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影响岩土导热系数测试准确性的因素分析

建筑热能通风空调 2015年第4期34卷 14-17页

作者：王军刚胡爱娟徐帮耀常浩马腾腾山东建筑大学热能工程学院可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室

目前现场测量岩土导热系数方法需要首先确定回填材料导热系数、埋管管壁的导热系数、埋管管间距、钻孔直径、循环水出入口温度以及加热功率等,这些参数测定的准确性影响岩土导热系数测量的准确性。本文分析了上述因素测量准确性对岩土... 详细信息

目前现场测量岩土导热系数方法需要首先确定回填材料导热系数、埋管管壁的导热系数、埋管管间距、钻孔直径、循环水出入口温度以及加热功率等,这些参数测定的准确性影响岩土导热系数测量的准确性。本文分析了上述因素测量准确性对岩土导热系数测试结果的影响规律。研究表明:回填材料导热系数、埋管管间距和加热功率测量的准确性对岩土导热系数测试结果影响较大;而埋管管壁导热系数、钻孔直径和循环水出入口温度测量值的影响较小。

关键词：岩土导热系数测量影响因素

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岩土热物性对深埋管换热性能的影响

制冷与空调 2024年第8期24卷 68-74页

作者：陈凯李超夏岩江超郭路高文冰中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室长安大学

建立深度为2500m的地埋管-岩土耦合换热模型,对地埋管换热进行2880h(4个月)模拟计算,分析岩土导热系数和地温梯度对地埋管换热特性和岩土温度的影响,探究地埋管累计换热量与影响半径的关系。结果表明:岩土导热系数的增大会提升地埋管的... 详细信息

建立深度为2500m的地埋管-岩土耦合换热模型,对地埋管换热进行2880h(4个月)模拟计算,分析岩土导热系数和地温梯度对地埋管换热特性和岩土温度的影响,探究地埋管累计换热量与影响半径的关系。结果表明:岩土导热系数的增大会提升地埋管的换热能力,但随着导热系数的增大提升速率减缓,导热系数为1 W/(m·K)和4 W/(m·K)时,地埋管在2880h内的平均换热量分别为216.17kW和495.92kW;地温梯度增大同样可以提升地埋管换热能力,且提升速率基本不变,地温梯度为20℃/km和35℃/km时,地埋管在2880h内的平均换热量分别为310.15kW和485.55kW;在换热条件确定时,地埋管累计换热量与受到影响的岩土体积线性相关。

关键词：中深层地热能地埋管岩土导热系数地温梯度换热影响半径

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现场岩土热响应测试及换热量的计算分析

重庆大学学报（自然科学版） 2011年第S1期34卷 84-88页

作者：李慧星李国柱陈其针沈阳建筑大学市政与环境工程学院辽宁沈阳110168

获得可靠的岩土综合导热系数,为地源热泵地埋管换热器提供正确的设计参数。以沈阳某地源热泵工程为例,基于岩土热响应的原理,建立了现场岩土热响应测试的方法,计算分析了岩土导热系数和钻孔单位延米换热量。结果显示,岩土综合导热系数为... 详细信息

获得可靠的岩土综合导热系数,为地源热泵地埋管换热器提供正确的设计参数。以沈阳某地源热泵工程为例,基于岩土热响应的原理,建立了现场岩土热响应测试的方法,计算分析了岩土导热系数和钻孔单位延米换热量。结果显示,岩土综合导热系数为2.23W/(m.K),与推荐的相似岩土导热系数比较显示,测试结果可靠;平均钻孔单位延米换热量为57.71W/m,岩土具有良好的导热能力。分析认为在特殊地理条件的地源热泵系统方案设计前,应对拟建区域的地质条件进行全面勘探,以优选工程区域;为减小土壤热失衡的隐患,建议采取冬夏两季均运行的策略。

关键词：垂直地埋管换热器热响应测试岩土导热系数热平衡

浅层地热能热响应测试仪检测台检测机理及试验研究

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可再生能源 2015年第2期33卷 251-256页

作者：金光杨雪毕文明内蒙古科技大学能源与环境学院内蒙古包头014010 北京华清荣昊新能源开发有限责任公司北京102218

岩土导热系数是地埋管换热器设计的重要依据,获取导热系数的有效措施是现场热响应测试法。为检测国内大多数热响应测试仪器的性能,基于线热源理论设计了一套浅层地热能热响应测试仪性能检测平台。介绍了检测台的结构和功能,建立了检测... 详细信息

岩土导热系数是地埋管换热器设计的重要依据,获取导热系数的有效措施是现场热响应测试法。为检测国内大多数热响应测试仪器的性能,基于线热源理论设计了一套浅层地热能热响应测试仪性能检测平台。介绍了检测台的结构和功能,建立了检测台的控制系统。利用所开发的检测台对1台热响应测试仪进行测试,分别模拟不同参数的"标准孔"。该检测台的出水温度可按控制要求稳定输出,可以模拟可控的"标准孔",被检测的热响应测试仪流量和温度误差均符合要求,精度较高。通过热响应试验得到的导热系数误差的平均值为3.63%。

关键词：地源热泵岩土导热系数热响应测试仪检测台

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基岩地质条件热响应测试时间优化

暖通空调 2017年第1期47卷 129-133页

作者：周世玉崔文智廖全彭清元重庆大学重庆市地勘局南江水文地质工程地质队

重点分析了基岩地质条件下测试持续时间对岩土导热系数测试结果的影响。根据对实测数据的分析,分别获取了该地质条件下单U和双U工况下适宜的测试持续时间及舍弃的初始小时数。测试持续时间分别宜达到60h和50h,舍弃的初始小时数分别不宜... 详细信息

重点分析了基岩地质条件下测试持续时间对岩土导热系数测试结果的影响。根据对实测数据的分析,分别获取了该地质条件下单U和双U工况下适宜的测试持续时间及舍弃的初始小时数。测试持续时间分别宜达到60h和50h,舍弃的初始小时数分别不宜超过20h和10h。此外,通过CFD软件模拟的方式,分析了测试环境对长时间热响应测试结果的影响。

关键词：地源热泵热响应岩土导热系数测试时间基岩

浅层地热能热响应测试仪检测台的研制及应用研究

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浅层地热能热响应测试仪检测台的研制及应用研究

作者：杨雪内蒙古科技大学

学位级别：硕士

我国经济持续快速地发展，对能源的要求也随之快速增长，生态环境逐渐恶化，威胁到可持续发展的道路。浅层地热能由于其节能环保的特点受到了广泛重视。近年来，我国地源热泵技术发展迅速，随之而来的问题也越来越多。一些地源热泵实际... 详细信息

我国经济持续快速地发展，对能源的要求也随之快速增长，生态环境逐渐恶化，威胁到可持续发展的道路。浅层地热能由于其节能环保的特点受到了广泛重视。近年来，我国地源热泵技术发展迅速，随之而来的问题也越来越多。一些地源热泵实际工程中，会出现提供负荷过大或过小的现象，经过分析发现主要原因是地源热泵系统设计时缺少比较准确可靠的岩土热物性参数。由此可以看出，准确的岩土热物性参数是影响地源热泵系统的一个重要因素。目前，获得岩土热物参数性最为有效技术措施是现场热响应测试法。现场热响应的方法是利用地埋管换热器采用人工冷源或热源向地下岩土体连续制冷或加热，通过记录地埋管换热器进、出口的温度变化和管内流体的流量进而分析测量岩土热传导的性能。热响应测试主要通过热响应测试仪来实现，我国有多家单位都研制热响应测试仪，但是这些仪器都处在自主研发、自主应用的状态下，对于测试结果尚无正规的检测认证，很多热响应测试仪器在测量的准确性方面都存在问题。为确保产品的质量，促进行业的良性发展，需对热响应测试设备的性能进行科学的检验和衡量。若采用实际地埋管换热孔对仪器进行性能检测，会受到自然降雨、地层中变温层温度发生变化等环境因素的影响，“换热孔”的热物性参数会发生变化，也就是说实际地埋管换热孔并不标准。为了检测热响应测试仪求解热物性参数的误差，在线热源模型的相关理论基础下进行改进和创新，结合传热基础原理设计了一热响应测试仪性能检测平台。该检测台可以模拟不同参数的实际地埋管换热孔，对热响应测试仪的精度和准确性进行检测。分别利用实际地埋管换热孔及检测台对5台不同类型的热响应测试设备进行试验，对比验证检测台的可靠性。利用所开发的检测台对一台热响应测试仪的性能检测进行详细说明。结果表明，该检测台的出水温度可按控制要求稳定输出，可以代替实际地埋管换热孔对热响应测试设备进行在线性能检测。被检测的热响应测试仪的精度合格，测量导热系数的误差为1.4%。通过了解该热响应测试仪的精度和导热系数的误差，为提高地埋管换热器设计的准确性提供依据。

关键词：地源热泵岩土导热系数热响应测试仪检测台

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现场岩土热响应测试及数据处理分析方法研究

现场岩土热响应测试及数据处理分析方法研究

作者：赵飞西安建筑科技大学

学位级别：硕士

土壤源热泵利用浅层地热能作为空调系统的热源和冷源，近年来在国内得到了较快的发展和应用。但是，国内规范给出的岩土热物性测试数据分析模型单一，而实际中又有多种模型被使用。由于利用不同的传热模型分析所得的结果存在差异，而岩... 详细信息

土壤源热泵利用浅层地热能作为空调系统的热源和冷源，近年来在国内得到了较快的发展和应用。但是，国内规范给出的岩土热物性测试数据分析模型单一，而实际中又有多种模型被使用。由于利用不同的传热模型分析所得的结果存在差异，而岩土热物性的误差会对工程设计的准确性和运行效果产生很大的影响。然而，目前大多数实测报告仅依据一种模型的分析结果给出结论，可靠性尚存质疑点。因此，需要进一步开展相关研究。本文通过对岩土热响应测试仪器工作原理的分析，研发了一套电加热式岩土热响应测试仪，并结合实际工程进行了现场岩土热响应测试试验。首先，采用了曲线拟合法和双参数估计法对实验数据进行分析处理，得到了岩土的导热系数、容积比热容和钻孔内的热阻。其中，双参数估计法分别是采用了基于钻孔内的一维和钻孔外无限长柱热源传热的组合模型、钻孔内的二维和钻孔外无限长线热源传热的组合模型以及钻孔内的准三维和钻孔外有限长线热源传热的组合模型的寻优，得出使基于模型计算出的埋管中流体的平均温度或埋管出口流体的温度与实测值的差方和最小的岩土导热系数和容积比热容。而且，还基于三种模型的双参数估计法分析了测试时间、回填料不同、U型管支管间距和钻孔直径的不均匀对数据处理结果的影响。指出了舍去测试最初10个小时含有因不稳定性因素而导致显著波动的数据，有利于提高分析结果的准确性。并且采用孔内的准三维模型计算的钻孔内的热阻要大于二维模型。接着，采用数值模拟方法对测试数据进行分析处理，将基于上述三种模型对数据进行处理所得到的土壤热物性参数输入到所建立的三维数值仿真模型（与实际大小相同）中对流体通过埋管在岩土中散热的过程进行模拟计算，得到地埋管出口温度的模拟值，将其与实测数值进行比较，结果表明：利用钻孔内的准三维模型和孔外的二维有限长线热源复合传热模型所得的岩土热物性参数的结果优于利用其他两种组合模型分析所得的结果。最后，通过所建模型模拟研究了地埋管的进口水温、水流速度以及岩土的初始温度对地埋管换热性能的影响，分析给出了不同参数时埋管在岩土中的传热量，并结合土壤中的温度分布分析了埋管在土壤中的传热特性。结论对地源热泵工程设计具有指导意义。

关键词：岩土热响应试验数据分析模型岩土导热系数埋管换热性能

不同分层地质结构下地源热泵竖直双U埋管换热影响研究

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不同分层地质结构下地源热泵竖直双U埋管换热影响研究

作者：尹畅昱重庆大学

学位级别：硕士

地源热泵系统是我国目前比较成熟的一种新能源开发方式，因其污染较小，能效较高的优点而成为国家的能源利用重点发展的方向之一，是日渐崛起的冷热源新方案。国内对于地源热泵的的研究主要从建筑负荷、地埋管循环水流速、岩土体初始温... 详细信息

地源热泵系统是我国目前比较成熟的一种新能源开发方式，因其污染较小，能效较高的优点而成为国家的能源利用重点发展的方向之一，是日渐崛起的冷热源新方案。国内对于地源热泵的的研究主要从建筑负荷、地埋管循环水流速、岩土体初始温度及埋管换热器的布置等耦合展开，但是我国的地源热泵技术推广并没有进入较完善的发展模式。地埋管换热器，是地源热泵系统的根本所在，在地源热泵系统设计过程中，对岩土物性参数的确定许多地区仅根据个人经验和局部测试，对某个钻孔进行热响应实验，将岩土体视为均匀物体，得到岩土综合导热系数，忽视了竖向岩土体存在着地质分层构造。本课题以竖直埋管地源热泵系统为研究对象，以前期调研资料和前人提出的三维单孔、管群模型为基础，建立不同地质结构下的三维单孔和管群多层地质结构模型，控制地质结构中岩土体的导热系数和深度，进行单因素分析。依据实际工程勘探数据，以三维单孔模型为基础，建立地源热泵竖直双U多层地埋单孔模型，并进行数值计算，将数值解和测试值进行对比分析，结果显示地源热泵竖直双U多层地埋模型与实际热响应工况接近，所建物理模型可以应用于实际工程。以实际热响应测试地质情况为基础建立的竖直双U多层地埋单孔模型为基准地质结构，引入岩土导热系数λi和岩土体深度hi来表征不同的地质结构，即所有的不同地质结构都可以用岩土导热系数λi和岩土体深度hi的变化回归到基准模型上，探索导热系数λi与深度hi的变化而引起的钻孔换热性能的变化，发现竖直双U多层地埋单孔模型的岩土体上、中、下层各层岩土体的正、负变化率（导热系数增大、减小）与平均换热系数变化率之间的函数关系式，以及可以评价为两种地质结构相似的上、中、下层岩土体的导热系数绝对变化率极限大约分别为33%、16%、11%。以实际热响应测试地质情况为基础建立的竖直双U多层地埋管群模型为基准地质结构，引入岩土导热系数λi和岩土体深度hi来表征不同的地质结构，即所有的不同地质结构都可以用岩土导热系数λi和岩土体深度hi的变化回归到基准模型上，控制各地质层导热系数λi与深度hi，进行深入的换热分析，探索导热系数λi和深度hi的变化和换热性能之间的联系，找寻管群模型时新的地质结构与基准模型地质相似的评价参数和评价标准。发现竖直双U多层地埋管群模型的岩土体上、中、下层各层岩土体的正、负变化率（导热系数增大、减小）与平均换热系数变化率之间的函数关系式，以及可以评价为两种地质结构相似的上、中、下层岩土体的导热系数绝对变化率极限大约分别为37%、19%、14%。提出了建立地质结构数据库平台的思路，并分析了数据库的数据来源、建立方式和整个生态系统的组成。以西南喀斯特地质区地质结构为基础资料，建立了对应的地质条件数据库，并分析了西南喀斯特地质区地质结构的成因、特征以及对土壤源热泵系统钻孔施工的影响，针对喀斯特地区的钻孔难题提出了一些较有效的实际工程的钻孔施工技术，为地质结构数据库编译热响应测试分析计算软件。通过该课题的研究，可以得到竖直双U多层地埋单孔和管群模型的岩土体上、中、下层的岩土导热系数λi或岩土体深度hi的改变与换热性能之间的函数关系式，函数关系式可以更加清晰的展示岩土体导热系数和换热效果之间的联系，可以为不同地质结构下的管群换热效果评价提供依据。也得到各层地质层岩的导热系数绝对变化率极限，可以作为新的地质结构与基准地质结构相似的评价标准，依照评价标准对照基准地质结构数据库，可以估算得到该地质区单孔工况下的单位延米换热量和管群工况下的平均换热系数，这两个参数大致反映了该片地质区管群工况下的换热性能，不仅可以为工程开展前项目论证阶段提供定量的地源热泵适宜性评价参数，而且可以为工程设计提供初步分析参数。

关键词：多层单孔模型多层管群模型岩土导热系数平均换热系数地质相似

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岩土热物性热响应测试的试验研究

四川建筑科学研究 2013年第1期39卷 294-297页

作者：吴会来李征涛邓经生袁明月上海理工大学制冷与低温研究所上海200093

通过测试装置测定出测试孔输入功率、环路平均温度,采用线热源模型对现场测试数据进行推导分析,计算出测试孔岩土导热系数,该数值对在当地以及周边地区进行土壤源热泵系统设计具有重要的参考价值。

关键词：热响应测试地源热泵岩土导热系数