地埋管地源熱泵淺層土壤分層熱物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)及計(jì)算研究.pdf

1、淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)地下淺層土壤的熱能進(jìn)行利用，因其不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成污染，且理論上適用于任何地區(qū)，該技術(shù)越來(lái)越受到重視。目前，淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要應(yīng)用在為建筑物冬季提供熱量及在夏季提供冷量。由于不同地區(qū)土壤物理屬性不同，同一地區(qū)地下土壤結(jié)構(gòu)也很多樣，復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)的傳熱性能對(duì)淺層地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)有重要影響。土壤結(jié)構(gòu)的多樣性及其傳熱性能受地下水滲流的位置、流量、流速等影響的復(fù)雜性，使得每種土壤結(jié)構(gòu)的分層熱物性（主

2、要為導(dǎo)熱系數(shù)、體積熱容量）計(jì)算不準(zhǔn)確，導(dǎo)致地埋管取熱量無(wú)法確定，且自然環(huán)境的溫度變化也會(huì)對(duì)地表的溫度產(chǎn)生影響，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致土壤熱不平衡。如何通過(guò)確定地下淺層土壤的熱物性參數(shù)，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)淺層地埋管換熱器成為限制地埋管地源熱泵發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)。
　　本文首先對(duì)現(xiàn)階段淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了淺層地埋管地源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，指出其具有廣闊的發(fā)展前景，對(duì)目前淺層地埋管地源熱泵技術(shù)前期對(duì)地下土壤的勘測(cè)方法進(jìn)行了介

3、紹，并指出不足之處。提出土壤分層熱物性測(cè)試，將地下土壤分為若干層，設(shè)計(jì)并建立土壤熱物性熱物性測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行常規(guī)土壤熱物性測(cè)試及分層土壤熱物性測(cè)試。最后，基于柱熱源傳熱模型建立分層土壤熱物性計(jì)算數(shù)學(xué)模型，通過(guò)軟件計(jì)算出不同手段及不同測(cè)試方法得到的土壤導(dǎo)熱系數(shù)、體積熱容量以及回填料傳熱熱阻，對(duì)比分析結(jié)果的差異及產(chǎn)生差異的原因。
　　土壤的熱物性參數(shù)，主要是土壤導(dǎo)熱系數(shù)和體積熱容量對(duì)淺層地埋

4、管地源熱泵系統(tǒng)的利用有重要影響，土壤導(dǎo)熱系數(shù)和體積熱容量越大，地下土壤與地埋管換熱器的換熱效果越好，有利于對(duì)地?zé)崮艿睦?。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法線熱源模型、柱熱源模型及分層柱熱源模型對(duì)地下土壤進(jìn)行熱物性參數(shù)測(cè)試。通過(guò)土壤分層熱物性測(cè)試計(jì)算得到的熱物性參數(shù)與傳統(tǒng)方法得到的相比，與實(shí)驗(yàn)室法得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比偏差高達(dá)39.71％；與線熱源模型計(jì)算得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比偏差達(dá)11.74%；與柱熱源模型計(jì)算得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比

5、偏差達(dá)7.13%，體積熱容量相比偏差達(dá)14.37%，回填料熱阻相比偏差達(dá)30.47%。且分層土壤熱物性測(cè)試不會(huì)受到自然環(huán)境等客觀因素的影響，可以細(xì)化地下不同埋深的土壤層，更客觀的描述地下土壤熱物性真實(shí)的分布情況和地下水分布情況。
　　終上所述，土壤分層熱物性測(cè)試方式及計(jì)算模型能準(zhǔn)確的計(jì)算出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)及體積熱容量等參數(shù)，通過(guò)參數(shù)有效的利用換熱能力較好的地層，提高地?zé)崂寐?，降低地源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行造成的土壤熱不平衡，為更好的利用