基于圆柱热源模型的现场测量地下岩土热物性方法

在埋地换热器圆柱热源模型的基础上采用参数估计法建立了一套可用于现场确定土壤热物性的方法。结合地源热泵系统单井热响应测试实验,计算了地下岩土热物性参数,模拟了管内流体平均温度随时间变化规律,与实验值比较,发现该方法较线热源法更加接近实际。

基于现场热响应测试方法的地下岩土热物性分析

目前获取导热系数的主要方法是现场热响应试验,但该方法缺乏统一的技术标准,导致计算结果可比较性差,难以应用。笔者开展了不同热响应试验设备的原位热物性测试系列试验,分析了测试与数据处理方法对测试结果的影响,探讨了试验过程中需要注意的问题。结果显示：为减少试验误差,两次热响应试验测试的时间间隔不应少于10d;应尽量避免循环水与岩土介质以外的其他介质产生热量交换;对于恒热流热响应试验,导热系数值与舍弃时间（1.0~12.0h）成正相关关系;而对于定进回循环水温差的热响应试验,导热系数值与舍弃时间（0.0~12.0h）成负相关关系;舍弃时间大于12.0h时,导热系数变化趋于稳定。按统一标准舍弃前12.0h的测试数据进行导热系数计算,6家单位的导热系数计算值都在2.2~2.8W/（m·℃）范围内,测试结果合理可靠。

模拟退火算法在岩土热物性参数确定中的应用

岩土的热物性是土壤源热泵系统设计的重要参数,需要在工程地点实施热响应试验才能确定。针对现场热响应试验中恒加热功率难以保证的实际情况提出了利用模拟退火算法确定变热流状况下热物性参数的新方法。该方法以竖直U形地埋管换热器的柱热源(CSM)模型为基础,引入格林函数加快了热响应试验系统模型确定换热器进出水温度的计算速度,利用RMSE分布图解决了传热反分析中参数识别的非适定问题,保障了模拟退火算法的有效实施。在结合具体算例实施热物性参数识别的过程中,变热流情况下模拟退火算法对应的退火温度降温速度快,确定的岩土热导率和容积比热容的相对误差分别为4.1%和1.3%,而且计算了地埋管换热器的有效热阻。研究结果可为确定岩土热物性参数和指导地埋管换热器系统设计提供参考。

基于地源热泵的便携式岩土热物性测试仪的研制与应用

地下岩土的热物性参数是地源热泵地热换热器设计中所需要的很重要的参数。为了能够现场测量地下岩土的热物性参数,研制了便携式测试仪器。该测试仪可现场采集数据,再利用参数估计方法便可确定地下岩土的热物性参数。概述了岩土热物性测试仪的检测原理、结构及检测结果,并指出了该检测仪的推广应用前景。

地源热泵岩土热物性现场测试方法评价

在总结地下岩土热物性现场测试方法的理论模型和算法的基础上,通过建立地源热泵系统的三维数值模型,构建了一个虚拟的标准地质孔,模拟得到了热响应曲线。采用常用的3种岩土热物性测试方法对标准地质孔的热物性参数进行了辨识,结果表明,与柱热源模型相比,基于线热源模型的2种测试方法具有较高的计算精度。

基于组态软件、智能模块及PLC的岩土热物性原位测试仪监控系统

介绍了应用地源热泵原理对地层的热物性进行原位测试的测试仪自动监控系统。系统通过检测并控制地热孔地下换热器进出口温差,保证恒热流输入。该系统由上位机及下位机系统组成:上位机由工控机作为监测控制核心,装有组态软件,编制整个控制系统操作界面和软件系统;下位机由两台AD转换智能模块采集各物理参数,一台可编程逻辑控制器(PLC)对控制动作执行机构进行控制输出。通过对4口地热井的实际工程应用,分别实现了连续72 h对地热孔地下换热器进出口温差的精确控制,控制精度小于0.1℃。

不同岩土热物性参数测试方法的比对试验研究

岩土热物性参数以及如何准确获得岩土体热物性参数的方法对整个地埋管地源热泵系统的设计至关重要。本文通过对一个实际应用的地源热泵系统的研究,采用两种测试方法进行测试分析对比;使用瞬时系统模拟软件TRNSYS建立理论分析模型,基于不同的热物性参数测试方法对地源热泵系统设计进行分析,指出两种测试方法的偏差和优缺点,为地埋管地源热泵工程设计及施工提供依据。

岩土热物性测试若干问题探讨

针对目前在地源热泵岩土热物性测试领域存在的不规范现象,在研究与实践基础上,对测试参数、数据处理、功率、单位延米换热量的获得方法、测试工况等问题进行讨论,并提出相关建议。

三维数值模型及其在地源热泵岩土热物性计算中的应用

利用有限体积法,在Matlab平台上建立三维数值模型,通过经典线热源模型对该模型进行验证,并介绍工程应用。该模型能够反映实际钻孔参数,适应U形埋管内流量波动、加热功率较大波动等情况。结合实际测试数据,应用该模型可反演得到地源热泵岩土热物性参数。且该模型能够克服经典线热源模型忽略钻孔内容积比热容的局限性,更好地反映实际地源热泵岩土热响应情况。

岩土热物性测试仪的研发与应用

文章介绍了岩土热物性测试仪的组成、测试原理和测试方法,通过对实际工程的实际测试,运用自制软件结合当地地质构造计算出了岩土综合导热系数和单位延米的换热量,不但为后期地源热泵项目的设计提供参考依据,也促进了地源热泵技术在河北省的发展。

基于实心圆柱面热源模型的岩土热物性测试方法

一维实心圆柱面热源模型比现有的线热源模型和空心圆柱面热源模型能更好地描述竖直地埋管换热器与周围岩土的的传热过程。利用一维实心圆柱面热源模型结合参数估计方法建立了一种可用于现场测量确定岩土热物性参数的方法。利用该方法对实际工程进行了测试分析,结果表明该方法得到的地下岩土热物性参数可信,可以用于工程设计。

土壤源热泵地下岩土热物性测试研究

采用自行设计开发的地源热泵地下岩土热物性测试平台,试验模拟了地源热泵地埋管换热器冬夏季取放热实际运行工况,以某具体地源热泵工程项目为例,推算出该地区地下岩土的综合导热系数,体积热容等热物性参数,分析了地埋管换热器与周围土壤之间的换热状况,确定了该地区地源热泵系统地埋管换热器冬夏季工况下的实际单位延米换热量,为该地区地源热泵系统的设计施工提供了依据。

基于钻孔内多极模型的岩土热物性参数评估方法

为准确评估地埋管换热器设计中岩土热物性参数,该文基于钻孔内解析传热模型和钻孔外数值传热模型,提出一种岩土热物性参数评估方法。该方法通过钻孔壁面温度耦合钻孔内外换热,求解流体平均温度,在此基础之上采用单纯形法寻优求解岩土导热系数、热扩散系数及钻孔热阻。并结合实际工程的地源热泵系统热响应测试实验,验证该方法的准确性。相比于纯二维数值模型和p(t)-liner纯解析模型,该方法计算所得的流体出口温度更加接近实测值,其均方根误差分别为0.115、0.252和0.193℃。同时,相比于常用的二维模型,当钻孔内热阻采用多级模型计算时,能够提高计算精度,钻孔热阻误差减少3.9%。

不同气候区岩土热物性测试分析

获得准确的岩土热物性是进行地源热泵系统设计的前提,不同的建筑热工气候区岩土热物性不尽相同。依据多年来进行的全国各地区岩土热物性测试,选取严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区典型城市的测试数据进行对比,阐述测试原理和各地岩土热物性的特点,分析测试结果,得出相关结论,对地源热泵的发展具有一定的指导意义。

深层岩土热物性的现场测定

地下岩土热物性的确定一直是地源热泵技术领域的难点之一。利用自主研发的现场测定岩土热物性方法和仪器,对待建地源热泵工地岩土层热物性进行了现场测试。测试结果表明:测得的岩土热物性,能够满足地源热泵工程设计的精度要求。

基于遗传算法的岩土热物性参数的反演

针对最优化方法反演岩土热物性参数易陷入局部最优解或不容易收敛的问题,基于遗传算法的全局随机寻优特性,将实数编码的遗传算法应用到岩土热物性参数反演中,将其所反演的参数结果与用传统最优化理论所得结果对比分析,结果显示遗传算法在反演岩土热物性参数是可行的,可以较为高效地得到符合实际近似最优解。

基于线热源和圆柱热源理论的岩土热物性比较

本文介绍了线热源理论的传热模型和简算方法以及圆柱热源理论的传热模型,并引进了参数估计的方法来确定地下岩土的热物性。根据这两个不同的传热模型分别计算了某一工程的管内流体平均温度并与实测值进行了对比,发现圆柱热源理论传热模型跟贴近于实测值,这为热响应测试设备的研发提供了参考。

地源热泵地下岩土热物性现场热响应测试方法研究

为了准确决定埋管现场岩土热物性值,建立了一套现场热响应测试装置,详细分析了测试原理、装置流程与数据处理方法,并应用所建装置与数据处理模型对一地源热泵工程进行了实测与分析,获得工程所在地土壤原始平均温度为17.7～17.9℃,土壤等效导热系数为1.78W/(m.K),等效容积比热容为2580kJ/(m3.K),单位长度钻孔热阻为0.163(m.K)/W。同时,为了提高测试精度,必须采用稳压电源及做好外露管道保温措施,数据处理上应舍弃测试初期10h的测试数据。试验验证表明,本文所建立的地下岩土热物性测试装置与分析模型是可行的,可应用于实际地源热泵工程中地下岩土热物性的测试。

浅层岩土热物性参数测试与分析

介绍了浅层岩土热物性参数测试的计算模型、测试方法等。以线热源模型为基础,采用斜率法计算导热系数,按照室内试验及工程经验选取容积比热容,从而求得热阻,通过实例验证了该方法的准确性。现场实测表明热干扰距离的研究难以通过单孔热响应测试获得,可按已有研究成果选取。

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。