双U型地埋管换热器周围土壤热响应测试实验研究

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【摘 要】由于不同地区的地质特性，地埋管换热器系统受土壤的热物理特性影响很大，对于土壤的热物性测试非常必要。本文基于实际工程案例，采用热响应测试方法对不同的钻井回填材料进行了比较，实验结果表明，碎石的传热能力明显高于细砂，碎石的导热系数为1.88，而细砂的导热系数仅有1.188。同时比较了循环水流速对于热响应测试的影响。

【关键词】地源热泵；热响应；双U换热器；回填材料

1 前言

与空气源热泵空调相比，土壤源热泵全年运行工况稳定，是当前发展很快的一项新技术。地埋管换热系统设计的优劣对于热泵系统的运行有着很大的影响，目前对于土壤源空调系统埋地换热器的研究还不够完善。本文利用热响应测试的原理，对于测试土壤吸、放热特性的进行了实验研究，且吸热和放热测试是同时进行的。在保证了测试精度和准确性的基础上，可以大大减少了土壤热响应的测试周期。

2 实验装置和实验步骤

2.1 实验装置

本实验装置分为控制部分和测试部分。控制部分能够根据需要模拟制冷工况和制热工况，制出测试所需的冷、热水。测试设备能够记录测试过程中的供水温度、流量等参数，并实现数据的自动采集和存储。如图1所示，测量系统由恒定功率热源、循环水泵、温度测量装置、流量测量装置、信号变送装置、数据采集与处理装置等构成。

测试双U井深120m，回填材料细砂（10%）+碎石（90%）和细砂（100%）。埋管外径32mm。壁厚3mm，井径150mm。

2.2 实验步骤

测试前在地埋管换热器中注满水，且测试井回填完毕，进行4天的凉井。对于凉井时间的问题，很多文献[1-3]给出了不同的时间。本文采用恒热流法进行土壤热响应测试，测量区域内使用两眼测试井分别模拟地埋管换热器吸热和放热工况，采用相同的回填材料，相同的水流量，同时进行吸热和放热能力的测试。保持地埋管换热器的水流流量和热流流量稳定。不同文献对于热响应测试时间的阐述存在差异[4]。实验结束后，待地温基本恢复后，变换地埋管换热器内水流流量，进行下一组流量的测试。试验工况循环水流量分别为2.1m3/h和1.3m3/h。

测试土壤热物性时，每隔2 min采集一次数据，连续记录地埋管换热器的进出口循环水的温度、水流量以及试验过程中向地埋