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地源热泵岩土热物性测试试验与影响因素分析研究

史旭东  
【摘要】:随着地源热泵技术逐渐成为建筑行业节能方向的研究热点,该系统得以较快发展与应用。这其中准确的土壤热物性参数是进行地埋管换热器设计分析的前提,也是地源热泵系统节能与否的关键一环。为提高土壤热物性参数的精确度,找出测试过程中和数据处理中的误差来源,本文通过建立岩土热物性测试装置和进行现场热物性测试实验,来对影响测试结果精度的几个因素进行计算分析。本文结合自动控制系统和热响应测试原理,研制了岩土热响应测试仪。实验以不同的加热功率分别进行现场热响应测试,数据处理中通过简化后的一维导热问题计算热阻,并利用线热源模型的拟合公式斜率法来进行数据处理以及对不同测试井参数结果进行对比分析。其次,文中主要通过对土壤热物性实验中的的土壤初始温度、加热功率、测量时长等因素的数据影响来进行分析及规律总结。测试结果表明:容积比热容值随着初始地温测量值的升高而增大,且计算出初始地温每偏差0.5℃,体积比热容值平均偏差5.2%;同一测试孔在不同的加热功率下得出的热物性参数存在差异,高功率得出的导热系数和热扩散率计算数值较高,原因与地下水渗流的地质条件有关;不同测试时长结果对比显示,当测试时长为20小时时,计算结果误差偏大,测试时间长度在40小时之后的数据结果则可以满足工程精度需要。影响因素分析中,本文同样研究了管井间距对土壤温度场的影响。通过线热源原理对钻孔周围土壤温升进行计算,得出以额定功率7.5kw加热100小时后距离加热井1m处土壤温升仅为0.81℃,其加热最大影响半径为1.87m。最后文章对断电后的数据处理方法、测试环境影响和埋管形式进行分析研究,望对土壤热物性参数测试的实际工程有着参考和研究价值。


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