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规范中岩土初始平均温度测试方法的讨论

时间:2011-01-04 19:23来源:未知 作者:冲锋 点击:
重庆大学 贾 宇 李百战 丁 勇 单金龙 摘要:通过对当前规范中规定的岩土初始平均温度测试方法进行的实验对比分析表明,由于受到可能的地表温度波动的影响,在满足规范要求的情况

重庆大学 贾 宇 李百战 丁 勇 单金龙
摘要:通过对当前规范中规定的岩土初始平均温度测试方法进行的实验对比分析表明,由于受到可能的地表温度波动的影响,在满足规范要求的情况下仍然可能产生较大的测试误差。通过对地下岩土进行合理分层,对规范中初始平均温度的计算方法稍作改良,分别计算各层的平均温度后,再进行加权平均值的计算,从而获得了平均岩土温度。可以达到既不增加投资,又能提高测试精度的效果。
关键词:地源热泵 岩土初始平均温度 实验对比 测试方法

Discussion about the Test Methods of Ground Initial Average Temperature with Requirements of Normative Standard
Abstract: Because of possibility of temperature fluctuations in ground surface, experimental comparative analysis demonstrated much deviation in the ground initial average temperature testing, although everything is in accordance with requirements of normative standard. If underground rock can be divided different layer rationally and the calculation of initial average temperature can be adjusted slightly,not only it cannot increase investment, but also improve the accuracy of test results.
Keywords: ground-source heat pump; ground initial average temperature; experimental comparative analysis; test method
地埋管地源热泵技术由于其节能和环保的优势正在我国得到迅速推广应用,随着地埋管地源热泵系统研究和应用的不断深入,如何正确获得岩土热物性参数,并用来指导地源热泵系统的设计,成为越来越受到重视的课题。《地源热泵系统工程技术规范2009年版》(GB 50366—2005) 修订增加了岩土热响应试验方法及相关内容,对如何正确获得岩土热物性参数,如何用来指导地源热泵系统的设计,已经做了比较明确的规定和约束,进一步提高了地埋管地源热泵系统的设计和应用水平。

1.岩土平均温度
地埋管式地源热泵系统主要是通过地下换热器的管内流体与周围的岩土之间进行传热,可以说岩土和换热管内流体的温差是传热的动力。了解地工程当地的岩土温度,及其温的变化特性与的是进行工程设计,地下传热分析的基础,因此无论在科研中还是工程上,在有关地下换热器的分析中,都是非常重要的参数,因此对当地岩土温度的精确表述非常重要。但是影响到岩土温度分布的因素很多,如大气温度、地表面风速、太阳辐射、地表面长波辐射、空气湿度、降雨量、地表面植被覆盖状况、地下岩土结构及物理性质,以至于地壳内部的热传导等等,使获得精确的岩土温度非常复杂。
工程上的地埋管的深度一般是60~100m,考虑到地埋管与岩土的换热特点,为了简化测试和计算,常常是在深度方向上取一个平均的地层温度来描述地下岩土的温度特性[1]。《地源热泵系统工程技术规范(2009年版)》中对地下岩土初始平均温度的测试方法做了如下的规定:岩土初始平均温度的测试应采用布置温度传感器的方法。测点的布置宜在地埋管换热器埋设深度范围内,且间隔不宜大于10m;以各测点实测温度的算数平均值作为岩土初始平均温度[2]。规范也对测试持续时间做了规定,岩土热响应实验应连续不间断,持续时间不宜少于48h[2]。
虽然规范中对岩土平均温度的测试方法已经做了比较详细的表述,但是在实际的操作中,即使完全按照规范附录C.3.4的条目操作,依然存在许多足以影响测试结果准确性的因素。以下就依照规范中规定的测试方法,结合重庆大学热泵实验室的一些实验数据做些讨论。

2.测试系统
测试系统是重庆大学地源热泵实验室实验台,在岩土温度的测试前,本实验台停用了4个月以上,地下的热交换已经充分平衡,可以反映真实的岩土初始温度。本实验台分别在离地表0.5m、2.5m、4.5m、9.5m、14.5m、24.5m、44.5m、64.5m等8个深度的地埋管换热器供回水管管壁上设有热电偶测温点,共计32个。每个深度的温度,由4个同深度测点温度的平均值获得。详见图1。

图1 测试井测点布置示意图
3.岩土初始平均温度的测试
我们将连续两周对岩土温度分布的测试数据整理成变化曲线,如图2。[3]

图2 2008年6月原始地温分布情况
从08年的6月份原始地温分布情况可以看出,10m以上土壤原始温度受气温的变化存在较明显的变化,在10m以下,土壤温度基本稳定在19~20℃。
按照规范规定的方法,我们对岩土初始平均温度进行计算分析。规范要求测点的布置宜在地埋管换热器埋设的深度范围内,且间隔不宜大于10m [2]。本实验井在24m以下的深度范围,温度传感器的间距已经大于要求的10m,但是由于在10m深度以下,岩土温度的变化小,故我们将24.5m以下的缺失的34.5m,54.5m两个应有测点的温度,以他们相邻两个测点的平均温度代替,以后的分析将看出,这种假设对本论文的讨论不存在影响。 (责任编辑:冲锋)

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