地埋管地源热泵系统——现场原位测试

通过原位热响应测试获得岩土体初始温度、岩土体热物性参数(包括导热系 数和比热容)、地埋管换热器的换热能力三方面的参数。
1)岩土体初始温度

获得岩土体初始温度的测试方法有三种，分别为循环法、平衡法、传感器法。

循环法(参考 DZ/T 0225-2009)是指在没有其他热源加载(水泵除外)的条 件下，利用水泵驱动实现 PE 管内水循环，温度稳定后(即地埋管换热器出水温 度 12 小时内变化小于 0.5°C，该点称为稳定点)观测时间不少于 24 小时。稳定 点后的测试数据做算数平均即为岩土体初始平均温度。

平衡法是在 PE 管内的水与周围岩土体达到热平衡的状态下，利用 U 型管的 前 1/2 水循环到测温点热交换不充分的特点，通过不同位置水循环到测温点的时 间不同，计算出钻孔的温度分布。

传感器法(参考 GB50366-2005)是在钻孔内不同深度分别埋设温度传感器， 或向注满水的 PE 管内插入温度传感器，测定钻孔的温度分布。

2)岩土体热物性参数

岩土体热物性参数的测试方法是稳定热流法获得，即向地埋管加载恒定的热 量(或冷量)，岩土体温度响应反映到地埋管换热器的进出水温度变化上，通过 模型求解即可求解岩土体的热物性参数。
3)地埋管换热器的换热能力

地埋管换热器的换热能力采取稳定工况法测试获得，即建立稳定的地埋管换热器冬季或夏季运行工况(地埋管换热器进水温度和流量)，记录换热功率和地埋管换热器出水温度的响应情况，求解地埋管换热器的换热能力。

4、测试数据分析

1)岩土体初始温度

循环法的测试数据在达到温度稳定后至少观测 24 小时，分析时将稳定点到 测试结束的岩土体温度进行算术平均即可。

平衡法需通过水流速计算地埋管换热器不同埋深的水流到测温点的时间，即 可确定不通深度岩土体的温度，可使用温度分布，也可以进行算术平均求岩土体 平均温度。

传感器法可直接获得不同深度岩土体的温度，可以使用温度分布，也可以进 行加权平均求岩土体平均温度。
2)岩土体热物性参数

  根据线源模型，地埋管换热器进出口平均温度与时间变化关系式为:

3)地埋管换热器的换热能力

稳定工况测试方法能够计算单孔、单位延米地埋管换热器换热量以及单位长 度地埋管换热器平均传热系数(简称传热系数)。

地埋管换热器的进水温度(tin)是人为设定的，能够稳定在某设定值(如 35°C)。 由于地下的换热过程是一个非稳态的换热过程，地埋管换热器的出水温度(tout) 随着时间的增加逐渐接近地埋管换热器进水温度，换热量也就逐渐减小，直至稳 定或无限趋近于 0。因此必须在一个特定的时间段内计算地埋管换热器的换热量。 首先需要确定基本稳定点，规定某时间点的地埋管换热器出水温度与 12 小时前 的温度差值小于 0.5°C，则该点即认为是基本稳定点。从基本稳定点到 48 小时 的时间段内的数据作为有效数据，所有参数在有效数据区间的平均值作为计算标 准，可计算在一定的运行工况(即地埋管换热器平均进水温度/平均出水温度、 平均流量)下的平均换热量及单位延米换热量。

为了分析地埋管换热器的换热特性，提出单位长度地埋管换热器平均传热系 数(简称传热系数)的概念。在数值上，传热系数等于单位延米地埋管换热器的 换热量与地埋管换热器进出水平均温度和岩土的初始温度的差值的比值，单位为 W/(m·K)。该参数是综合反映地埋管换热器施工条件、管材、岩土热物性、运 行工况等众多因素的综合参数，可用于计算不同工况下地埋管换热器换热量及单 位延米换热量。单位长度地埋管换热器平均传热系数计算公式:

Kl 同样也会随测试时间而发生变化，因此，其分析方法与地埋管换热器单位

延米换热量方法相同，即求有效数据区间的平均值。冬季工况的分析方法与上面介绍的夏季工况的分析方法相同。通过 Kl 可计算不同冬夏季工况下的地埋管换热器换热换热量(即变工况表)。
    需要说明的是该数据分析方法仅考虑 48 小时内的连续运行效果，若实际建筑功能的不同导致连续运行时间不同，应在计算结论的基础上适当考虑富裕系数， 以保证系统可靠运行。

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1.0-1000 米单点温度检测(普通表和存储表) 

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3.0-3000 米单点温度检测(普通显示，只能显示温度，没有存储分析软件功能) 4.0-10000 米分布式多点深层地温监测(采用分布式光纤测温系统) 

4. 0-10000 米分布式多点深层地温监测(采用分布式光纤测温系统：分布式光纤温度监测系统细分两大类:1.井筒测试 2.井壁测试)

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