地源热泵系统岩土热响应试验、地埋管外径及壁厚、换热器、压力损失设计计算.docx

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1、附录A岩土热响应试验A.1一般规定A.1.1本标准适用于竖直地埋管地源热泵系统的设计计算，试验孔深度应与项目实际地埋井深度一致。A.1.2在岩土热响应试验前，应进行实地勘察，并根据试验地点的地质条件、建筑面积和建筑负荷确定测试孔数量和测试方案。对于2个及以上试验孔的试验，应取其算术平方值。A.1.3在岩土热响应试验前，应进行钻孔地质勘察并绘制项目区钻孔地质综合柱状图。A.1.4岩土热响应试验应在勘查孔施工完成后且周围岩土温度恢生后进行，勘查孔施工完成后一般应放置2d以上；对于灌注水泥砂浆的回填方式，应放置IOd以上。A.1.5试验仪器与试验孔连接的管道长度宜不大于2m,应减少弯头和变径，连接管

2、外露部分应做保温层，保温层厚度不应小于20mm。A.1.6岩土热响应试验全过程应遵守国家和地方关于安全、防火、环境保护等有关规定。A.2试验仪器要求A.2.1应配备与试验仪器相匹配的电源稳压器。A.2.2在电压稳定的情况下，试验加热功率测量误差不应大于1%。A.2.3温度测量偏差不应大于0.2。A.2.4流量测量偏差不应大于1%。A.2.5温度传感器应不低于A级，流量计应不低于0.25级，压力传感器应不低于0.5级。A.2.6仪器的传感器应由专业机构定期进行标定。A.3试验内容A.3.1岩土体初始平均温度试验。A.3.2不同试验工况下地埋管换热器循环水的进出口温度、流量以及试验仪器向地埋管换热

3、器施加的加热功率。A.4岩土热响应试验报告内容A.4.1项目概况。A.4.2试验目的任务。A.4.3参考技术规范或标准。A.4.4场地气象条件和地层条件（含岩土柱状图）。A.4.5试验方法和方案。A.4.6试验过程中参数的连续记录，应包括：试验时间、地埋管循环水进出口温度、循环水流量、试验仪器加热功率、试验电压。A.4.7岩土热物性参数，应包括：岩土导热系数、比热容、热扩散系数、钻孔热阻等。A.4.8试验条件下，试验孔地埋管换热量参考值。A.5岩土热响应试验方法及技术要求A.5.1岩土热响应试验应遵循以下步骤：a) 制作试验孔；b) 测试岩土初始平均温度(埋设温度传感器法、水温平衡法)；O平衡

4、试验场地，提供水、电接驳点；d) 试验仪器与试验孔管道连接；e) 水、电等外部设备连接完毕后，对试验设备及外围设备的连接进行检查；f)启动水泵等试验设备，进行岩土初始平均温度试验(无功率循环法)；g)启动电加热、水泵等试验设备，待设备运转稳定后开始读取记录试验数据；h) 岩土热响应试验过程中，应做好对试验设备的保护工作；i) 提取试验数据，分析和计算得出岩土综合热物性参数和地埋管换热量参考值；j) 试验结束后，做好试验孔的保护工作和场地恢复工作。A.5.2岩土热响应试验应符合以下要求：a) 岩土热响应试验期间，应连续不中断；b) 地埋管换热器内传热介质流态应保持紊流，单U型(dn32)地埋管流

5、速不应低于O.4ms,双U型(dn32)地埋管流速不应低于0.2m/s；O选择“无功率循环法”进行岩土初始平均温度试验时，建议温度稳定(地埋管出水温度连续Ih变化不大于0.5C)后，持续时间不应少于2h；d)选择稳定热流法试验时，宜进行两次不同负荷的试验，建议小负荷采用2535Wm,大负荷采用4060Wm;选择稳定工况法试验时，设定工况应为系统的设计运行工况。建议地埋管换热器进口温度为：夏季释热工况下宜低于33,冬季吸热工况下宜高于5C。试验期间，加热功率或进水温度应保持恒定：e) 岩土热响应试验持续时间不宜少于48h,选择稳定热流法试验时，温度稳定(地埋管换热器出水温度连续12h变化不大于I

6、c)后，持续时间不宜小于24h；选择稳定工况法试验时，温度稳定(地埋管换热器出水温度连续12h变化不大于0.5C)后，持续时间不宜小于24h；f) 地埋管换热器的出口水温稳定后，该温度宜与岩土初始平均温度相差5以上，且持续时间不应少于12h：g) 试验采集数据应包括试验时间、地埋管循环水进出口温度、循环水流量、加热功率、试验电压。数据采集时间间隔不应大于IOmin;h) 稳定热流法试验中，实际加热功率的平均值与设定加热功率值的偏差应不大于0.2kW；稳定工况法试验中，实际供水温度平均值与设定供水温度值的偏差不应大于0.2；i)应对现场试验资料进行综合分析,剔除因试验条件如气温变化等造成的异常数

7、据。A.6试验数据处理A.6.1岩土热物性参数计算本标准给出两种基于线热源计算模型的岩土热物性参数计算方法，该计算方法仅适用于稳定热流试验法。1反推法在恒定加热功率下，当进行时间较长时，有如下公式：TfTffqlRb+赢(In票-0.5772)年ln(J)+ln)fln(彘)(A.6.1-2)ln)+式中：Tf地埋管换热器进出水平均温度，C；Ttt岩土初始平均温度，；S单位长度埋管释放的热流量，W/m；R,测试孔热阻，mKW;4测试孔直径，m；Pg埋管周围岩土的平均体积比热容，Jm3gT时间，S；d埋管内径，m；d,埋管外径，m；Ap埋管管壁导热系数，W/mK；九一一测试孔回填材料导热系数，W

8、mK;九一一埋管周围岩土的导热系数，WmK:h循环水与管壁之间的表面传热系数，WmlKo式(A.6.1J)中有2个未知参数,周围岩土导热系数S和容积比热容Psc.,利用式(A.6l1)、(A.6.1-2),结合试验的流量、温度以及钻孔尺寸、回填材料、埋管材料、埋管形式等，通过反推法，当计算值与实测值的/三y,(TfHH-TO)取最小值时，通过传热模型调整后的热物性参数即是所求结果。2斜率法假设钻孔周围岩土体传热为一维纯传导方式，岩土体为各向同性的均质体，当系统加热功率恒定时，载热流体平均温度丁,(U可表示为：ibu+ln(m)-yj+q,HbH6A,6.1-3)式中：/(t)5九RbTB载热流

9、体的瞬时平均温度，；加热时间，s；单位长度钻孔加热量，ql=QH W/m;岩土综合导热系数，W（mK）;热扩散率,m7s；s=spCs, P 为土壤密度，kg/m3；CS为岩土体平均比热容，kJ/ （kg.）；钻孔半径，m；欧拉常数，0.5772；钻孔热阻，C（Wm）;埋管区域岩土体的初始温度，。加热功率恒定时，式（A.6.1l）可简化为一个二元一次线性方程:(A.6.1-4)则由线热源计算模型的斜率计算法可得:九.景(A.6.1-5)Rb ,守-六眄管）7(A.6.1-6)由式（A.6.13）和式（A.6.1-4）可得出钻孔岩土体的综合导热系数、钻孔热阻、岩土体热扩散率或比热容等岩土体热物性

10、参数。A.6.2地埋管换热器换热量参考值计算本计算方法仅作为试验井地埋管夏季释热量/冬季吸热量的参考值。在地埋管地源热泵系统设计时，建议采用数值模拟的方式，对项目运行状况以及地温场的影响进行预测分析，一般宜进行2年以上的模拟预测分析；对建筑供能面积在1万户及以上地源热泵工程，宜进行10年以上的模拟预测分析；必要时采用数值模拟软件进行地埋管换热热影响半径模拟，从而优化系统设计，提升地埋管地源热泵系统设计的合理性和科学性。1夏季释热量参考值可按下式计算:“一Lr-(R*Rm*Rr.%S凡Pwl一尸川(A6.2-1)式中：今夏季释热量参考值，W/m；Q.夏季建筑物制冷负荷，kW；t加热时间，s；EE

11、R水源热泵机组的制冷性能系数；制冷工况下，地埋管换热器总长度，m；Ux制冷工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取3336；J埋管区域岩土体的初始温度，C；Rf传热介质与U型管内壁的对流换热热阻，(mK/W)；心一一U型管的管壁热阻，(m-K/W)；南一一钻孔灌浆回填材料的热阻，(mKW)；RS地层热阻，(mK/W)；扁一一短期连续脉冲负荷引起的附加热阻，(mKW)；兄一一制冷运行份额。2冬季吸热量参考值可按下式计算：CCgl(KK*% 尸-Irlo)(A.6.2-2)式中：6 Q,COP冬季吸热量参考值，W/m；冬季建筑物制热负荷，kW；水源热泵机组的制热性能系数；制热工况下，地

12、埋管换热器总长度，m;制热工况下，地埋管换热器中传热介质的设计平均温度，通常取26C；制热运行份额。附录B地埋管外径及壁厚B.0.1聚乙烯(PE)管外径及公称壁厚应符合表BOl的规定。表B.0.1聚乙烯(PE)管外径及公称壁厚(mm)公称外径De平均外径公称壁厚/材料等级最小最大公称压力LOMPal.25MPal.6MPa2525.025.3-23*wPE80-3232.032.33.040-5PE803.04s/PElOO4040.040.43.7aPE803*/PElOO5050.050.5-4607/PE804.647/PElOO6363.063.64.7t8PE804.7蚀5VPE10

13、05.8田。PEloO7575.075.74.5,07PE1005.6PElOo6.8,PEI9090.090.95.4,09PE1006.7”“PElOO8.2*ljPElOO110110.0111.06.6m,PE1008.14ljPElOO10.05,PElOO125125.0126.27.4*,*PE1009.2*wPEl(X)11.4*,8/PElOO140140.0141.38.3*,jPEI(X)10.3+l6ZPElOO12.7*20/PEl(X)160160.0161.59.5h5/PEI11.8”8/PE10014.6叫PElOO180180.0181.710.7”7PE1

14、0013.32/PEloOI6.432/PEloo200200.0201.811.9h8ZPElOO14.73PE10018.2+6/PElOO225225.0227.113.442,/PElOO16.6+33/PE10020.5*40/PElOO250250.0252.314.8叫PEl(X)18.4+36/PEl0022.7-4.5/pe1(x)280280.0282.6I6.643/PElOO2O.644,PE1(X)25.4-50/PEIoo315315.0317.918.77PE10023.276/PE10028.6*,7PEI00355355.0358.221.I442/PElOO26.I*52PE10032*/PE100400400.0403.623.7*r7PElOO29.4,58PE10036372pe100B.