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。

现场试验工况对岩土热物性参数确定的影响

土壤源热泵地埋管换热器系统设计的合理性取决于地埋管换热器热阻和岩土体热物性参数的准确性。为提高土壤导热系数及换热器热阻估算的准确性,文章基于现场热物性试验,利用正交试验方法确定了各因素对测试结果的影响情况,并进行了定量分析。结果表明:测试时间对热物性估算结果的影响最大。当测试时间由50 h增至100 h时,土壤导热系数估算结果与设定值的相对误差均值由12.11%降到0.75%,地埋管换热器热阻值由0.1245(m·℃)/W变为0.1077(m·℃)/W,而加热功率、流量、埋管深度等因素对结果影响程度远小于测试时间。

现场测试地下岩土平均热物性参数方法

平均热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响 ,进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的平均热物性参数 ,利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化 ,使用自行开发的软件 ,采用参数估计方法 。

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。

岩土综合热物性参数的不确定性分析

基于随机理论,提出一种新的岩土综合热物性参数的不确定性分析方法.统计测试参数误差,据此产生一系列随机数作为参数样本,计算得一系列热物性参数,对其统计分析获其均值、置信区间等.分析该方法的实际应用.研究表明:该方法可反映岩土热物性随机特性,增加其实用性和可靠度.随机产生的数据样本组数达一定数量后,组数对热物性结果影响可不计.

基于穷举搜索法的地下岩土热物性参数分析

地下岩土热物性参数测量的准确性影响地埋管换热器设计的合理性,进而影响地源热泵系统初投资和运行性能。文章利用穷举搜索法结合参数估计方法对热物性参数组合值进行全域搜索,并获得地埋管循环水温度测量值与模型计算值之间的方差和最小值,通过模拟验证该方法计算结果的可靠性,并与优化方法计算结果对比分析。结果表明:穷举搜索法可以确定较为准确的热物性参数值;优化方法仅确定的导热系数具有可靠性,相对误差小于1%,但钻孔内热阻和容积比热计算结果相对误差可达到70%以上,可信度较差;在实际工程中,优化方法所得的导热系数的值与穷举搜索法所得的值接近,但钻孔内热阻相对偏差最高可达41.42%,相对应的容积比热相对偏差最高为67.98%。

利用改进的穷举搜索法确定地下岩土热物性参数

利用传统穷举搜索法计算地下岩土热物性参数值时,会由于测试时间不同得到的钻孔内热阻、容积比热容结果也不同,因此计算结果可靠性不高。本文提出改进的穷举搜索法,利用不同测试时间条件下的实测温度数据集合,将计算钻孔内热阻平均值作为最终的钻孔内热阻值,并将改进后的穷举搜索法通过模拟验证、工程验证,与遗传算法、复形调优法、蚁群算法进行对比,结果表明,改进的穷举搜索法可以得到可信度较高的地下岩土热物性参数值,其结果比其他优化方法结果可信度要高。

基于点热源模型的地下岩土热物性参数测试

目前现场热物性测试广泛采用热响应试验方法测得岩土综合热物性参数,而获取各层岩土热物性参数值可以减少地源热泵系统地埋管的设计偏差,满足工程需要。本文提出基于点热源模型进行各层岩土热物性参数测试的方法,并通过模拟验证的方式可以准确得到热物性参数值,可靠性较高,但点热源模型测试方法应用于实际工程是否准确可靠尚须进一步验证。

基于叠加理论的柱热源模型岩土体热响应试验测试研究

岩土体热物性参数是计算浅层地热能资源量和进行地热能利用规划设计需要的重要参数,为获取岩土体热物性参数,本文基于叠加理论的柱热源模型,分析了换热孔内外相应的传热数学模型及数据拟合计算方法,以江苏省宿迁沭阳城区HRK1号孔为例,采用了恒定热流法试验测试,取得了现场热响应试验测试数据,采用基于叠加理论的柱热源数学模型对数据进行了拟合分析,分析结果表明,当埋管深度98.7 m,初始温度19.80℃,实际平均加热功率为3829 W,平均流量为1.30m^(3)/h(流速为0.68 m/s)时,岩土综合导热系数为2.32 W/(m·K),体积比热容为1.42×10^(3)J/(kg·K),换热孔内总热阻为0.125(m·K)/W。结果表明,基于叠加理论建立的柱热源模型处理现场热响应试验测试数据是可行的,可用于现场热物性测试数据的处理分析。

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。

基于线热源模型结合参数估计计算岩土热物性方法探讨

介绍了地源热泵空调系统中基于线热源模型结合参数估计法下的4种岩土热物性计算方法,结合工程实例对比分析了这4种方法的计算结果。建议在实际工程中采用三参数估计法来计算岩土导热系数、钻孔内热阻和岩土容积比热容为妥。

基于线热源模型岩土热物性参数计算方法——以贵阳市开磷城项目为例

地源热泵系统,最主要的就是地埋管换热器的设计;而地埋管换热器的关键,就是确定岩土的热物性参数。结合贵阳开磷城地源热泵系统,基于线热源模型探讨地源热泵系统热响应测试的原理、计算方法和数据处理。分析得出区域内岩土导热系数为10.49W/(m·℃),容积比热容为6.36×106J/(m3·℃);钻孔延米换热量夏季为137.48W/m,冬季为72.85W/m。数据显示该项目适宜采用地源热泵系统。

“亚特尔”岩土热物性参数测试仪成功进入日本市场

近日，日本SONICJAPAN株式会社社长前田雅庆和AGRICI。USTER株式会社社长福宫健司莅临山东亚特尔集团开展洽谈合作。集团党总支副书记、常务副总经理马宁，总经理助理张茂勇等相关人员共同会见客人。

基于线热源模型的地下岩土热物性测试方法

提出了一种用于竖直埋管与周围岩土的传热分析模型。该方法回避了其它模型对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物性等参数的要求,从而可以消除上述参数测量带来的误差。在现场钻孔,埋设U型埋管,通过测量施加的加热功率、埋管中循环水流量、埋管出入口水温随时间变化,利用该模型并结合最优化估计方法,确定了某地源热泵空调系统工地地下岩土的热物性参数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。

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。

地下岩土热物性及地下水渗流速度确定

提出了可用于现场测量地下岩土的导热系数、容积比热容等热物性参数以及地下水渗流速度的方法.埋设在地下的地热换热器与周围岩土换热过程可以近似为无限大介质中移动线热源传热问题.该方法克服了其它模型对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物性等参数的要求,相应消除上述参数测量带来的误差.通过测量地下埋管的加热功率、循环水流量、出入口水温随时间变化,确定了某地源热泵空调系统工程地下岩土的热物性参数及地下水渗流速度,检验证实了该方法的实用性和可靠性.

现场测量深层岩土热物性方法

地下岩土的热物性参数是地源热泵地热换热器的设计中所需要的很重要的参数。热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响，进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的热物性参数，本文利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化，并利用参数估计方法确定地下岩土的热物性参数。

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。

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。