土壤源热泵地下岩土热物性测试研究
土壤热物性试验方案(文选)
热物性测试施工方案一、编制依据及原则1.1 编制依据（1）现场勘探调查资料。
（2）主要的验收规范、规程：《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005）《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ101-2004）《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243-2002）1.2 编制范围编制对象为：地源热泵系统测试及地埋管系统施工，该系统主要用于项目提供冷热源。
二、工程概况：拟采用地源热泵空调系统为建筑提供制冷采暖。
由于土壤源热泵采用地下埋管换热器，使得土壤源热泵设计比空气源、水源热泵困难得多。
土壤源热泵不确定设计因素较多，土壤源热泵地下埋管换热器的设计是此项技术的难点及应用基础，因此本项目对土壤进行热物性测试，为土壤源热泵地下埋管换热器的设计提供指导及技术支持。
施工前需要进行岩土体热物性测试，以便设计单位对地埋管系统实际释热量、吸收量进行校核和对系统进行适当调整，减低综合导热系数的不确定性。
并在测试钻井过程中，了解地质分布情况，为以后施工机械及工期安排提供极具价值参考。
三、施工方案：1.选点方案：鉴于本项目占地面积较大，为使热物性测试数据更加精确，建议选取5个测试点。
分别分布于项目东西南北四角和项目中心点。
呈X 型排布。
2.钻孔方案：2.1、地下埋管换热器的布置确定打井数量及位置，初步设计埋管深度为80m，（如遇坚硬的无法克服的卵石和岩石，则修改打孔下管深度）孔间距为4.0--4.5m。
地埋换热管选用优质PE管，采用双U埋管，地埋管换热器公称压力不低于1.6Mpa。
采用并联同程敷设，主管路间的距离符合规范要求，距离不可以太近。
竖管换热器安装时必须在双U管间做好支撑，防止井内发生管间短路。
所有管路都按照规范做好水压试验，并做好管路的清洗。
2.2、地下埋管系统的施工地下埋管是影响地源热泵换热效率的主要部分，其施工的工艺流程如下：2.3地下埋管换热器的布置根据甲方提供的设计图纸，确定打井数量及位置，井间距保证在4.0--4.5米。
地源热泵岩土热物性测试报告
*工程地源热泵工程岩土层热物性测试报告同方节能工程技术**二00九年七月目录第一章岩土层热物性测试报告第二章测试孔地质报告第一章、岩土层热物性测试报告一．工程概况该工程位于**省**市正定县燕赵北大街，北纬38.16，东经114.56。
我公司对地埋管场地进展了测试孔勘测及深层岩土热物性测试。
钻孔测试时间：2009年7月1日～7月6日，室内资料分析：7月7日～7月8日。
二．测试结果2.1钻孔根本参数2.2测试仪器测试孔的测试数据〔机组稳定运后，间隔20分钟取一次数据〕见下表：表1 地源侧测试数据〔取热测试〕表2地源侧测试数据〔放热测试〕2.4测试数据的图表分析：三．结果分析3.1土壤地层导热系数综合评述测试结果说明：埋管区域的导热系数约1.4～1.8W/m℃。
该区域土壤地层平均导热系数较大，综合换热能力较强，适合使用地埋管地源热泵空调系统；初始温度较低，岩土体温度(初始温度)：14.0℃。
有利于夏季冷却。
能够满足常规设计要求。
主要地质构成：详见地质报告。
3.2影响每米孔深地埋管换热量的因素地埋管单位孔深的热交换量与多种因素有关：地埋管传热的可利用温差，即U型埋管中的水热交换后允许到达的最低或最高温度与岩土换热前未受热干扰时温差。
可利用温差与地热换热器的设计参数有关。
每年从地下取热量与向地下释放热量是否一样大。
二者相差越大，对地热换热器的换热效率的影响越大。
据测试结果和已掌握资料分析，本区域岩土层夏季日均放热量较大，但使用时间短〔60天〕，冬季日均取热量较小，使用时间较长〔120天〕。
地埋管换热器冬季总的取热量和夏季总的放热根本相等，可以稳定使用。
3.3地热换热器埋设建议单位孔深换热量是地热换热器设计中重要的数据，它是确定地热换热器容量、确定热泵参数、选择循环泵流量与扬程、计算地埋管数量与埋管构造等的重要依据。
单位孔深换热量取值偏大，将导致埋管量偏小、循环液进出口温度难以到达热泵的要求。
结果导致热泵实际的制热、制冷量低于其额定值，使系统达不到设计要求。
地源热泵系统岩土热响应试验
地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵技术是绿色环保、节能高效的能源利用技术。
地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源，既能供热又能制冷的环保型空调系统，通过输入少量的电能，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。
结合相关规范，指出岩土热响应试验在地源热泵项目中应用的问题、岩土热响应试验方法及关键参数、钻孔内热阻和热扩散率的计算方法以及《规范》中地埋管换热器设计计算与热响应试验间的关系进行探讨。
标签：地源热泵;岩土;热响应试验岩土热响应试验是地埋管地源热泵系统实施的前提，通过该试验可获得现场地质情况和岩土体热物性参数，用于指导地埋管换热系统的设计，目前该观点正逐步被业主和设计人员接受[1]。
通过热响应试验，了解项目所在区域岩土的基本物理性质，在此基础上，掌握岩土体的换热能力，为地源热泵系统设计人员结合建筑结构、负荷特点等设计系统优化方案提供基础数据，以保障系统长期运行的高效与节能。
一、岩土热响应试验在地源热泵项目中应用的问题近年来岩土热响应试验在实际地源热泵项目应用中仍存在一些问题，主要表现在以下几个方面。
（一）有些热响应测试单位技术力量不足，对热响应测试理论和《规范》的理解不充分，测试报告中仅给出导热系数和单位井深取放热量，忽略了热响应测试应得到的其他关键参数。
甚至有设计者将恒热流测试时施加于地埋管换热器的电加热量直接作为地埋管换热器的设计放热量值[2]。
（二）为获得项目的设计地埋管换热器数量或地埋管换热器总长度，设计师常用单位井深取放热量作为设计依据[3]，未正确使用岩土热响应试验结果，使热响应试验仅成为界定设计责任的依据。
（三）不同项目中，地下岩土体热物性参数、地埋管换热器的设计进出口温度、系统运行时间等参数可能不同，设计人员普遍反映仅依靠单一的单位井深取放热量值无法找到合理的设计依据，无法根据不同的项目情况选择合理的设计参数，并计算合理的地埋管换热器数量[4]。
（四）地源热泵动态耦合计算理论体系不完善，仅依靠现有的一些地源热泵动态耦合设计软件，这类软件的使用对设计人员的要求很高，需要同时考虑建筑的动态负荷、地源热泵主机的动态性能、输配系统的动态性能、地埋管换热的动态变化。
地源热泵系统岩土热响应试验
地源热泵系统岩土热响应试验【摘要】本研究旨在通过地源热泵系统岩土热响应试验，探讨其在实际应用中的效果和优势。
文章首先介绍了地源热泵系统岩土热响应试验的背景和研究目的，并阐述了其研究意义。
接着详细描述了试验方法、试验设计、试验过程、数据分析和结果讨论，从而全面呈现了实验过程及结果。
最后得出了关于地源热泵系统岩土热响应试验的结论，展望了未来研究方向，总结了本研究的重要发现。
通过本研究，可以为地源热泵系统的进一步优化和应用提供重要参考，促进绿色环保技术的发展。
【关键词】地源热泵系统、岩土热响应试验、试验方法、试验设计、试验过程、数据分析、结果讨论、结论、展望未来研究方向、总结、研究目的、研究意义、引言1. 引言1.1 地源热泵系统岩土热响应试验的背景地源热泵系统是一种利用地下岩土中储存的热能为建筑提供供暖和制冷的系统，具有高效节能、环保等优点。
地源热泵系统的性能受到岩土热响应特性的影响，因此需要进行岩土热响应试验来研究其热传导、储能和释能过程。
地源热泵系统岩土热响应试验是通过对地下岩土进行加热或降温，观察岩土温度变化和热传导规律，从而评估地源热泵系统的性能和效果。
通过岩土热响应试验，可以优化地源热泵系统的设计和运行，提高其热工性能和节能效果，为建筑节能减排提供科学依据。
地源热泵系统岩土热响应试验也可以为地热能资源的开发利用和岩土热响应规律的研究提供重要数据支持。
开展地源热泵系统岩土热响应试验具有重要的理论和实践意义。
1.2 研究目的研究目的是为了探究地源热泵系统在岩土地质条件下的热响应特性，为系统的设计、运行和优化提供科学依据。
通过开展岩土热响应试验，可以深入了解岩土层对地源热泵系统热传递的影响机制，为系统的热性能进行有效评估和改进。
具体地，研究目的包括：一是验证地源热泵系统在岩土地质条件下的热响应特性，包括热传导、热吸收和热交换等方面的影响；二是研究不同岩土地质条件下地源热泵系统的热性能差异，为系统的设计和优化提供参考依据；三是探讨岩土层对地源热泵系统热传递效率的影响机制，为系统的运行管理和能耗控制提供理论支持。
地源热泵系统岩土热响应试验
地源热泵系统岩土热响应试验【摘要】本文主要介绍了地源热泵系统岩土热响应试验的研究内容。
通过对试验目的、试验环境设置、试验方法、试验结果分析和试验数据处理等方面的详细描述，揭示了地源热泵系统在岩土环境中的热响应特性。
实验结果表明，在不同地质条件下，地源热泵系统的热传导效果存在一定差异，这对系统的能效和稳定性都有一定影响。
通过对试验数据的处理和分析，为地源热泵系统在实际工程中的设计和运行提供了参考依据。
在结论部分总结了地源热泵系统岩土热响应试验的重要性，提出了进一步研究和完善的建议。
该研究对于推动地源热泵系统在岩土环境中的应用具有重要的理论和实践意义。
【关键词】地源热泵系统、岩土热响应试验、试验目的、试验环境设置、试验方法、试验结果分析、试验数据处理、结论、总结。
1. 引言1.1 地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵系统是利用地下岩土中的地热能来供暖和制冷，是一种环保节能的供暖方式。
岩土热响应试验是为了探究地源热泵系统在不同岩土环境下的热响应特性，以便更好地设计和运行地源热泵系统，提高其能效和稳定性。
通过岩土热响应试验，可以了解岩土内部的温度分布规律，热传导特性以及热损失情况，进而为地源热泵系统的设计和运行提供依据。
试验涉及到的参数包括地下水位、岩土类型、地层温度等，通过对这些参数的监测和分析，可以得出地源热泵系统在各种岩土环境下的热响应特性及规律。
岩土热响应试验的数据分析和总结对于进一步推动地源热泵系统的发展和应用非常重要。
通过试验结果的分析，可以找出系统存在的问题，并进行相应的改进和优化，从而提高系统的效率和性能。
岩土热响应试验是地源热泵系统研究领域的重要内容，对于推动地源热泵系统的发展和应用具有重要的意义。
2. 正文2.1 试验目的试验目的是为了评估地源热泵系统在岩土地质环境中的热响应特性，探讨其在实际工程应用中的可行性和效果。
通过对岩土热响应试验的进行，可以深入了解地源热泵系统与岩土地质之间的热交换机理，从而为系统设计和优化提供理论基础和实际数据支持。
岩土热响应测试报告(DOC)
XX省XX市学院片区地源热泵工程岩土热响应测试报告XX省XX大学地源热泵研究所二〇一四年五月岩土热响应测试报告一、工程概况该项目为XX省XX市学院片区（XX市学院、新华苑）地源热泵工程，位于XX省省XX市市。
本工程拟采用节能环保的土壤源热泵系统，作为空调系统的冷、热源。
我所对该工程地埋管场地进行了深层岩土层热物性测试。
本次试验进行了1个孔的测试。
报告时间：5月10日～5月11日。
二、测试概要1、测试目的地埋管换热系统设计是地埋管地源热泵空调系统设计的重点，设计出现偏差可能导致系统运行效率降低甚至无法正常运行。
拟通过地下岩土热物性测试并利用专业软件分析，获得地埋管区域基本的地质资料、岩土的热物性参数及测算的每延米地埋管换热孔的换热量，为地热换热器设计、换热孔钻凿施工工艺等提供必要的基本依据。
2、测试设备本工程采用XX省建筑大学地源热泵研究所自主研制开发的型号为FZL-C（Ⅲ）型岩土热物性测试仪，如图1所示。
该仪器已获得国家发明专利（ZL 2008 1 0238160.4)。
并已广泛应用于北京奥林匹克公园、网球场馆、济南奥体中心等一大批地源热泵工程中的岩土层热物性测试。
见附件3。
3、测试依据《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005 ( 2009年版)。
测试原理见附件2。
图1 FZL-C（Ⅲ）型岩土热物性测试仪三、测试结果与分析1、测试孔基本参数表1 为测试孔的基本参数。
表1 测试孔基本参数项目测试孔项目测试孔钻孔深度（m）100 钻孔直径（mm）150埋管形式双U型埋管材质PE管埋管内径（mm）26 埋管外径（mm）32钻孔回填材料细沙主要地质结构粘土与玄武岩2、测试结果测试结果见表2。
循环水平均温度测试结果与计算结果对比见图2。
测试数据见附件1。
初始温度：16.2℃；导热系数：1.66W/m℃；容积比热容：2.1×106J/m3℃。
3、结果分析钻孔结果表明：该地埋管区域地质构造以粘土为主。
最新地源热泵系统工程勘察热物性测试与岩土热物性测试仪应用精品课件
⑷、测试孔，符合《地源热泵系统工程技术规范》 要求，地埋管换热器连接正确，无渗漏，试压正 常，地埋管中注满符合规范要求的循环水。
2)测试步骤
A)制作测试孔。平整周边土地。
中国地质环境监测院和地温专委会于2009年3月7日在北京联合召开 了“地埋管换热器热响应试验测试仪应用研讨会”。
参加会议的有全国10多家拥有测试仪器的单位，其中包括北京地质勘 查技术院、吉林大学、中航勘察设计研究院、河北工业大学、中国建 筑科学研究院、山东建筑大学、北京工业大学、华中科技大学、北京 枫叶能源科技有限公司、天津地热勘查开发设计院、上海地矿工程勘 察院和浙江省工程物探勘察院。参加会议的还有中国标准化研究院、 中国地质科学院水文地质环境地质研究所、中国地质调查局水文地质 环境地质调查中心、长安大学、北京恒有源科技发展有限公司、河南 省地热研究院有限公司、浙江省地质调查院，地源热泵领域的老专家 吴元炜教授、丁良士教授以及暖通空调和地质学专业的产学研的专家、 代表共40多人。会议对地埋管换热器热响应试验测试仪的研制、应用、 规范和存在的问题等方面进行深入热烈的讨论。
B）土壤初始温度测试。（详见 地源热泵地下换 热系统温度场的测试分析）
MT P
1
34
MT P
25
6 78
9
10
11
12
1 电加热水箱 2 软接管 3 循环水泵 4 循环水进水管 5 循环水出水管 6 流量计 7 温度传感器 8 压力表 9 数据传输线 10 数据采集系统 11 地面 12 钻井壁
(C.3.8-12)有两个未知参数，周围岩土导热系数s 和容积比热容 ρscs，利用该式可
土壤源热泵系统热工性能测试与分析
四、系统存在问题分析 １水泵工作点“右偏”现象 测试过程中发现，存在着水泵工作点 不同程度的“右偏”现象，其最终结果则 是高扬程的水泵在低阻力的系统工况下工 作，多余的能量均消耗在阀门等部件上， 使得耗电量增加，效率降低。由此产生的 浪费在蓄能系统建成、配套水泵投入运行 时就已存在，并且还是年复一年地重复发 生。难以察觉，此种现象非常普遍。出现 水泵工作点“右偏”的现象应该是工程中 必须首要克服的弊病。 ２机组实际运行效率较高．热源系统 的能效较低 工程中测试周期内各个时刻机组实际 运行效率较高，这是由热泵机组的运行原 理决定的。但热泵机组的制热量小于其额 定制热量，计算得到，整个测试周期内。 实际制热量最大才达到其额定制热量的 ６７％。平均在６５％左右，因此。整个热 泵机组一直是处在效率较低的工况下运行 的。其主要原因是末端循环水泵和水源侧 循环水泵耗功率较高，直接导致整个系统 耗功率较高而致。因此。需优化整个热源 系统。尤其应从设计、运行方面提高泵的 综合性能。 五、解决对策及建议 通过对典型的土壤源热泵系统的调研 与测试分析，可以发现，土壤源热泵整体 效果还是比较好的，但是也存在着一些问 题。因此，针对以上问题给出如下一些节 能建议： １优化运行策略 根据历年热泵机组运行的记录，对建
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析地下岩 土的热 响应情 况 推算 出岩 土热物 性参数 ；同时 计算了地埋管换热器 与周围土壤之 间的换热状况 确定 了该
地源热 泵系统 地埋管 换热器 的冬 夏季取放 热工况下 的实际 换热量 ． 为此土壤源热泵空调系统 的设计提供了依据 。
２ 地 下岩 土热 响应 测 试 装 置
测试 采用 自主设计 的地下岩 土热 响应 测试 系统 。该 系
统 既 能 进 行 放 热 工 况 试 验 ．又 能 进 行 取 热 工 况试 验 。 图 １ 给 出 了地 源 热 泵 岩 土 热 物 性 测 试 装置 的 示 意 图 。 整 个 系 统
测试孔 为 ２个 ，分 别采 用双 Ｕ２ ５型 Ｐ Ｅ管下管 埋管深度
１０ｍ，采用 ５ 膨润土 和 ９ ％ 黄沙 回填 。在埋管上每 隔 ０ ％ ５ １ 绑定 温度探头 ，用来测量地下土壤的初始温度分布。 ０ｍ 整个 测试分 ２个阶段进 行 ：首先是岩 土热响应测 试 ， 采 用恒功 率加热 ，采集地埋 管换热器 进 出口温度随 时间的
５ ６绿色建筑
２０１ ２年 第 ４期
Ｅ ｅｇ Ｓ ｖ ｇｉ ｕｄｎ 建 筑 节 能 ｎ ｒｙ ａ ｉ ｎＢ ｉｉ ｎ ｌ ｇ
下岩土的原始温度 （ １ 。 表 ）
表 １ 地下岩 土原始温度
ｌ
ｌБайду номын сангаас
温 度
ｌ ２井 该 地 岩 平 温 ≠ ｝ ≠ 地区 下 土 均 度 井 ｝
热 器冬夏季工况下 的实际单位延米换热量 ，为该地区地源 热泵 系统 的设计施工提供了依据 。
关键词 ：热响应测试；岩土热物性；单位延米换热量
中图分类 号：Ｔ ２ ７ Ｕ ２
文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ７ — １ Ｘ （ ０ ２ ４５ —３ ６ ４８ ４ ２ １ ）０ －６０
地源 热泵系统的技术 已日臻 成熟 ． 在欧 美发达 国家已得 到广 泛的应用 。 目前在 国 内大 力推 行节 能减排 的形 势下 ．
变 化 通 过 曲线 拟 合 推 出 地 下 岩 土 导 热 系 数 ，体 积 热 容 以
３ 实验结果分析与讨论
３ １ 地下岩土初 始温度 ．
在 进 行地 下 岩 土热 响应 测 试 之 前 ．系统 首 先开 启 水 泵 ，使冷 水在埋管 中循环 ，观 察地埋管 内水进 出 口温 度的 变化 ．达 到稳定 时的地埋管 中水 的出 １温度 即可认 为是地 ： ３
建 筑 节 能 ｌ ｎ ｒｙ ａ ｉ ｎＢ ｉｉ ｅｇ Ｓ ｖ ｇｉ ｕｄｎ Ｅ ｎ ｌ ｇ
土壤源热泵地下岩土热物性测试研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏｕ ｄ Ｔｈ ｒ ａ ｏｐ ｔ ｓＴ ｓ ｉｇ ｓ ａ ｃ ｆＧｒ ｎ ｅ ｍ ｌ Ｐｒ ｅｒｉ ｅ ｔ ｅ ｎ
陈 俊
由电加热系统 、制冷系统 水循 环系统 、数据采 集系统 四 部分 组成 。电加热 系统 中采 用电加热 管 ，最 大加 热功率 ６
ｋ ，可根据试验孔深度采用可 控硅 调整加热功率 。制冷系 Ｗ 统 选用 １台风冷 冷水机组 ，额定制 冷量 ６ｋ ，压缩机 采 Ｗ
用变频技 术 ，可根 据试验孔 的深度调 整制冷 量。水循 环系
岩土平均导热 系数 是 综合 地下换热器埋深范围 内的其
—
７ ０
６ ０
他 因素 的综合系数 。根据线 热源理论 ，地埋 管 中换 热介质 的平均温 度和 时间的对数成 线性关 系 ，将 二者 函数关系拟 合成一 条直 线 ，得到斜率 和截距 ，根据 以下公式计算 出岩
土 的综 合 导 热 系 数 ：
ｌ地 管 口 度 １ ℃ １３ 埋 出 温 ７ ８℃ ． ８ ＿
１℃ ８ ． Ｏ
表 １给出 了地下岩土原始温度的测试 结果 从 表中可 以看 出 两 口井所 测地 下岩土原始 温度相 差不大 ，我们取 其平均值 １ ．ｃ作 为该地 区地下岩土原始温度 。 ８０ 。
３ ２ 地下岩土热物性参数测试 ．
音
量 ０
４ ０
誊３ ０
２ ０
地源 热泵 系统 尤其是 土壤源热 泵系统得 到大力 的推 广 。然 而设 计地源 热泵系统 的地埋管 换热器需 要知道地 下岩土 的
及钻孔热 阻等热物性 参数 ；其 次分别模拟 空调 的夏季制 冷
工况和冬 季的制热 工况 ，测 量地埋管 换热器 的放热能 力和
取热能力。
热物 性参 数 ．如果 热物性参 数不准确 ，系统设 计就容 易出
据采 集系统采 用无线远程 采集系统 采集数 据包括 地埋管
进 、 出 口温 度 ，压 力 ，水 箱 水 位 ，循 环 流 量 ．加 热 器 功 率
１ 工程介绍以及实验方 案
本项 目建筑面积近 ５ ０ 拟 采用土壤源热泵系统 。 ０ｍ２ ５
等 。流 量采集采用 电磁流量计 。温度测量采用 Ｐ ０ Ｔ１０铂 电 阻温度传感器 。
现偏 差 。但由于不 同地 区的地 质等 条件存在很 大差异 ，岩 土热物 性相差很 大 ．只有 在现场直 接测量 才能正确得 到地 下岩 土的热物 性参数 ．为该地 区地 源热泵 系统的 工程设计 提供必要的数据支持。 本文 以南京 某地 区典 型地源 热泵空调 系统 工程为研 究 对 象 ，采用独 立设计 的岩 土热 响应测试 试验平 台 ．对土 壤 源 热泵地埋 管换热 器冬夏 季实际运行 工况进 行 了模拟 ，分
（ 东南大学建筑设计研究院， 江苏 南京 ２ ０ ９ ） １ ０ ６
摘要 ：采用自行设计开发的地源热泵地下岩土热物性测试平台，试验模拟了地源热泵地埋管换热器冬夏季取放热实际运行工况，以某具体地源热泵工程项目为
例 ，推 算出该 地区地下岩土的综合导热系数 ，体积热容等热物性参数 ，分析 了地埋 管换 热器 与周围土壤之 间的换 热状况，确定了该地区地源热泵系统地埋管换