热泵热响应测试实验方法

  IGSHPA(国际地源热泵协会)[ 5] 采用的传统方法是根据钻孔时取出的岩土样本和相关资料确定其热物性参数, 简单方便、易操作。然而, 实际的地下岩土体不是独立的, 而是与地埋管、循环液、回填物作为冷/热源整体, 各部分互相影响和耦合, 又由于施工过程的严格程度也对其产生影响, 因此, 由该方法得到的地下岩土体的热物性参数的准确度受到各方质疑。目前常采用的热响应测试试验方法主要有恒热流法和可逆热泵法, 二者均为导热反问题, 即利用测量得到的温度场或换热量来反解岩土体的热物性参数。恒热流法对岩土体施加恒定热流量, 测量其温度分布来反解岩土体的热物性, 对应的原理为常热流的线热流理论和圆柱热源理论;可逆热泵法则控制地埋管的入口温度, 即预设一温度场, 测定该温度场下岩土体的换热量, 再反演得到岩土体的热物性参数及地埋管换热器的总换热热阻, 对应的原理为变热流的线热源理论[ 6] 和圆柱热源理论[ 7] 。

 

  恒热流法

 

  恒热流法最先由C .Eklof 等[ 8] 于1996 年提出,是IGSHPA 的标准和美国采暖制冷与空调工程师学会(ASHRAE)手册所推荐的方法, 也是国际上

 

  通行的做法, 但该方法只能测试放热工况。恒热流法测试时采用电加热器提供稳定加热量, 记录各时刻盘管的进出口水温, 并利用数学模型反演获得岩土体热物性参数。该方法操作简单易行,应用较为广泛。我国颁布实施的GB 50366 —2005《地源热泵系统工程技术规范(2009 年局部修订)》

 

  也采用此方法进行岩土热物性参数的测试[ 9] 。

 

  可逆热泵法Van Gelder 等[ 10] 于1999 年提出可逆热泵法,也称稳定工况法或恒温法, 也有称作现场冷热量测量法[ 11] 。与恒热流法相比, 其优越性在于可以同时测试放热和取热工况, 通过控制稳定的埋管换热器运行工况(进水温度和流量为定值)和测定埋管出口温度而直观地得到埋管换热量, 因其换热量是不断变化的, 故不能以传统的线热源理论和圆柱热源理论的数学模型反演岩土体的热物性参数及地埋管换热器的单位孔深的换热热阻。