恒温恒湿恒氧系统设计 地下换热器测试 地下换热器冷热平衡模拟 地下换热器设计 毛细管网辐射系统设计 置换新风系统设计

地下换热器测试

地源热泵系统的土壤换热器系统的换热量需在项目开展前进行现场 热响应测试 ,并用软件进行25年冬夏冷热平衡计算和模拟,来最后确认孔数和地下换热器设计方案。这样才能确保地源热泵系统长期运行的稳定性和可靠性。


一、热响应测试系统简介

热响应测试及土壤导热系数是设计地源热泵系统的重要依据,热响应测试可以预知有效的地下岩土的导热系数。其误差约<±10%,这种程度的精确性可以被接受作为一个适当的地热热量和热响应输出的计算依据。

我单位在参考国外的测试原理并结合多年地源热泵实际工程经验,设计并建立了一套热响应测试系统,本系统不仅能测试单井垂直埋管的逐时换热参数,还能针对试验数据结合地质结构给出土壤的导热系数。系统的测试原理方法如下:

地热换热器(一个回路)的结构如图1。为简化分析,引进如下假设:1)钻孔周围岩土是均匀(设计所需是平均参数);2)埋管与周围岩土的换热可认为是钻孔中心的一根线热源与周围岩土进行换热,沿长度方向传热量忽略不计(孔径较小,一般约0.1m,钻孔长度则大于50m);4)埋管与周围岩土的换热强度维持不变(可以通过控制加热功率完成)。。

测量装置和测量方法 本系统采用恒热流方法测试,恒热流法是保持加热功率恒定,测量进出口水温,然后反解传热模型可以求出土壤导热系数。恒热流法可以获得最恶劣工况下的土壤导热系数,从而确保了设计的安全可靠,误差较小,但是恒热流方法对电源的加热稳定性要求比较高。

测量装置内部主要结构如图3,现场测量装置与地热换热器一个回路联接示意图见图4。测量仪器主要部件由加热器、循环水泵、温度测量装置、流量测量装置、信号变送装置、数据控制与处理装置等构成。测量仪中的管路与地热换热器地下回路相接,循环水泵驱动流体在回路中循环流动,流体经过加热器加热后流经地下回路与地下岩土进行换热。测得的出、入口流体温度、流体流量、加热功率等数据进行储存。


二、测试依据标准

根据测量的温度、流量、功率,热响应及土壤换热参数测试方法采用Kavanugh理论模型 [ 结合参数估计法来计算土壤导热系数。Kavanaugh利用圆柱热源法来确定一个埋管周围温度分布或传热过程,并给出精确解,可以解决恒壁温或恒热流取热和放热。 Kavanaugh 利用圆柱热源法来解决被无限大恒物性介质包围的单根管,并且假定土壤以及管子之间的传热过程是纯导热。管子附近土壤中的地下水流动以及热扰动忽略不计。


三、热响应测试数据处理:

120m钻井进出口温度

120m钻井进出口平均温度拟合曲线

根据公式 Q = m c△t, 可知在 单 位 时间内 循 环 水向 120m 钻 井所 传递 的 热 量 为 6.06KW; 每米 钻 井的 传热 率 q=0.0505KW/m 图 2 中的90小 时内 的 进 出口 温 度 拟 合直 线 的斜率 m=2.12639, 又因 为 m=q/(4πλ) ,土壤的 导热 系 数 ,λ=1.89W/(m·K)

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