素是岩土导热系数,回填料导热系数对其影响程度略低于岩土导热系数,埋管壁导热系数对其影响不大的结论。     

热响应试验后的热恢复试验理论与应用研究

完成热响应试验后关闭加热器,维持循环泵和数据采集系统运转,即可进行热恢复试验。根据热流叠加原理和线热源理论,得出传热介质平均温度随开启加热器开始计时的时间与热恢复试验时间之比的自然对数呈近似线性关系。通过工程实例阐述热恢复试验现场试验方法和数据处理方法,验证用其确定岩土导热系数和钻孔热阻的准确性和实用性,为用热恢复试验确认或检验岩土热响应试验成果提供理论依据和实例。     

岩土热响应测试条件对测试结果影响的研究

为确定岩土热响应测试条件对测试结果的影响,本文从线热源的简化过程出发,分析了热响应测试时间因素,并结合规范确定了实际测试过程中的测试时间以72 h为宜。同时从地下埋管传热的角度分析了管内流体与岩土的传热温差、循环流体物性、流速和埋管的管径等测试条件对测试结果的影响,得到了岩土综合导热系数与各影响因素间的关系式,并利用这一关系式对测试结果进行了修正。研究结果可为工程技术人员的计算交流提供参考依据。     

兰州新区地源热泵岩土热物性现场热响应试验研究

针对兰州新区某一写字楼地源热泵工程,为了得到现场岩土热物性,进行现场热响应试验测试。通过研究传热模型及热物性计算方法,对试验数据进行科学处理,获得工程所在地土壤原始平均温度、土壤综合导热系数、容积比热容、钻孔综合热阻。经过查证本建筑场地《岩土工程勘察报告》中的土壤密度、含水率及孔隙率,分析对比认为试验数据是可靠的,计算的岩土热物性数据可用于地源热泵工程设计的基础参数。     

岩土热响应测试系统的研究与开发

现场热响应测试是实施地源热泵工程的关键环节。本文自主研发了岩土热响应测试系统,既能进行放热试验又能进行吸热试验。用VB语言开发了基于EXCEL的热响应分析软件。该系统及软件在绵阳烟厂得到成功应用,获得了现场土壤原始温度、导热系数以及体积比热、单U管和双u管每延米孔深的吸放热量参考值。测试数据为工程设计提供了依据。     

北方地区岩土导热系数及换热量的测试研究

岩土导热系数是地源热泵地埋管换热器的重要设计参数;测井单位深度换热量是地埋管换热器系统的设计依据。掌握工程区域岩土的热物性及换热性能,是保证地源热泵系统高效、稳定运行的关键。文章建立了现场测试岩土导热系数及换热量的方法,并结合沈阳浑南高新技术产业开发区某地源热泵工程,测试分析了岩土导热系数和测井单位深度换热量。结果表明,该区域的岩土具有较好的导热能力,适合采用地埋管地源热泵系统;在特殊地理条件下设计地源热泵系统方案前,应对拟建区域的地质条件进行全面勘探,以优选工程区域,为岩土热响应测试结果的可靠性提供保障。     

地埋管热响应试验孔地温恢复特性研究

以武汉市某大型地源热泵项目两个不同回填工艺施工的地埋管热响应试验孔为研究对象,通过埋设温度传感器和进行长期地温监测,研究和分析地层受施工热扰动后的地温恢复机理和影响因素,论证原始地温恢复快慢与钻孔回填材料的沉淀密实速度密切相关,给出热响应试验孔成孔后的静置时间建议值和岩土初始平均温度确定方法。此外,还对热响应试验后的试验孔地温恢复特性进行研究,为确定两次不同加热功率热响应试验之间的间隔时间提供依据。     

U型深埋管固井层对埋管换热性能影响的研究

结合西安市某个U型深埋管工程,建立三维全尺寸数值计算模型并进行模型验证。在此基础上,模拟分析不同导热系数的埋管固井层对埋管换热能力的影响。结果表明,固井层导热系数在小于及接近岩土层导热系数的范围内增加时,埋管换热强度随之增加明显;固井层导热系数对埋管换热的影响程度与周围竖向各层岩土导热系数的大小相关,而与地层竖向的温度分布无明显关系。     

分层岩土体综合导热系数的加权平均估算方法

为了探究利用加权平均估算方法来评估分层岩土体综合导热系数的合理性,以及提高评估结果的准确性,文章基于不同岩土层导热系数在加权平均估算方法中的权重差异,提出了权系数改良方法,并通过实例对权系数改良前后的加权平均估算方法进行比较。研究结果表明:由于地埋管沿程换热特性的影响,岩土体分层导热系数对综合导热系数的影响权重沿深度方向近似呈现出线性减小的变化趋势;利用简单加权平均估算方法得到的岩土体综合导热系数与本文模拟结果之间的相对误差δ1不超过11.9%,并且利用该估算方法只能得到岩土体综合导热系数的大致范围;利用改良加权平均估算方法得到的岩土体综合导热系数与本文模拟结果之间的相对误差δ2低于δ1,且二者的最大差值为4%。综上可知,改良加权平均估算方法的估算结果更加准确。     

基于AHP探针法的土壤源热泵现场热响应试验研究

由于探针法和现场热响应试验法为测试岩土热物性参数的常用方法,因此文章基于邢台地区某土壤源热泵工程,将室内探针法和现场热响应试验法确定的热物性参数进行对比分析。首先,根据探针法和现场热响应试验法测试结果的差异,选取地层厚度、含水率、密度及渗透率作为影响土壤样品热物性参数的主要因素,并利用层次分析法来确定各影响因素的权重值;接着,利用各因素的权重值来修正探针法的测试结果;然后,将探针法和现场热响应试验所确定的岩土热物性参数进行比较,得出两个测量结果的相对误差小于10%;最后,对于土壤源热泵项目,文章利用修正后的探针法对现场热响应试验结果进行验证。     

孔隙率与含水率对砂质土样导热系数的影响

鉴于研究岩土体导热系数的变化规律及影响因素,对岩土的导热理论和工程实践的现实意义,利用热探针测定了不同孔隙率和含水率条件下的砂质土样导热系数,分析其变化规律,并用1stOpt软件得到孔隙率、含水率与导热系数的拟合公式。计算结果与试验结果表明,导热系数随孔隙率的增加而减小,随含水率的增加而增大,且在一定含水率下,导热系数随孔隙率的增加呈线性减小,孔隙率为0.468~0.511时,导热系数降幅为20.19%;在一定孔隙率下,导热系数随含水率的增加呈非线性增长,含水率0~10%时,导热系数增幅为338.38%,含水率10%~15%时,导热系数的增幅为8.83%。     

不同形式和管径的地埋管换热器换热性能分析

结合岩土热响应试验,对岩土初始平均温度和综合导热系数的不同获取方法进行对比分析,结果表明无功循环平均温度及现场热响应试验得出导热系数值作为系统设计参数更为接近实际工况。分析对比不同埋管形式、不同管径的地埋管换热器换热性能,换热器采用单U形式时,DN40管较DN32管的换热性能提高约30%;不同换热器形式,DN32双U管换热性能较单U管提高约80%;DN32双U换热器的换热能力较单U40提高近40%。DN32双U换热器的换热能力远远优于其单U换热器和DN40单U换热器,可作为实际工程中优先选用的埋管形式。     

分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明：均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。     

垂直地埋管换热器热响应测试估算方法研究

基于实测数据,对垂直地埋管换热器热响应测试估计方法进行研究。直线斜率法可以计算导热系数、体积比热以及孔内热阻,但必须补充恰当的热阻计算式。若采取三参数估算法,计算时间太长,根据经验数据拟合出导热系数和体积比热的关系式,孔内热阻作为独立变量,缩短了计算时间。并收集大量测试数据,验证了该方法的合理性。     

用于现场测量深层岩土导热系数的简化方法

为便于工程上实现应用现场测量确定实际介质的物性,采用一种简化的传热分析方法确定深层岩土导热系数。该方法不需要测量钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的特性等参数,可消除上述参数测量带来的误差。通过现场测量地下埋管回路的加热热流、回路循环水流量以及回路出入口水温度随时间的变化,利用简化分析和最优化估计方法,确定了某工地地下岩土的导热系数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

含水率对工程常用土导热系数影响的试验研究

岩土的导热系数对工程施工和工程运行有较大影响,研究不同含水率条件下的导热系数变化规律对岩土的导热理论和工程实践具有重要意义。根据《土工试验规程》制备出粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土等5种工程常用土,试验分析了不同含水率时的导热系数变化规律,并根据试验结果得到5种土导热系数随含水率变化的拟合公式。结果表明,5种土的导热系数均随含水率的增加呈非线性增加。含水率在0~15%时,导热系数由大到小顺序依次为粗砂、中砂、细砂、粉砂和粘土;含水率超出20%时,中砂、细砂、粉砂的导热系数变化趋于平缓并呈轻微下降趋势;含水率大于25%时,粘土导热系数呈下降趋势。     

青岛蓝色硅谷土壤热物性测试与分析

青岛蓝色硅谷区域地质构造特殊,地热资源丰富。目前该区域地热资源的勘查程度较低,地热资源利用形式单一,优质地热资源浪费严重。本文采用岩土热响应测试法对蓝色硅谷区域内的地埋管测试孔的岩土热物性进行了现场测试,利用48 h的测试数据,采用线热源模型进行数据分析,得到土壤导热系数为2.278 W/(m∙K)。同时,采用柱热源模型模拟夏季工况,得到的流体温度变化趋势与实验工况相同,且进、出水温度分别为35.1℃和30.4℃,与实验工况下的35.1℃及30.8℃吻合较好。该研究可用于指导土壤源热泵的热物性分析以及青岛蓝色硅谷地热资源综合开发。     

岩土热响应散热修正瞬态模拟及关键参数研究

提出一种带散热修正的地埋管储热的TRNSYS瞬态计算模型,考虑管道散热及地表空气对流散热损失;在山东省滨州市进行实地热响应测试,通过对实验测试井供回水温度的模拟,验证模型准确性。同时,模拟分析循环流量、加热功率等关键参数对岩土导热系数、钻孔热阻、延米换热量辨识精度的影响。研究结果表明,测试持续时间对岩土导热系数辨识精度影响高达24.88%,其次分别是加热功率、初始舍弃时间、循环流量、回填材料导热系数。加热功率对延米换热量影响最高达75.01%。     

地下换热器热工参数估计方法

基于一组实测数据,对地下换热器热工参数估计方法进行了讨论。直线斜率法可以计算导热系数、体积比热以及孔内热阻,但必须补充恰当的热阻计算式。采取多参数寻优法估计,建议以导热系数及孔内热阻作为独立变量,体积比热另行确定。