地源热泵岩土热物性测试仪热响应测试仪

土壤耦合热泵系统具有显著的环保经济、高效节能、运行可靠的优越性，近年来得到了广泛的关注和暖通专业人士的认可。由于地源热泵系统利用清洁的浅层地下热能作为空调系统的冷热源，成为国内现有绿色建筑项目的，加之政府相关扶持政策的推行，地源热泵在我国进入一个快速发展期，应用项目不断增多，技术也越来越成熟。

土壤源热泵空调是一种利用浅层地热的可再生能源空调技术,具有高效节能环保的特点。在地源热泵技术中,地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能有着决定性的影响,而土壤热物性参数是埋地管换热器设计中的关键参数,直接决定了地埋管的长度和地源热泵系统的初投资。因此,准确地获得土壤热物性参数是非常重要的。

地下岩土热物性参数作为土壤耦合热泵系统的重要参数，对方案设计的成功与否影响非常大。然而由于我国目前还没有相应的规范和详细的测试标准，有关地下换热器的传热模型及设计计算等方面的研究体系不完善，导致测试人员无章可依设计人员各执一词。不同测试仪的测试结果相差较大，没有统一的标准，造成不同设计方案差别极大，系统运行效率不高、出力不足或初投资过大等问题，严重制约了地源热泵系统在我国的发展。因此，地下岩土的热物性参数热响应测试的标准化问题、统一地源热泵系统工程设计方法问题急需解决。 

    针对对对以上问题，我公司对国内现有的热响应测试仪进行了改进，研制出可分别进行夏季排热工况和冬季吸热工况测试的一体机，从测试仪的系统设计、设备选型到组装调试都力求精益。 在热物性参数的计算方面，我公司结合现有的线热源模、柱热源及改进模型，详细推导了模型解析解，从数学角度和实际工程角度分析了岩土原始温度、测试时长及岩土比热容对热响应测试的影响。 

我公司在分析调研国内外研发的土壤热物性测试仪基础上,根据热响应原理研制出了一台以PLC为数据采集和处理核心的土壤热物性测试仪,同时编写了一套计算土壤热物性参数的相关软件。使用模拟软件作为地源热泵设计软件，通过该软件对实际项目进行全年逐时动态负荷模拟，结合测试结果进行方案设计，并对方案未来 30年内的运行状况进行模拟，对结果进行地下热平衡分析后，通过改进地下换热器及控制策略对设计方案进行优化。 实际应用表明,该测试仪具有操作方便、使用安全、稳定可靠、测试精度高等优点,能够顺利完成土壤热物性的测试任务。

     在土壤热响应测试实验的基础上,通过对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,提出了针对回填材料的热阻修正因子,并引入了热短路修正方法对循环水平均温度进行修正。同时在综合考虑对Carslaw柱源模型已有修正的基础上,提出了圆柱源综合修正模型。然后借助二维垂直换热器数值模型,将原模型和柱热源修正模型的计算结果进行了比较,证明了修正模型比原模型具有更好的计算精度。利用测试仪器对某测试钻孔进行现场热响应测试实验，使用斜率法和参数估计法分别进行了计算并相互校核，得到了较准确的岩土综合导热系数及钻孔热阻等参数，为地源热泵系统设计提供可靠的基础数据。 我公司还进一步分析了回填土导热系数、等价半径、热流不均匀、热短路等因素对计算结果的影响,进一步验证了修正模型的性并提出了提高计算速度的方法。提高了土壤热物性参数的计算准确度,对于土壤热响应测试的发展起到了一定的推动作用。

     综上所述，我公司着重对热响应测试仪的改进，利用测试数据得到岩土热物性参数，为热响应测试的标准化及岩土热物性数据库的建立提供了一些参考。同时将测试结果用于实际工程，建立了系统的地下换热器设计方法，为地源热泵系统设计统一化作出一些贡献。

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