摘要：以長三角某地區(qū)地源熱泵實(shí)際工程為試驗(yàn)平臺，模擬了地源熱泵地埋管換熱器。取放熱實(shí)際運(yùn)行工況，分析了地埋管換熱器與周圍土壤之間的換熱狀況，確定了該地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器的實(shí)際換熱量。為工程設(shè)計(jì)提供了參考。
　　Abstract: with the long triangle of a certain area in the ground source heat pump real engineering test platform, and simulated the ground source heat pump buried tube heat exchanger. Take heat release actual operation condition, analyses the heat exchanger and between soil around the heat transfer condition of, make sure the area ground source heat pump system of the heat exchanger actual change of heat. Provides the reference for the engineering design.
　　地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)日益成熟,在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，目前在國內(nèi)大力推行節(jié)能減排的形勢下，地源熱泵系統(tǒng)也得到大力的推廣，但由于不同地區(qū)的地質(zhì)、氣候等條件存在很大的差異,對地源熱泵系統(tǒng)的空調(diào)的運(yùn)行效果有極大的影響，故應(yīng)針對不同的地區(qū)的實(shí)際工程進(jìn)行測量試驗(yàn)，為該地區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)數(shù)據(jù)。本文以長三角地區(qū)某個(gè)典型地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行了模擬實(shí)際地源熱泵地埋管換熱器運(yùn)行工況下的地下巖土的熱響應(yīng)測試，分析了地埋管換熱器與周圍土壤之間的換熱狀況,確定了該地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器的實(shí)際換熱量,為此地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了工程參考。
　　1.工程介紹以及試驗(yàn)方案
　　本項(xiàng)目建筑面積近1800 m2，擬采用地源熱泵系統(tǒng)。測試孔為兩個(gè)，分別采用雙U25型PE管下管，埋管深度80米，采用5%膨潤土和95%黃沙回填。埋管之間在埋管上每隔十米綁定溫度探頭，用來測量地下土壤的溫度分布。
　　2.熱響應(yīng)測試裝置介紹
　　采用自主設(shè)計(jì)的熱響應(yīng)測試系統(tǒng)完成測試,該系統(tǒng)既能進(jìn)行放熱試驗(yàn),又能進(jìn)行吸熱試驗(yàn)。整個(gè)系統(tǒng)包含電加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　1) 電加熱系統(tǒng):采用電加熱管,最大加熱功率6 kW ,可以根據(jù)試驗(yàn)孔深度采用可控硅調(diào)整加熱功率。
　　2) 制冷系統(tǒng):選用了1臺風(fēng)冷冷水機(jī),額定制冷量9 kW，壓縮機(jī)采用變頻技術(shù)，可以根據(jù)試驗(yàn)孔的深度調(diào)整制冷量。
　　3) 循環(huán)系統(tǒng):包括保溫水箱、循環(huán)水泵、管道、過濾器、閥門等。
　　4) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):采用GPRS遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，采集數(shù)據(jù)包括地埋管進(jìn)、出口溫度，壓力,水箱水位,循環(huán)流量,加熱器功率等。流量計(jì)采用電磁流量計(jì)。溫度測量采用Pt100 鉑電阻溫度傳感器。
　　3.測試數(shù)據(jù)分析
　　3.1 地下巖土初始溫度
　　在模擬取放熱工況之前，系統(tǒng)水泵開啟，觀察地埋管內(nèi)流體進(jìn)出口溫度的變化，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的埋管出口溫度即可認(rèn)為是地下巖土的初始溫度。
　　本工程中：1#測試井的出口溫度為18.5℃，2#測試井的出口溫度為18.1℃，工程區(qū)土壤溫度18.3℃。
　　3.2 地下巖土熱物性參數(shù)
　　土壤的平均導(dǎo)熱系數(shù)λ5是綜合地下?lián)Q熱器埋深范圍內(nèi)的其他因素的綜合系數(shù)。根據(jù)線熱源理論，埋管換熱介質(zhì)的平均溫度和時(shí)間的對數(shù)成線性關(guān)系，將二者函數(shù)關(guān)系擬合成一條直線，得到斜率K和截距，根據(jù)以下公式計(jì)算出巖土的綜合導(dǎo)熱系數(shù)：

　　          q
　　λ5=--------
　　        4πK
　　式中： q————恒功率加熱時(shí)埋管每延米的換熱量
　　K————擬合曲線的斜率
　　表1給出了巖土的熱物性參數(shù)：
　　表1 巖土熱物性參數(shù)匯總

	導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m·℃)]	熱容[kJ/(m3·℃)]	鉆孔熱阻[(m·℃) /W]
1#雙U	1.87	2311.53	0.2476
2#雙U	1.92	2365.67	0.2658
平均值	1.89	2338.60	0.2567

　　3.3 模擬夏季放熱工況測試結(jié)果
　　穩(wěn)定工況測試是通過模擬地埋管換熱器的實(shí)際運(yùn)行工況，測定地埋管換熱器在該運(yùn)行工況下的實(shí)際換熱能力的測試方法。
　　本次測試對1#、2# 測試孔模擬夏季運(yùn)行工況，采用恒功率加熱，地埋管換熱器進(jìn)水溫度設(shè)定為35 ℃,流速控制在0.6m /s，模擬時(shí)間采用規(guī)范規(guī)定的最低時(shí)間48個(gè)小時(shí)，圖1和圖2分別給出了1#和2#井48小時(shí)內(nèi)地埋管進(jìn)出水溫的變化曲線，可以看出48小時(shí)內(nèi)，進(jìn)出口水溫變化已趨于穩(wěn)定。表2 給出了模擬夏季工況的地埋管放熱量。
　　表2 模擬夏季工況的地埋管放熱量

	1#埋管	2#埋管
單位長度的放熱量[W/m]	60.2	61.3

　　3.4 模擬冬季取熱工況的試驗(yàn)結(jié)果
　　測試對1#,2# 測試孔模擬冬季運(yùn)行工況，采用恒功率制冷，地埋管換熱器進(jìn)水溫度設(shè)定為7 ℃,流速控制在0.6m /s,模擬時(shí)間采用規(guī)范規(guī)定的最低時(shí)間48個(gè)小時(shí)，圖3和圖4分別給出了1#和2#井48小時(shí)內(nèi)地埋管進(jìn)出水溫的變化曲線，可以看出48小時(shí)內(nèi)，進(jìn)出口水溫變化已趨于穩(wěn)定。表3給出了模擬冬季工況的地埋管放熱量。
　　表3 模擬冬季工況的地埋管取熱量

	1#埋管	2#埋管
單位長度的取熱量[W/m]	52.1	51.3

　　4 結(jié)論
　　采用自主開發(fā)的地源熱泵熱響應(yīng)測試裝置對長三角某地源熱泵工程項(xiàng)目的兩口測試井進(jìn)行了地下巖土的熱響應(yīng)測試，得到如下結(jié)論。
　　1) 項(xiàng)目場地地下巖土的初始平均溫度為18.3℃;
　　2) 項(xiàng)目場地地下巖土的導(dǎo)熱系數(shù)為1.89 W/(m·℃);
　　3) 項(xiàng)目場地1#埋管單位長度放熱量為60.2 W/m，單位長度取熱量為52.1 W/m;
　　4) 項(xiàng)目場地2#埋管單位長度放熱量為61.3 W/m，單位長度取熱量為51.3 W/m;
　　5) 單位孔深吸放熱量只能作為參考,深化設(shè)計(jì)需要按規(guī)范進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] GB50366-2005 (2009 版)，中國建筑工業(yè)出版社，地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].