地源熱泵應用中的巖土熱物性測試與分析.pdf

1、豎直埋管地源熱泵以巖土為冷熱源，載熱流體在地下封閉環(huán)路中循環(huán)，并與周圍巖土交換熱量。巖土的導熱系數(shù)、體積比熱容，埋管換熱器的鉆孔熱阻以及埋管區(qū)域的原始地溫等都是地源熱泵設計、施工與運行過程中的關(guān)鍵因素。為此，本文建立了巖土熱物性測試裝置，實驗得到了埋管周圍巖土的熱物性數(shù)據(jù)，并分析了這些參數(shù)之間的相互影響。
　　本文建立了地源熱泵豎直埋管區(qū)域100m深度范圍內(nèi)地溫常年監(jiān)測系統(tǒng)，得到了埋管深度范圍內(nèi)巖土的溫度分布規(guī)律，確定了變溫帶、恒

2、溫帶、增溫帶的深度范圍分別為0~15m，15~30m，30~100m。恒溫帶和增溫帶的地熱梯度分別為0.000486℃/m，0.01645℃/m。將埋管深度范圍內(nèi)的巖土原始溫度進行擬合與積分，得到了埋管深度范圍內(nèi)的積分平均溫度為19.8~20.2℃。利用水循環(huán)法測得巖土原始溫度為20.0~20.4℃。相同月份中積分平均溫度小于水循環(huán)法測試的原始溫度，垂直埋管換熱器設計長度中的原始地溫應依據(jù)現(xiàn)場的地溫監(jiān)測。采用經(jīng)驗與半經(jīng)驗公式對相應地區(qū)地

3、下溫度進行了計算，結(jié)果與實驗值一致性較好。
　　利用熱響應測試方法，分別對單U管和雙U管換熱器進行了多次巖土熱物性測試。采用直接擬合法，結(jié)合參數(shù)估計方法分析處理實驗數(shù)據(jù)，得到了鉆孔周圍巖土的當量導熱系數(shù)為2.50~2.97W/mK，雙U管和雙U管換熱器的鉆孔熱阻分別為0.066~0.0792mK/W，0.11~0.12mK/W。測試現(xiàn)場的地質(zhì)條件以砂巖、泥巖為主，鉆孔周圍巖土當量導熱系數(shù)高于東北、華北地區(qū)，有利于地源熱泵系統(tǒng)的應用