地源热泵岩土热物性测试试验与影响因素分析研究

发布时间：2017-07-25 20:41

  本文关键词：地源热泵岩土热物性测试试验与影响因素分析研究

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【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。
【关键词】：土壤热物性 热响应测试 加热功率 影响因素
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 土壤源热泵系统发展中出现的问题12-13
• 1.3 岩土热物性测试方法13-14
• 1.4 热响应实验的必要性和实验方法14-15
• 1.5 现场岩土热响应测试的发展15-18
• 1.5.1 国外研究现状及水平15-17
• 1.5.2 国内研究现状及水平17-18
• 1.6 本文主要的研究目的和研究内容18-20
• 1.6.1 研究目的18-19
• 1.6.2 研究的主要内容19-20
• 第2章 岩土热物性测试理论模型分析20-28
• 2.1 竖直地埋管换热理论模型概述20-21
• 2.2 Kelvin线热源理论21-22
• 2.3 圆柱热源传热模型22-23
• 2.4 热响应测试参数计算方法23-25
• 2.4.1 线热源模型结合最小二乘法23-24
• 2.4.2 线热源模型结合参数估计法24
• 2.4.3 圆柱源模型结合参数估计法24-25
• 2.5 钻孔内的一维导热过程的分析25-27
• 2.5.1 当量后的钻孔热阻计算25-26
• 2.5.2 叠加理论下的钻孔热阻计算26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 土壤热物性测试仪的研发28-44
• 3.1 测试仪的基本原理28
• 3.2 热响应测试仪的开发与结构组成28-29
• 3.3 土壤热物性测试仪的组成29-43
• 3.3.1 水循环系统29-30
• 3.3.2 末端控制加热系统30-31
• 3.3.3 供电稳定系统31-32
• 3.3.4 信号数据采集系统32-36
• 3.3.5 人机交互界面系统36-37
• 3.3.6 可编程控制器PLC的程序编写37-41
• 3.3.7 人机交互触摸屏的程序编写41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 现场岩土热响应测试实验44-62
• 4.1 土壤热物性参数概述44-46
• 4.2 测试项目背景介绍46-48
• 4.2.1 气候概况46-47
• 4.2.2 地质概况47-48
• 4.3 测试实验步骤与测试前准备工作48-49
• 4.3.1 热物性测试步骤48
• 4.3.2 测试仪安装步骤48
• 4.3.3 测试仪安装注意事项48-49
• 4.4 土壤初始地温测试49-50
• 4.4.1 初始地温测试方法49-50
• 4.4.2 土壤初始地温测试50
• 4.5 低功率热响应测试50-56
• 4.5.1 热响应测试时间的确定50-51
• 4.5.2 热响应测试过程分析51-53
• 4.5.3 热物性参数计算53-54
• 4.5.4 1~#～6~#测试井低功率测试结果汇总54-56
• 4.6 无加热恢复地温测试56-57
• 4.7 高功率热响应测试57-60
• 4.8 测试结果汇总60-61
• 4.9 本章小结61-62
• 第5章 岩土热响应测试的影响因素分析62-76
• 5.1 初始地温误差对测试结果的影响62-65
• 5.2 不同功率的测试结果分析65-66
• 5.3 测试时长的影响66-69
• 5.4 钻孔间距的影响69-72
• 5.5 断电对岩土热响应测试的影响72-73
• 5.6 其他影响因素73-75
• 5.6.1 室外气温对换热量的影响73-74
• 5.6.2 单双U埋管测试对比74-75
• 5.7 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 结论76-77
• 论文中的不足及展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 作者简介82
• 攻读硕士学位期间所发表的论文82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：573209