地埋管地源熱泵淺層土壤分層熱物性測試實驗及計算研究.pdf

1、淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要是通過對地下淺層土壤的熱能進行利用，因其不會對自然環(huán)境造成污染，且理論上適用于任何地區(qū)，該技術(shù)越來越受到重視。目前，淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要應(yīng)用在為建筑物冬季提供熱量及在夏季提供冷量。由于不同地區(qū)土壤物理屬性不同，同一地區(qū)地下土壤結(jié)構(gòu)也很多樣，復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)的傳熱性能對淺層地源熱泵系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)有重要影響。土壤結(jié)構(gòu)的多樣性及其傳熱性能受地下水滲流的位置、流量、流速等影響的復(fù)雜性，使得每種土壤結(jié)構(gòu)的分層熱物性（主

2、要為導(dǎo)熱系數(shù)、體積熱容量）計算不準確，導(dǎo)致地埋管取熱量無法確定，且自然環(huán)境的溫度變化也會對地表的溫度產(chǎn)生影響，系統(tǒng)長期運行導(dǎo)致土壤熱不平衡。如何通過確定地下淺層土壤的熱物性參數(shù)，準確設(shè)計淺層地埋管換熱器成為限制地埋管地源熱泵發(fā)展的一個難點。
　　本文首先對現(xiàn)階段淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展進行了介紹，重點分析了淺層地埋管地源熱泵技術(shù)的優(yōu)點及特點，指出其具有廣闊的發(fā)展前景，對目前淺層地埋管地源熱泵技術(shù)前期對地下土壤的勘測方法進行了介

3、紹，并指出不足之處。提出土壤分層熱物性測試，將地下土壤分為若干層，設(shè)計并建立土壤熱物性熱物性測試實驗平臺，對該實驗平臺進行了詳細的介紹，并通過實驗臺進行常規(guī)土壤熱物性測試及分層土壤熱物性測試。最后，基于柱熱源傳熱模型建立分層土壤熱物性計算數(shù)學(xué)模型，通過軟件計算出不同手段及不同測試方法得到的土壤導(dǎo)熱系數(shù)、體積熱容量以及回填料傳熱熱阻，對比分析結(jié)果的差異及產(chǎn)生差異的原因。
　　土壤的熱物性參數(shù)，主要是土壤導(dǎo)熱系數(shù)和體積熱容量對淺層地埋

4、管地源熱泵系統(tǒng)的利用有重要影響，土壤導(dǎo)熱系數(shù)和體積熱容量越大，地下土壤與地埋管換熱器的換熱效果越好，有利于對地?zé)崮艿睦谩Ｍㄟ^實驗室法，現(xiàn)場測試法線熱源模型、柱熱源模型及分層柱熱源模型對地下土壤進行熱物性參數(shù)測試。通過土壤分層熱物性測試計算得到的熱物性參數(shù)與傳統(tǒng)方法得到的相比，與實驗室法得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比偏差高達39.71％；與線熱源模型計算得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比偏差達11.74%；與柱熱源模型計算得到的土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)相比

5、偏差達7.13%，體積熱容量相比偏差達14.37%，回填料熱阻相比偏差達30.47%。且分層土壤熱物性測試不會受到自然環(huán)境等客觀因素的影響，可以細化地下不同埋深的土壤層，更客觀的描述地下土壤熱物性真實的分布情況和地下水分布情況。
　　終上所述，土壤分層熱物性測試方式及計算模型能準確的計算出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)及體積熱容量等參數(shù)，通過參數(shù)有效的利用換熱能力較好的地層，提高地?zé)崂寐剩档偷卦礋岜孟到y(tǒng)長期運行造成的土壤熱不平衡，為更好的利用