兰　：　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　工程技术　岩土热响应测试及应用中的问题探讨　黄练红沈泽施恂根　（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川成都６１００８６）　摘要：岩土热物性参数是地源热泵系统设计的重要基础依据，其准确程度决定着地源热泵系统运行的可靠性和经济性。本文介绍了岩土热物　性测试设备构成及数据处理模型，并对热响应测试的某些问题进行了讨论。热响应测试是地源热泵工程应用的基础工作，具有重要意义。目前　仍需要对其计算模型、测试方法及装置进行研究。　关键词：地源热泵；岩土热物性；热响应测试　中图分类号：ＴＫＩ７２　文献标识码：Ａ　概述　岩土热物性参数包括地埋管深度范围内岩　土的综合导热系数和综合体积比热是地源热泵　系统设计的重要基础性依据。目前，岩土热物性　参数的获取方法有查表法、实验室测量法和现　场测试法，其中现场热响应测试得到的数据更　能反映场地的实际情况，因此规范［１］规定应进　行现场热响应测试。　自１９８３年以来，国内外许多单位研制出了　岩土热物性参数测试装置，我们根据工程需要，　在工程实践的基础上，自主研发了一套热响应　测试装置，同时，还在实际应用中不断进行完善　和改进。　１现场测试装置及测试方法概述　１．１热响应测试装置　主要包括循环系统（水泵，管路、调节阀门　等）、加热系统冰箱，电加热等）、电控系统Ｏ　电源　开关，水泵开关，加热器开关，２４ＤＶ电源等）和测　量系统（进出温度传感器，进出压力传感器，流量　传感器，电功率传感器，数据采集模块，通讯模　块，计算机等）。　１．２土壤原始温度测定　土壤原始温度必须首先测定，可以采用直　接埋在土壤深处的铂电阻温度传感器测定；也　可以通过在不加热情况下只开启循环泵量测ｕ　型管水温，作为岩土原始温度。　１．３热响应测试　土壤原始温度已测之后，开始热响应测试。　通过加热器以恒定热功率对水箱内的水加热，　使加热后的循环水以恒定的流量进入埋设在地　下与周围土壤充分接触的ｕ型管换热器进行换　热。开始加热之时即以一定时间间隔洳５ｒａｉｎ或　１０ｍｉ￣记录地下换热器ｕ型管的进出口水温，　流量，功率。　２岩土热物性参数计算模型及选择　计算岩土热物性参数可采用线热源解析模　型、柱热源解析模型以及三维数值模型。　２１计算模型　（１）线热源模型。　指施工的技术、工艺、方法和机械、设备、模具等　施工手段的配置；后者指施工程序、工艺顺序、　施工流向、劳动组织方面的决定和安排等。在工　程施Ｔ中，施工方案是否合理，施工工艺是否先　进，施工操作是否正确等都将对工程质量产生　重大的影响。　【５）环境条件　环境条件是指对工程质量特性起重要作用　的环境因素，包括地质、水文、气候等自然环境；　施＿Ｔ现场的通风、照明、安全卫生防护设施等劳　动作业环境；承发包合同所派生的多单位多专　业共同施工的工程管理环境等。加强环境管理，　改善作业条件，是控制环境条件对工程质量影　响的重要途径。　４．３建设单位的质量管理　建设工程项目从决策到验收交付使用，共　分四个阶段，即：工程立项阶段、设计阶段、施工　阶段、工程验收阶段。而在各个阶段，业主要针　对不同时期的不同重点，采取相应的质量控制　手段，来最终完成对建设项目的质量控制，达到　预期的质量目标。　（１）业主对设计的质量管理　设计工作是工程建设的基础，及时准确的　提供设计图纸、处理工程重大技术问题，对保证　工程质量具有重大意义。　ａ）根据项目建设要求有关批文、资料。编制　出设计大纲或方案竞争文件，组织设计招标或　方案竞争，评定设计方案。　ｂ）进行勘察、设计，科研单位的资质审查。　优选勘察、设计、科研单位，签订合同和按合同　实施，并加强对实施过程的质量控制。　一７８一　中国新技术新产品　ｃ）设计方案审查。控制设计质量，审查设计　方案，以保证项目设计符合设计大纲要求，符合　国家有关工程建设的方针政策，符合现行设计　规范、标准，符合国情，＿Ｔ艺合理，技术先进，能　充分发挥工程项目的社会效益、经济效益、环境　效益。　ｄ）设计图纸的审核。设计图纸是设计工作　的成果，又是施工的直接依据。所以，设计阶段　的质量控制最终要体现在设计图纸的审核上。　施工图是对设备、设施、建筑物、管线等工程对　象的尺寸、布置、选材、构造、相互关系、施工及　安装质量要求的详细图纸和说明，是指导施工　的直接依据，也是设计阶段质量控制的重点。审　查重点是使用功能是否满足质量目标和水平。　（２）业主对施工的质量管理　业主在施工阶段的质量控制主要在以下几　方面：　ａ）确定工程质量控制流程中主动控制影响　质量的因素（包括人员、材料、机具、设备、施工　顺序和方法等）。工程质量控制流程确定后，进　一步完善质量监督组织，如业主可设质量管理　部门，直接负责监督监理和施工单位的质量行　为，并协调二者关系。　ｂ）胡好质量检验、落实检验方法。质量检验　方法包括：操作者的自检、班组内的互检，各工　序间的交接检，质检员的巡检，以及业主、监理、　设计及政府质量监督部门的检查。　ｃ）对分部工程、隐蔽工程组织验收。对不同　类型的分部工程和隐蔽工程，应及时组织有关　部门进行检验。不同类型的分部工程因工程内　容不一，质量检验评定标准也不同，应严格按照　国家标准、部颁标准和行业标准组织验收。　ｄ）审查质量问题（事故）报告，参与现场质　量监督会议。当施工中出现质量问题，应及时引　起重视，防止诱发重大的质量事故，组织专人调　查分析原因及特点，并审查监理、施工单位填写　的工程问题（事故）报告单及处理方案报审单。　结语　建设工程质量安全关系到人民群众的切实　利益，以建设单位为首的建设工程各参建方应　本着对国家、对人民高度负责的态度，积极采取　切实有效的措施，狠抓工程质量管理各项工作　的落实，杜绝质量安全事故发生、为全面提高建　设工程质量水平、促进建筑业健康有序发展做　出积极贡献。　参考文献　『１１王一飞．对工程项目重要环节和关键部位管理　的几点思考口咽．四川：四川建筑，２００７（２）：１５６．　『２Ｉ陈长春．试论项目成本管理在工程施工中的应　用『Ｍｊ．广东：广东利坡，２００６（４）：１７８－７９．　『３１任有保香港西铁ＣＣ２１３项目质量管理［Ｍ］．　北京：施工技术，２００９（５）：９２－９４．　ｆ４】李玉琳，廉慧珍．加强施工质量的过程控制［ＭＩ．　北京：建筑技术，２００９＠：４２９－４３３．　ｆ５】赵挺生．现存建筑物可靠性评价【【ｊ】．建筑结构，　１９９８（１Ｏ）：４１—４５．　［６１余立中．大型项目建设“独立第三方综合考评”　制度和模型的研究与实践Ⅱ】．建筑经济，２００５　（２７４）：３９－４１．

　工程技术　：』蔓　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　在恒热流条件下，利用线热源解析模型可　得到流体平均水温　随时间的变化：　＝　＋　＋　［警）（１）　其中　为孔壁平均温度（ｑＣ）；　为土壤原　始温度（℃）；Ｑ为换热孑Ｌ热量？；Ｌ为换热孔深　度㈤；　为孔内热阻（Ｑ）；３－为岩土导热系数，ｓ　硒　ｆｍＫ）；　ｃ　为体积比热；　（　为指数积分函　数。平均水温　定义为换热器进口温度　与　换热器进口温度　，的平均值。　（２）柱热源解析模型。在恒热流条件下，利　用柱热源解析模型可得到流体平均水温　，随　时间的变化：　＝　＋譬　＋　其中Ｇ函数计算见文献。　（３）Ｅ维数值模型。三维数值模型不但非常　复杂，包括管内流动方程、能量方程和固体区域　导热方程，而且其求解对专业知识要求较高。　２．２计算模型比较分析　（１）采用线热源模型和柱热源模型处理数　据，包括导热系数、体积比热以及孔内热阻３个　未知数；采用三维数值模型，则只包括导热系　数，体积比热２个未知数。　（２）求解以上参数的基本思路：　①假设未知参数；　②采用模型计算平均水温；　③计算平据水温计算值与实测值的误差　，　、２　△＝∑　十算一　供测Ｊ』…，　，　。　Ｊ　。，～，　ｉ＝１　．　，　④△若最小（量限制？），计算可以终止；否　则返回①步。　（３）采用三种模型计算岩土热物性参数的精　度目前尚无普遍结论。三维数值模型理论上最　准确，但计算复杂，计算时间长，并且要注意传　热反问题数值求解的不适定性，目前应用并不　普遍。柱热源解析模型和线热源解析模型目前　应用较多，特别是线热源解析模型应用最为广　泛。　我们自主研发的热响应测试装置进行热响　应测试后，沿用了线热源解析模型进行热物性　参数计算。同时也正在积极进行对换热器性能　预测有较高准确性的地下换热器一维非稳态数　值模型简化模型）的研究，并用进行热物性参数　的估计。　３几个问题的讨论　３．１关于测试时间　测试至少应在钻孔完成后２天进行，尽量　消除施＿Ｔ对测试的干扰。若采用水泥回填，凉孔　时间最好１０天以上，因为水泥有一个缓慢的放　热过程。　由于线热源解析模型在测试初期的准确性　较差，一般１０小时以前模型计算值与测试值符　合性不很理想，因此，正式测试时间应连续进行　４８小时，同时，测试前期１０小时的数据最好不　参与计算。　若测试中途因故障停机（如停电，或有的工　程柴油发电机停机），测试数据的持续时问长度　不够，可能造成计算结果出现偏差。因此，有必　要研究能准确进行短步长的计算模型，可以大　大缩短测试时间，节约测试成本。　３．２关于恒热流条件　由于线热源解析模型和柱热源解析模型　使用的前提必须是恒热流条件。如果测试条　件发生变化（如电压波动或流量变动等）都会　因计算前提不满足，而造成计算模型的不适　用，其结果必然是要么换孔测试，要么等其恢　复到原始状态再测，需要更长时间。如果计算　模型能在变热流条件下进行比较准确的计　算，则对测试条件和工况降低了限制要求，既　可以减低因测试时间过长出现的诸多不可预　料的不利因素的影响的可能性，又可以降低　测试成本。这也正是开发组研究简化数值模　型的目的所在。　３３关于恒温测试法　目前有人提出了一种恒温测试法。该方法　控制进水温度和流量在某一定值，待运行“稳　定”（４８～７２小时）以后测出单位深度换热量。该　方法可不求导热系数以及体积比热。而在进行　地源热泵长期（１～３０年）运行性能预测时，需要　导热系数以及体积比热而不是单位深度换热　量，恒温测试法无法准确计算导热系数和体积　比热，导致此方法具有很大的局限性。　３．４关于单位深度换热量　有些设计院和业主并非完全理解地下换热　器设计所需参数的测试条件和使用条件，而仅　要求测试单位提供单位深度换热量，并以此为　依据设计换热孔深度和数量，其设计结果并不　符合热泵制冷机组实际运行环境。由于热响应　测试一般是进行单孑Ｌ试验，获得的参数不可能　反映孔群效应；另外，单孔试验换热量是在特定　测试条件下获得，这个条件不一定符合热泵制　冷机组的运行条件，我们曾进行过放热测试（电　加热），“稳定”换热量为５Ｏｗ／ｍ，但ｕ型管出水　温度却达到３７￣Ｃ，以此换热量来设计地下换热　器明显不符合机组高效运行条件，因此单孔换　热量不能作为设计孔群的依据。　４结语　４ｌ目前计算岩土热物性参数的线热源解　析模型和柱热源解析模型均是在恒热流前提下　适用，三维数值模型理论上比较准确，但仍受输　人参数的影响，因此有必要进行新的或简化计　算模型的研究；　４２为消除施工过程的干扰，热响应测试至　少应在钻孔完成后２天进行，同时正式测试时　间应连续进行４８小时，并且测试前期１０小时　的数据不参与计算；　４＿３恒温测试法虽减低了测试条件和缩短　了测试时间，但不无法确定地源热泵长期（１～３０　年１ｉ垂行性能预测所需要的导热系数以及体积比　热，导致此方法具有很大的局限性；　４．４由于目前热响应测试是进行单孔试验，　获得的参数不可能反映孔群效应，测试环境与　热泵制冷机组的运行条件有一定的差距，因此　单孔换热量不能作为设计孔群的依据。　热响应测试是地源热泵工程应用的基础工　作，具有重要意义。目前仍需要对其计算模型、　测试方法及装置进行研究。　参考文献　［１］《地源热泵系统工程技术规范》（ＧＢ　５０３６６２—２００５），［Ｓ１．　［２］Ｍｏｇｅｎｓｅｎ　Ｐ．Ｆｌｕｉｄ　ｔｏ　ｄｕｃｔ　ｗａｌｌ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓ—　ｆｅｒ　ｉｎ　ｄｕｃｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈｅａｔ　ｓｔｏｒａｇｅｓ【ＡＪ．Ｐｒｏｃｅｅｄ—　ｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｕｂ—　ｓｕｒｆａｃｅ　Ｈｅａｔ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ｉａ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　【ｑ．Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ，１９８３．６５２—６５７　［３］ＡｕｓｔｉｒｒＷ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ【Ｄ】．　ＵＳＡ，Ｏｋｌａｈｏｍａ：Ｏｋｌａｈｏｍａ　Ｓｔａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　１９９８．　马志同．浅层岩土热物性参教测量仪的研制　【ＤＪ．北京：中国地质大学，２００６．　【５ｊ王书中，由世俊，张光平．热响应测试在土壤　热交换器设计中的应用Ⅱ】．太阳能学报，２００７，２８　（４）：４０５—４０９．　［６］周亚素．土壤导热系数的现场测试方法ｏ】．东华　大学学报（自然科学　叛），２００８，３４（４）：４８２—４８５．　【７】于明志，方肇洪．现场测量深层岩土热物性方　法Ｄ】．工程热物理学报，２００２，２３（３）：３５４—３５６．　［８］施恂根，苏华，黄练红等．岩土热响应测试系　统的研究与开发．节能技术，２００９，４：３８３—３８６．　『９］楼洪波，尹恒，许有师．浅层地热能冷热响应测　试仪及试验数据分析『Ａ］．地温资源与地源热泵　技术应用论文集（ｇ－集）［Ｃ］．北京：地质出版社，　２００８】２６一】３０．　中国新技术新产品　

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