xx项目热响应实验报告解析

1、*太阳能联合供暖项目勘查土壤热物性响应测试报告书测试单位： 山东*能源科技有限公司0 0六年一月批准:审地埋管换热性能热物性测试报告测试结论:1地下温度场未扰动原始地下平均温度为14.8 C2地下综合导热性能及热响应状况如下表岩土热物性参数模拟夏季编号斜率岩土导热系数岩土比热容单井换热量夏实验供水温度实验回水温度延米换热w/m最后10H温度上升模拟时间TK1 #夏季1.5082.1761.39MJ / ?4.0kw27.4 C24 C40.7w/m0.4 C16.01.06-01.083被测试井参数实验井TK1模拟夏季形式单U型垂直井深（m）97垂直管全长（m）184回填材料水泥砂浆回填安装方

2、法机械自重下管井口直径（伽）155交联聚乙烯管外径（mm）25内径（mm）20交联聚乙烯管连接管1供水管段（m）0.5回水管段（m）0.5连接管全长（m）1保温材料20 m厚橡塑保温材料4建议设计计算参数：通过专业软件分析，单井换热用单U管径dn25垂直90-110m，放热工况高温侧供水37 C回水32 C换热量按73.56w/m，吸热工况低温侧供水3 C回水8 C换热量按34.73 w/m。（本页以下无正文）委托单位工程名称测试项目仪器依据委托日期地埋管换热性能热物性测试见报告正文岩土热响应测试仪器tk-2/3见报告正文2015.12.28测试日期项目地点2015.01.06-01.0报告日

3、期2016.01.08目录一、项目概况 . 2二、地质与水文气象 . 21.1场地工程地质及水文地质条件 . 2三、岩土热物性测试介绍 . 33.1试验目的 . 33.2试验原理 . 33.3主要执行与参考标准 . 43.4测试仪器现场测试实物照片： . 4四、测试井施工 . 54.1测试井位置的选定 . 54.2材料的选定 . 64.3测试井的施工与安装数据 . 64.4试验准备 . 6五、试验步骤及内容 . 75.1测试内容包括： . 85.2测试步骤 . 85.3测试数据分析图表 . 9试验结论 .14、项目概况各单体建（构）筑物平面位置、尺寸、层数等具体情况详见附图建筑物 与勘探点平面

4、位置图 。本项目为淄博文昌湖区范阳中小学校太阳能蓄能跨季 供暖工程，总供暖面积 3600036000m20、地质与水文气象1.1场地工程地质及水文地质条件（一）场地地形地貌 淄博市以齐河广饶断裂为界，以南属鲁西台背斜鲁中隆起区，以北属济 阳坳陷区。鲁中隆起区由基底岩系和盖层组成。基底岩系由泰山岩群和新太古 代古元古代花岗岩构成，经历多期变质作用。盖层以寒武纪、奥陶纪地层为 主，淄博盆地、沂源盆地、鲁村盆地内发育石炭纪、二叠纪及中生代的沉积。 济阳坳陷区完全被第四纪地层覆盖。境内岩浆岩分布较广，前寒武纪变质岩浆 岩分布于市区南部的基底岩系中，中生代燕山期岩浆岩分布于中北部的断裂交 汇或褶皱发育区

5、。淄博市地势南高北低，南部及东西两翼山峦起伏，中部低陷向北倾伏，南 北高差千余米。以胶济铁路为界，以南大部分为山区、丘陵，岩溶地貌发育； 以北大部分为山前冲积平原和黄泛平原，土地平坦肥沃。北部有黄河、小清河 流经，发源于市域内的河流有沂河、淄河、孝妇河等。淄博市山区、丘陵、平 原面积分别占市域面积的 42.0%42.0%、29.9%29.9%和 28.1%28.1% 。地处暖温带，属半湿润半干旱的大陆性气候。淄博市年平均气温12.5 C14.2C,年平均日照时数为2209.32523.0小时，年平均无霜期190210天。、岩土热物性测试介绍3.1试验目的通过测试仪器，对项目所在场区的试验孔进行

6、一定时间的连续散热试验， 获得项目场区岩土热物性参数及岩土的初始温度，为地源热泵系统的地下换热 器设计提供确切的数值依据。由于岩土各层土质不同， 导热系数、比热容也不相同； 对于工程设计而言， 最为关心的是地埋管换热器深度范围内的综合岩土导热系数，这一参数更能反 映地埋管换热系统的换热能力。直接在地下钻孔换热器中进行测量的，综合考虑地下各层不同岩土层的热 物性及打孔深度内的其他影响因素，如地下水的影响，其得出的数值更确切， 对于设计地下换热器系统来说更具有价值。3.2试验原理岩土热物性参数作为一种热物理性质，无论对其进行放热或是取热试验，其 导热系数、比热容等热物理性质不会发生改变。因此按照地

7、源热泵系统工程技 术规范（ GB50366-2005GB50366-2005 （20092009 ）年版）中规定，采用向岩土施加一定加热功 率的方式，来进行岩土热物性参数的测试。土壤热物性的测试方法分为“恒温法”与“恒热流法”。“恒热流法”是 指采用恒功率的电加热，记录进出口温度随时间的变化情况，仪器的结构和控 制都比较简单，测试精度也比较容易保证。这种方法主要用来确定岩土层的平 均导热系数以及钻孔内的热阻，得到了岩土热物性数据后，可以根据一定的传 热模型模拟地下岩土层以及回路中温度的短期、中期（ 1 1 年）和长期（多年） 的变化，并相应地采用适当的软件或按设计规范计算得到地埋管换热器的总长

8、 度。恒热流法热响应试验的技术要求，在 GB50366-2005GB50366-2005 （20092009 ）具体要求是热 物性测试的时间应为 363648h48h。加热功率应为每米钻孔 303080W80W，大致为实际U U 型管换热器高峰负荷值“恒热流法”的热响应试验需要保持加热功率一定，再由测得的流量得到回路中的换热量。采用的加热热源可以是电热元件，也可 以是热泵。当采用热泵时，除“热工况”之外，也可以进行“冷工况”的测试 由于要设法保持回路的进口温度保持不变，在热（冷）源部分必需有二次加热 装置进行调节。这种方法的主要目标是确定在“稳定”状态下每米钻孔的传热 量。“每米钻孔的传热量”

9、对于大中型的地源热泵工程，只适合用作设计阶段 的估算，而不应该完全作为设计的方法和依据。3.3主要执行与参考标准1 1 .地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2009年版）；2 2.2007 ASHRAE HandbookHVAC Applications（Geothermal Energy32.1232.12 ）;3 3 .闭式地源热泵系统设计与安装标准（2007版），国际地源热泵协会 IGSHPAIGSHPA。4 4 地源热泵系统工程技术规程（DGJ32 TJ 89-2009）3.4测试仪器现场测试实物照片：记录出口水温的变化,现场采集数据有：流量、进水温度、回水温度、加热功率、井深

10、、实时温差、实时压力、实时延米换热值。四、测试井施工4.1测试井位置的选定根据区域地质与水文地质条件，依据地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005GB50366-2005，20092009 年版），根据设计要求在项目场区布设的2 2 个测试孔用于岩土热响应试验（地下换热器施工总图中孔位号 TK1#TK1#、TK2#TK2# （见布置图 1 1）。测试 孔钻探于 1 1 月 1 1日开工，于 1 1 月 4 4 日结束。孔深分别为两测试孔都为垂直向下9797数据导岀史趋势参数设京密码表当前浇單当前压力:进水溫度:回水温度:温差：井；：延米换热:).000.000,00.00.00.00

11、逖水温底传屈器正逖水温底传屈器正第第出灰媼爱传陌出灰媼爱传陌署正篇署正篇交频瞬正常交频瞬正常G.0测试幵皓I已采集次數:加热启动I加熱方式/X/Xm3/hT J w*!米、100100 米。4.2材料的选定本项目主要材料为交联聚乙烯管，地源热泵系统专用管材应承压能力高，受力膨胀性小，耐环境应力开裂性能优良，抗蠕性能好。韧性好、挠性好，对基础不均和错位的适应能力强；其耐侯性、长期稳定性优异；管材耐腐蚀性强，用于输送含有防冻剂等腐蚀性介质时，无需做防腐处理，使用寿命长；内壁光滑，水流阻力小，流通能力大；耐磨性好，抗磨损；导热系数0.42w/m*k0.42w/m*k，具有良好的导热性能；抗低温冲击性

12、能好，冬季施工不受影响。实验井TK1模拟夏季形式单U型垂直井深（m）97垂直管全长（m）184回填材料水泥砂浆回填安装方法机械自重下管:井口直径（伽）155外径（mm）25交联聚乙烯管内径（mm）20交联聚乙烯管供水管段（m）0.5连接管回水管段（m）0.5连接管全长（m）1保温材料20 m厚橡塑保温材料4.3测试井的施工与安装数据4.4试验准备在本项目的地埋换热管传热性能试验中，减小测量误差作为一项重要指标,从传感器的选择到测试仪器安装的安装、测试的各个环节，确保测试结果的可靠性。测试井号井深井口径管材管径单、双U密封性试验TK1#97m155mmPe100Dn 25单U0.8Mpa10分钟

13、压降小于-0.02Mpa-（ 1 1 ）温度传感器的选择 在常用的温度传感器中，铂电阻传感器的线性和稳定性最好。本项目试验 中，所有温度传感器均采用 A A 级 PT100PT100 型铂电阻传感器， 理论上的基本误差为0.150.15Co（ 2 2）温度传感器的校准 在实验之前和实验之后，对所有温度传感器在埋地换热管测试的整个温度区间在实验室内进行校准，校准后温度测量的误差控制在士0.10.1C以下。（附件1 1）（ 3 3）流量的测量 对循环水的测量采用了高精度涡轮流量计，在循环泵稳定工作情况下，对 使用的流量传感器采用体积法进行了校准测试，与数据采集进行对比，在 0.50.52.02.0

14、 m3/hm3/h 的流量范围内，该流量计的误差小于0.25%0.25%。（附件 2 2）（ 4 4）连接管道的隔热保温 对实验台到埋地换热器的连接管道采用隔热保温处理，减少连接管可能造 成的热损失。本工程施工区域内地形平坦，并且自来水、电均接通，给测试施 工带来方便的施工环境。测试现场，水就近从自来水管道抽取。电源就近驳接。五、试验步骤及内容20152015 年 1212 月 3030 日开始，我单位对项目所在区域地质构造图进行了查询，有关资料调阅。20162016 年 1 1 月 6 6 日，全部测试设备、仪器仪表就位。首先，测试岩土的初始温度，向注满水的试验孔（管）内，插入铂电阻温度探头

15、的方法获 得岩土初始温度分布。20162016 年 1 1 月 6 6 日开始，对测试孔开始“恒热流法”（恒加热功率）测试， 测试设备连续运行，每隔 30s30s 记录一次加热 / /制冷功率、进出口水温、流量、压力差、温差等数据5.1测试内容包括：A)A) 土壤初始温度测试B)B) 岩土热响应测试C)C)参考标准；D)D)测试过程中的参数：循环水流量、加热功率、地埋管换热器的进出口 水温；E)E)钻孔单位延米换热量参考值；F)F)土壤综合初始温度；G)G)岩土热物性参数；5.2测试步骤1)1) 土壤初始温度测试将仪器的水路循环部分与所要测试地换热器连接，形成闭合环路，通过循 环水泵驱动闭合环

16、路里的液体不断循环，待测试系统稳定后记录液体的温度值。2)2) 岩土热响应测试a)测试孔(槽)周边场地平整，提供水电接驳点b)测试仪器与测试孔(槽)的管道连接，连接应减少弯头、变径，连接管 外露部分应保温；c)根据现场及设计条件，进行钻孔试验，合理选择试验钻孔位置，尽可能 排除扰动因素，降低试验误差；d)水平管长度不超过 2020m,采用橡塑保温，厚度不小于 1010mm;e)在水电等外部设备连接完毕后， 应对测试设备本身以及外部设备的连接 再次进行检查;f)连接管道的隔热保温：从试验台到地埋管的水平连接管道进行保温隔 热,减小环境对管内循环水的传热影响。g)连续测试记录地埋管换热器的进出口循

17、环水的温度、 水流量以及试验过程中向地埋管换热器施加的加热功率；h h）向测试孔施加加热功率稳定后，测试持续时间约40h。i i） 地埋管换热器内流速不低于 0.6m/s0.6m/s，地埋管换热器的出水温度高于岩土 初始温度 5 5C温差；j j）记录加热功率、水温、流量等试验数据，计算导出岩土热物性参数，按照获得的岩土热物性参数利用专业数据模型GB50366-2009GB50366-2009 计算各设计工况下的土壤换热器取放热量。5.3测试数据分析图表1 1） TK1#TK1#井测试孔岩土取热数据分析TK1#TK 1#供回水温度变化图IBB p耳EJW.ffi 占占TK 1#平均温度变化图T

18、K 1#流量编?SmjcB-R|Bv3 np-:lir BH-i Mil IdHTK 1#水阻压力损失*.f1.一TK 1#加热功率2 2）试验结果及输入计算1.1.计算岩土的初始温度取 TK1#TK1#试验孔测试数据值，该项目所在地岩土的初始温度为14.814.8C。故该地下恒温场未扰动下温度为 14.814.8C。该温度场应符合地源热泵之热泵机组-5-53535C的要求（GB50366-2009GB50366-2009 闭式循环地下换热器）。2.2.岩土导热系数计算方法现有的主要计算方法，是利用反算法推导出岩土热物性参数。其方法是：计算机中取出试验测试结果，将其与软件模拟的结果进行对比，使

19、得方差和4取得最小值时，通过传热模型调整后的热物性参数即是所求结果。其中，T Tcal,i为第 i i 时刻由模型计算出的埋管内流体的平均温度；Texp,i为第i时刻实际测量的埋管中流体的平均温度；N N 为试验测量的数据的组数。也可将试验数据 直接输入专业的地源热泵岩土热物性测试软件，通过计算分析得到当地岩土的 热物性参数。3.3. 钻孔内热阻计算方法对于双 U U 管， 钻孔内传热热阻为i! V2Z式中 J Jd d1 1埋管内径.脚丁巧 dodo 埋管外径(m)(m); ;D D管脚间距的一半(m);(m);入 p p 埋管管壁导热系数W/(mW/(m K)K)入 b b 钻孔回填材料导

20、热系数W/(mW/(m k);k);l l s s 埋管周围岩土的导热系数W/(mK)K K循环介质与 U U 形管内壁的对流换热系数4.4. 钻孔外传热过程及热阻的计算方法 当钻孔外传热视为以钻孔壁为柱面热源的无限大介质中的非稳态热传导时，有l .D_ j 词!絢再攀，1一寸t时刻r处的岩土的温度与响应测试仪的功率等的关系。令根据式(2 2 )便可计算出孔壁温度:空更萤、1 1 杠+;.1茲J一一馳举二z) )4I * -J-由上式可知在-亠b r=r，44JZZ_A. r式中 TwTw试验钻孔孔壁处的温度，C。令钻孔内总热阻为R0R0，则埋管流体平均温度tftf 与钻孔壁温 twtw 之间

21、的关系可写为:联立（3 3）和（4 4）,计算出埋管内流体平均温度tftf 为，式中 T=TT=T（r,tr,t） t t 时刻 r r 处的岩土温度，C；入 s s 岩土导热系数，W/W/（m m K K）;（二次计算）TOTO 未受扰动的岩土原始温度，C；（现场提取）ps s-岩土的密度，kg/m3kg/m3（现场提取岩土体密度对照表）c c 岩土的比热，kJ/kJ/（kgkg K K）;（线性源数学模型二次计算）q q l l 单位长度线热源热流强度，（W/mW/m ）（现场实测）b b r r钻孔半径，m m;（现场提取）t t时间，s s。（现场计时）m m 温度上升曲线的斜率（线性

22、源数学模型二次计算）保证了恒热流的条件即 qlql 恒定，对于待测定的钻孔和埋管来说，其余均为定 值，则只有 IntInt 个变量，于是可将式（5 5）简化为一个二元一次线性方程：a,4 Li993 3 3 3粘土2292968 8 8 8 15159 9施工施工人员人员层号岩岩备8-118-11L2中中86-86-工程名称附录 2 2 数据日期时间进水温度（C）回水温度（c）温差（C）流量（m3/h）01/08/20160.25788194427.423.93.5101/08/20160.25822916727.423.93.5101/08/20160.25857638927.323.93.

23、4101/08/20160.25892361127.323.93.41. 0101/08/20160.25927083327.423.93.51.0101/08/20160.25961805627.323.93.4101/08/20160.25996527827.323.93.4101/08/20160.260312527.323.93.4101/08/20160.26065972227.423.93.5101/08/20160.26100694427.323.93.4101/08/20160.26135416727.423.93.51 101/08/20160.26170138927.423

24、.93.5101/08/20160.26204861127.423.93.5101/08/20160.26239583327.323.93.4101/08/20160.26274305627.423.913.51.01 01/08/20160.26309027827.323.93.41.0101/08/20160.263437527.323.93.4101/08/20160.26378472227.423.93.5101/08/20160.26413194427.323.93.4101/08/20160.26447916727.423.93.5101/08/2016In0.2648263892

25、7.423.93.5101/08/20160.26517361127.423.93.5101/08/20160.26552083327.323.93.4101/08/20160.26586805627.323.93.4101/08/20160.26621527827.323.93.41.0101/08/20160.266562527.423.93.50.9901/08/20160.26690972227.423.93.5101/08/20160.26725694427.323.93.4101/08/20160.26760416727.323.93.41.0101/08/20160.267951

26、38927.423.913.5101/08/20160.26829861127.323.93.4101/08/20160.26864583327.423.935101/08/20160.26899305627.323.93.41.0101/08/20160.26934027827.423.93.5101/08/20160.269687527.323.93.40.9901/08/20160.27003472227.423.93.5101/08/20160.27038194427.423.9!3.5101/08/20160.27072916727.523.93.60.9901/08/20160 2

27、7107638927 323 93 41 0101/08/20160 27142361127 323 93 40 9901/08/20160.27177083327.323.93.4101/08/20160 27211805627 423 935101/08/20160 27246527827 4243 41 |01/08/20160 2728125-r-23 93 5101/08/20160.273159722-274-24-J-34-1-J01/08/20160.27350694427.424j3.41. 0101/08/20160.27385416727.423.93.51. 0101/

28、08/20160.27420138927.523.93.6101/08/20160.27454861127.423.93.51.0101/08/20160.27489583327.423.93.50.9901/08/20160.27524305627.323.93.4101/08/20160.27559027827.323.93.41.0101/08/20160.275937527.323.93.40.9901/08/20160.27628472227.423.93.5101/08/20160.27663194427.423.93.5101/08/20160.27697916727.323.9

29、3.40.9901/08/20160.27732638927.223.93.30.9901/08/20160.27767361127.4243.4101/08/20160.27802083327.423.93.51.0101/08/20160.27836805627.323.93.4101/08/20160.27871527827.423.93.5101/08/20160.279062527.5243.5101/08/20160.27940972227.423.93.5101/08/20160.27975694427.4243.4101/08/20160.28010416727.323.93.

30、4101/08/20160.28045138927.323.93.4101/08/20160.28079861127.323.93.4101/08/20160.28114583327.4243.4101/08/20160.28149305627.4243.4101/08/20160.28184027827.4243.4101/08/20160.282187527.4243.4101/08/20160.28253472227.4243.4101/08/20160.28288194427.424i3.41 101/08/20160.28322916727.423.93.5101/08/20160.

31、28357638927.4243.40.9901/08/20160.28392361127.423.93.5101/08/20160.28427083327.4243.41 .01/08/20160.28461805627.4243.4101/08/20160.28496527827.5243.5101/08/20160.285312527.4243.40.9901/08/20160.28565972227.5243.5101/08/20160 28600694427 4243 4101/08/20160.28635416727.4243.41ft-n-0.28670138927.5243.5

32、101/08/20160.28704861127.5243.5101/08/20160.28739583327.4243.41.0101/08/20160 28774305627 42434101/08/20160.28809027827 5243 5101/08/20160 288437527 5243 5101/08/20160 28878472227 5243 5101/08/20160 289131944_274_ 24341 01/08/20160 28947916727 4243 4101/08/2016_.0.289826389 274.24_ 3.4_101/08/20160.

33、290173611-274- - 24-34- 0-01/08/20160.29052083327.424j3 .41. 0101/08/20160.29086805627.5243.5101/08/20160.29121527827.5243.5101/08/20160.291562527.5243.5101/08/20160.29190972227.5243.51.0101/08/20160.29225694427.424n3.41.0101/08/20160.29260416727.524J3.5101/08/20160.29295138927.4243.40.9901/08/20160

34、.29329861127.4243.4101/08/20160.29364583327.4243.4101/08/20160.29399305627.5243.5101/08/20160.29434027827.4243.4101/08/20160.294687527.4243.4101/08/20160.29503472227.5243.5101/08/20160.29538194427.5243.5101/08/20160.29572916727.5243.5101/08/20160.29607638927.5243.5101/08/20160.29642361127.4243.4101/

35、08/20160.29677083327.5243.5101/08/20160.29711805627.4243.4101/08/20160.29746527827.5243.5101/08/20160.297812527.4243.41.0101/08/20160.29815972227.5243.5101/08/20160.29850694427.4243.4101/08/20160.29885416727.5243.5101/08/20160.29920138927.4243.4101/08/20160.29954861127.4243.4101/08/20160.29989583327

36、.524i3.51.01 101/08/20160.30024305627.4243.4101/08/20160.30059027827.5243.51.0101/08/20160.300937527.6243.61.0101/08/20160.30128472227.4243.41 .01/08/20160.30163194427.5243.50.9901/08/20160.30197916727.4243.4101/08/20160.30232638927.4243.4101/08/20160.30267361127.4243.4101/08/20160 30302083327 5243

37、5101/08/20160.30336805627.5243.5101/08/2016H-0.30371527827.5243.51.0101/08/20160.304062527.5243.5101/08/20160.30440972227.5243.50.9901/08/20160 30475694427 42434101/08/20160.30510416727.4243.4101/08/20160 30545138927 5243 5101/08/20160 30579861127 42434101/08/20160 306145833_274_ 24341 01/08/20160 30649305627 4243 4101/08/2016_.0.30684027827 5243 5101/08/2016 0.3071875-274- - 24-34- 1-01/08/20160.30753472227.4243.4101/08/20160.30788194427.5243.5101/08/20160.308229167|27.4243.4101/08/20160.30857638927.4243.4101/0