BTR-4000型地层热物性原位测试仪及其应用

地层热物性原位测试仪主要包括液路循环系统、数据采集和控制系统及电气控制系统等。利用测试仪对某热交换井进行现场测试,得到换热器进、出口循环水温度随时间逐渐趋于稳定,及换热器与周围土壤的换热量随时间基本保持恒定的相关曲线。采用线源和柱源传热模型,结合参数估计法,计算出平均热物性参数分别为：土壤热传导系数λ=2.428 W/(m·K),钻孔热阻R=0.102 (m²·K)/W,及λ=2.164 W/(m·K),R=0.086 (m²·K)/W。通过保证测试时间和准确的土壤比热容等参数,可得到准确的热物性参数,计算结果为地源热泵系统的准确设计提供了依据。     

地层热物性测试装置的应用

地源热泵作为一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调技术,近年来在我国得到了大规模发展。在介绍恒热流地层热响应测试设备的原理及结构的基础上,对其在实际施工过程中的钻孔、埋管、回填和现场测试过程进行了详细的说明。以天津塘沽某建筑的地源热泵系统为例,阐明了该装置在不同的地质条件下,地层初始温度的测试,测试结果的分析,进而论述了该建筑的空调设计系统;两个制冷季及供暖季的运行表明,地埋管系统运行稳定,极端工况时系统运行参数均在设计范围内。     

浅层岩土室内、外热物性测试的相关性

对于浅层岩土热物性参数测试中常用的实验室和现场热响应试验方法,结合上海某工程的实际情况,提出一种基于室内试验的岩土综合热物性参数确定方法。首先,根据室内、外试验测试结果的差异,选取地层厚度、含水率、密度及渗透系数作为影响二者热物性参数测试差异的主要因素,使用层次分析法确定各影响因素的权值,并按权值大小修正室内热物性参数测试结果。然后,分别模拟室外现场热响应试验和修正后的室内热物性参数以及实际地层的传热过程,得出三者在热量传导能力之间的差距分别为1.2%、1.1%及2.3%。最后,提出埋管深度和导热系数的乘积可代表岩土层的换热能力,且计算出修正后的室内热物性参数对应的均一导热系数与现场热响应试验测出的综合导热系数分别为1.832 W/(m·℃)和1.778 W/(m·℃)。     

岩土热物性测试线热源计算误差分析

在垂直地埋管现场热物性测试中,计算岩土体综合热物性参数时一般采用线热源的简化解析式,求解综合热导率和钻孔热阻。这种方法在各种测试条件下会产生不同程度的误差。通过传热数值计算方法,研究了循环介质流量、加载功率、两次测试的间隔时间、测试设备性能、测试孔深度、回填材料热导率、岩土体中水渗流情况、地温梯度对综合热导率和钻孔热阻误差的影响。以传热数值计算结果为基础,提出了降低线热源计算误差的方法:根据测试条件选择相对合理的测试参数;对系统误差采用模型经验修正法予以消除,或改用完善的数值计算方法求解。     

热物性测试和导热数值模拟法在工程设计中的应用

针对泰安市城区地源热泵地埋管换热器工程,通过合理选择测试参数,采用数值模型方法,测得岩土体初始温度为15.74℃,综合导热系数为2.944 W/(m·℃),综合体积热容为2.25 MJ/(m3·℃),钻孔总热阻为0.0674 m·℃/W;将空调负荷需求与岩土体综合热物性参数输入数值计算模型,经过逐时计算,得到二十年、十年模拟周期不同换热孔数的长期温度响应与耗能数据,结合投资预算,分别得到最优化的钻孔数量240个、170-180个;推荐系统安装完成后,夏季首先运行,以提高地源换热器岩土体的平均初始地温。     

沈阳市典型岩土体组合热响应试验及结果分析

岩土热物性参数是地层热响应特征的直接表征,也是地埋管地源热泵系统设计主要影响因素.热响应试验是获取岩土热物性参数的重要手段之一.针对沈阳市不同地貌单元,选择3种典型岩土体组合地段开展5组热响应试验,综合研究分析了沈阳市典型岩土体组合的综合热响应特征,包括地层初始温度、地层综合导热系数及地层的地温恢复时间,提出了沈阳市西部地区可优先发展地埋管地源热泵系统.这些结果将为沈阳市地埋管地源热泵系统的规划部署及工程的开发利用提供借鉴.     

冀东沿海土样热物性指标与物理参数间关系的统计分析

利用冀东沿海地区地源热泵勘察工程的土样基本物理性质指标和土的导热系数、比热容的测试结果进行统计分析土的导热系数、比热容与含水率、密度的相互关系,总结了相互间的经验计算公式,提出了一种地源热泵设计中可以参考应用的热物性指标计算方法。     

大广高速公路双辽服务区地源热泵系统地层热物性原位测试

利用地层热物性原位测试仪可以准确地测量地层热物性参数。概述了浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、结构组成、特点、测试方法及数据处理方法。利用Ingersoll简化模型算得共需498口100 m换热井才能满足双辽服务区的冬季供暖需要。     

地埋管换热器钻孔长度计算方法研究

地埋管换热器钻孔长度计算是土壤源热泵系统设计的核心。为规范地埋管换热器钻孔长度计算,从《地源热泵系统工程技术规范》基本要求出发,以合肥市某土壤源热泵工程为例,进行了地埋管换热器钻孔长度计算和校核模拟计算。研究表明,热干扰对地埋管换热器钻孔长度有较大的影响,不考虑热干扰影响的钻孔长度计算结果偏小;由于热堆积的影响,地埋管换热器流体平均出口温度呈现逐年上升趋势。校核模拟计算结果表明地埋管换热器钻孔计算长度能够满足规范的要求。     

某地源热泵场地浅层土壤分层热物性响应实验

浅层土壤导热系数的确定一直是地源热泵系统设计研究中的一个重点。为了获得更精确的土壤热物性,引入分布式光纤测温系统,并在原有柱热源测试模型方法的基础上提出分层热物性测试法并对测试数据进行分析。测试数据包括竖直方向上浅层土壤初始温度分布,稳定功率加热过程中竖直方向地埋管内流体温度随时间变化分布。结果表明:通过分层土壤热物性测试可以更直观地观察地下土壤温度分布,了解土壤中地下水分布情况。并得出竖直方向上不同深度土壤的导热系数、土壤密度与比热容乘积以及回填料热阻分布情况。     

基于DTS技术的菏泽地层导热性研究

为了确定山东省菏泽市某地区的地下热物性参数,本文基于线源热传导理论,将DTS技术与现场热响应试验（TRT）相结合,利用测温光缆对现场单U和双U地埋管加热（或冷却）过程的钻孔温度进行了分布式测定,对该地区每一地层的导热系数进行了计算。试验结果表明:利用DTS技术可在现场热响应试验中准确可靠地获得各个地层导热系数分布,评价各个地层的热交换能力;渗流对地层导热性具有显著的提高作用;双U管试验的测试结果比单U管试验所获得的结果更准确;受热量累积效应的影响,换能试验时间越长,所得到的导热系数越小,并逐渐趋于一稳定值。本研究成果可为地源热泵设计提供基本依据。     

岩溶地区浅层岩土体热物性参数测试及应用分析

以岩溶场地为地埋管地源热泵系统示范,通过场地岩土综合热物性测试成果及地埋管地源热泵系统建造后期运行情况,分析地埋管地源热泵技术在岩溶地区应用的可行性,为地埋管地源热泵技术在岩溶地区应用推广提供技术性参考。     

现场热响应试验测试数据对比及应用分析

勘查评价浅层地热能地质条件及换热能力是高效开发浅层地热能资源的关键基础,对高效、可持续利用浅层地热能起着举足轻重的作用。不同区域地质条件千差万别导致地下换热效果不同,目前现场热响应试验,是地埋管地源热泵系统区域调查评价和应用项目场地勘查中,采用的重要勘查手段。通过现场热响应试验获得地温场初始地温、岩土体的热物性参数,计算得出每个地埋孔的换热能力即换热功率,可为评价地埋管地源热泵系统适宜区域的浅层地热换热功率提供依据,指导地埋管地源热泵系统地下换热系统设计。本文主要对地层初始地温、不同测试功能测试所得数据,进行了对比及应用分析,对指导现场热响应试验的科学合理应用,具有重要的参考意义。     

基于组态软件、智能模块及PLC的岩土热物性原位测试仪监控系统

介绍了应用地源热泵原理对地层的热物性进行原位测试的测试仪自动监控系统。系统通过检测并控制地热孔地下换热器进出口温差,保证恒热流输入。该系统由上位机及下位机系统组成:上位机由工控机作为监测控制核心,装有组态软件,编制整个控制系统操作界面和软件系统;下位机由两台AD转换智能模块采集各物理参数,一台可编程逻辑控制器(PLC)对控制动作执行机构进行控制输出。通过对4口地热井的实际工程应用,分别实现了连续72 h对地热孔地下换热器进出口温差的精确控制,控制精度小于0.1℃。     

地源热泵技术研究新进展

简要介绍十二五期间地源热泵技术的部分研究进展,包括采用分布式光纤测温系统测温、利用柱模型计算测试结果、可得到厚度大于0.25 m地层热物性参数的新型岩土热物性测试的研发,单井循环换热地能采集井示范研究与技术规范编制;单井循环换热地能采集井模型研究及地温场预测评价;智慧能源管理系统平台软件(High Efficient智能能源管理系统)的研发等。     

仁怀中枢城区岩土热物性特征及地源热泵开发建议

岩土体的综合热物性质是决定地埋管地源热泵系统设计、保障浅层地热能开发利用的设计参数。通过对仁怀中枢城区水文地质条件及热响应试验数据综合分析研究,该区为受断裂及地形综合控制的地下水富集区和疏干区两种岩溶水系统,地下水富集区相对疏干区岩土综合热物性较好,地源热泵工程开发利用前应按岩土热物性质分区设计,以提高资源利用效率和降低建设成本。     

采用不同方式的地埋管换热器热响应测试 ——-以中新天津生态城公屋展示中心项目为例

利用两种热响应测试方式( 恒热流法和恒温法) 进行地埋管地源热泵换热试验,测试该地的土壤热物性参数。在概述了两种浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、特点、测试方法及数据处理方法的基础上,分析比较了两种方法测量的参数,准确地计算出施工现场土壤的热物性参数。两种测试仪测量的热物性参数基本一致,同时热工况或冷工况试验所取得的参数差别不大。在20℃ ～ 30℃排热工况条件下,换热器为120 m 双U 类型时,排热量在25 ～ 60 W/m,在8 ℃取热工况条件下,取热量约30 W/m。热导率约1. 5 W/m·℃,热扩散率约为0. 46 × 10 － 6 m3 /s。     

地质构造对碳酸盐岩热物性参数的影响分析

本次试验以贵州省六盘水市六枝特区城区为研究区,通过对同一断层构造上下两盘水文地质条件相似、地层岩性相同的碳酸盐岩,采用相同施工工艺、相同测试环境、相同测试方法进行热响应测试。试验结果得出,同一碳酸盐岩地层在不同地质构造下热物性参数不同,断层上盘地层岩体初始温度高于下盘,综合导热系数、容积比热容、热扩散率、相同工况条件下的延米换热量低于下盘。岩体热物性参数的获取,为区内浅层地热能资源开发利用项目建设提供设计依据,但未考虑地下水渗流场影响,且样本数量少,其成果供同仁参考。     

贵州主要岩石地层热物性参数特征及影响因素分析

岩石热物性是地表、地球内部温度分布及热传递研究不可缺少的参数,贵州乃至西南地区均尚未开展过系统性、区域性的岩石热物性参数研究工作。为给贵州及相邻区域开展地热、油气成藏以及岩土工程等研究工作提供依据和参考,本次采集了贵州主要地层的14种岩类,共计433件岩石样品,并进行热导率、比热容及热扩散率的测试,分析了不同岩石的热物性参数特征及影响因素。研究表明：贵州地区岩石热导率的实测平均值在1. 516±0. 264~5. 066±0. 521W/(m·K)之间,比热容的实测平均值在0. 272±0. 042~0. 603±0. 096kJ/(kg·℃)之间,热扩散系数的实测平均值在0. 752±0. 331~2. 854±0. 368mm2/s之间。区内岩石热物性与其矿物成分、结构、含水量等因素有关,其中,岩石年龄越老,热导率和热扩散系数越高;岩石的热导率和热扩散系数与高热导率矿物含量存在正相关关系,而比热容则相反;随着岩石中矿物颗粒粒度的增大,岩石热导率和热扩散系数也随之增加,而比热容与矿物颗粒粒度的关系则不明显;含水量对岩石的热物性影响较大,饱水条件下岩石的热导率比干燥条件下的热导率增加幅度在2%~17%,热扩散系数增加的幅度集中在1%~16%,而比热容则减少,减少幅度在3. 08%~21. 79%。     

热响应测试实例及问题分析

地埋管地源热泵系统开发利用前景广阔,本文尝试采用基于圆柱热源理论的柱模型,在天津市静海县团泊新城,为某竖直地埋管建设项目设计了2组取热和2组排热工况热响应测试试验,为地源热泵系统优化设计与节能运行,提供了必要的数据依据。同时我们还总结了热响应测试过程中应该注意的问题,为以后工作提供了建议。