岩土热响应研究测试报告
天津大学环境学院
2010年11月21日
岩土热响应研究测试报告
测试人员：
编制人：
审核人：
测试单位：天津大学环境学院
报告时间： 2010年11月21日
目录
一、项目概况 (2)
二、地埋管换热器钻孔记录 (2)
2.1钻孔设备 (2)
2.2钻孔记录 (3)
三、测试目的与设备 (4)
四、测试原理与方法 (4)
4.1岩土初始温度测试 (4)
4.2地埋管换热器换热能力测试 (5)
五、测试结果与分析 (6)
5.1 测试现场布置 (6)
5.2 测试时间 (6)
5.3 夏季工况测试 (6)
5.4 冬季工况测试 (8)
5.5 稳定热流测试 (10)
5.6 测试结果 (12)
5.7 结果分析 (12)
一、项目概况
建设单位：河北省电力研究院
建设地点：石家庄
建筑规模：建筑面积3.6万平方米
工程名称：地源热泵系统地埋管换热器岩土热响应试验工程
工程总体工作量：根据本工程特点和场地范围内的岩土层物理、力学性质，地源热泵地埋管换热器地热响应埋管测试采用双U竖直埋管形式，GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》（2009年版）中，对地源热泵系统的前期勘察测试工作做了补充规定：3000～5000m2宜进行测试，5000m2以上应进行测试，10000m2以上测试孔数量不应少于2个。本工程根据实际状况，在场区内测试钻孔2个，具体位置由建设单位会同设计院现场确定，实际测试孔参数如下：1）A孔：双U管 DN32，孔径298mm，钻孔深度为自然地面以下92.5米，采用膨润土、细沙与原浆混合比例为1:3:3作回填材料回填。
2) B孔：双U管DN32，孔径300mm，钻孔深度为自然地面以下92.8米，采用原浆与细砂混合物回填材料回填。
工作量范围：
1）地埋管换热器钻孔施工；
2）地埋管换热器埋管施工；
3）实验测试；
4）撰写测试报告，提供设计院图纸设计所需的测试报告等资料。
二、地埋管换热器钻孔记录
2.1钻孔设备
地埋管换热器钻孔设备采用TB50型反循环打井机械设备（5吨型打井设备），主机使用电机功率7.5kW，大泵功率7.5～13kW，泥浆泵功率7.5kW，排泥浆泵功率为3kW，钻孔设备实物如图1所示。
图1 钻孔设备实物图
2.2钻孔记录
1）A孔
钻孔日期为2010年10月10日～2010年10月11日，钻孔直径为298mm，孔深92.5m。下表为A孔的钻孔记录。
表1 A孔的钻孔记录表
时间地层深度（m）岩土特性描述地层厚度(m) 7:30～8:30 0～28 20m出现一个硬层28
8:30～10:00 28～49 49m开始卵石层49
10:00～15:00 49～52 卵石层52
15:00～18:00 52～58 粗砂层58
18:00～19:30 58～62 泥沙层62
19:30～22:40 62～83卵石层和泥沙层83
22:40～0:2083～90 卵石层和泥沙层90
2:00～9:1590～92.5 卵石层92.5
垂直地埋管换热器插入钻孔前，应做第一次水压试验，2010年10月11日6:30开始打压，压力为1.6MPa，稳压6小时，无泄漏现象。2010年10月11日上午10:00开始洗井，下午13:00结束，洗井完毕后，将垂直地埋管换热器插入钻孔（简称下管），14：30下管完毕，对其进行打压，压力为1.6MPa，稳压20min，无泄漏现象，15:00采用膨润土、细沙与原浆混合比例为1:3:3作回填材料回填，16:00回填完毕，但在回填的过程中，因为膨胀土膨胀、粘稠，回填材料填的不是很充足。
2）B孔
B孔钻孔工作开始于2010年10月12日7:00,18:10停止钻孔，钻孔深度为93.5m，由于操作人员的疏忽，在从钻孔中提出钻杆的过程中将11根钻杆掉到所打的钻孔中（每根钻杆2.7m），经过和设计单位协商，将钻孔B的位置定于原位置正西5m处。钻孔日期为2010年10月13日～2010年10月14日，钻孔直径为300mm，孔深92.8m。下表为B孔的钻孔记录。
表2 B孔的钻孔记录表
时间地层厚度（m）岩土特性描述地层厚度(m)
10:50～12:30 0～28 黄土层28
12:30～13:20 28～33 夹杂大颗粒沙子的硬土33
13:20～15:40 33～48 一层软一层硬的泥沙层48
15:40～22:50 48～71 泥土层71
18:00～19:30 71～82 泥沙层82
5:30～7:10 82～92.8 卵石层和泥沙层92.8
垂直地埋管换热器插入钻孔前，做第一次水压试验，2010年10月12日9:20开始打压，压力为1.6MPa，稳压5小时，无泄漏现象。2010年10月14日7:30开始洗井， 8:30洗井结束，8:40开始下管，9:20下管完毕，对其进行打压，压力为1.6MPa，稳压25min，无泄漏现象，9:45开始回填，采用原浆与细砂混合物回填材料回填，10:50回填完毕。
三、测试目的与设备
通过本次测试，获得埋管区域内土壤综合初始地温、埋管与岩土体的实际换热能力，为地源热泵系统的设计提供依据。
地源热泵模拟工况条件的设备由恒温加热水箱（变频控制）、风冷制冷机组（变频控制，电子膨胀阀）、水泵、流量调节阀、流量计、温度传感器、压力传感器、温度采集仪及监测、记录仪表组成，可用来模拟夏季排热工况和冬季取热工况。系统运行稳定：地埋管内流量、供水温度依据设计要求可手工调节设定，供水温度通过自动控制系统保持恒定，误差为±0.2℃；加热器与压缩机可双工况同时运行，自动起停，也可手动操作。试验采用计算机数据采集，每隔5秒钟采集一次数据，自动存储数据。系统流程如图2所示，测试系统实物图如图3所示。
图2 测试系统流程图
图3 测试系统实物图
四、测试原理与方法
4.1岩土初始温度测试
在众多的设计参数之中，被认为最容易测定也是最容易被忽略的就是岩土初
始平均温度。众所周知，温差是热量传递的驱动。对于地源热泵的地埋管换热系统，地埋管换热器的平均温度与岩土平均温度的温差是热量传递的驱动力。因此，做好岩土初始平均温度的测定工作对于地埋管换热器的设计非常重要。《规范》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。测定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术平均值作为岩土初始平均温度。
本测试工程采用垂直布置温度传感器法，沿PE管外部深度方向上布置温度传感器PT100，通过实时监测温度传感器的监测数据，确定不同深度地层的温度，最终以所测的不同深度地层的温度的算术平均值最为岩土初始温度。A孔孔深92.5m，从井底自上共布置温度传感器10个，间隔为10m。B孔孔深92.8m，从井底自上共布置温度传感器12个，间隔为8m。温度传感器的布置图如图4所示。使用安捷伦数据采集仪作为二次测温元件，通过RS232数据连接线与笔记本电脑连接，笔记本电脑将自动采集数据，每30秒采集一次数据，数据采集实物图如图５所示。
图4 温度传感器布置图
图5 数据采集实物图
4.2地埋管换热器换热能力测试
对地源热泵系统地埋管换热器换热能力的测试有两种方式，一种是稳定热流模拟实验（简称恒流法），另一种是稳定工况模拟实验（简称恒温法）。
稳定热流模拟试验，也称为“热响应测试”或“岩土热物性测试”，采用电加热器（或制冷机）提供稳定热量（或冷量），记录地埋管换热器的温度响应情况，并利用模型计算岩土热物性情况。该方法的优点是：测试设备结构简单；相关理论研究成果多，理论依据充分。缺点：传热模型存在适应性问题，假设条件与实际地质情况差距较大；需要多次模型计算，增加误差累计；计算具有较强专业性，掌握程度不同等。
稳定工况模拟实验，也称为“冷、热响应测试”，采用风冷热泵建立稳定的地埋管换热器运行工况，也可计算岩土体热物性参数，并直观获得地埋管换热器每延米换热量，也用于计算地埋管换热器的综合传热系数。该方法的优点是：优点：测试结果直观；设计结果可校核。缺点:相关理论研究成果较少，忽略管井
间热干扰和非稳态传热因素；测试设备复杂等。
综合考虑，本测试工程采用稳定工况法，稳定工况测试示意图如图6所示，表3为稳定工况的测试参数。为了进一步探寻岩土热响应方法对实际换热能力的影响，对B孔的测试，采用了稳定工况法和稳定热流法两种方式，并将二者的测试结果进行深层次的探讨，为地埋管的设计和施工提供更可靠的指导。
图6 稳定工况示意图
表3 稳定工况测试参数表
流量（m3/h）总传热量（kW）工况试验供水温度（℃）回水温度
(℃)
模拟夏季工况放热33 — 1.8-2.0 —
模拟冬季工况取热 5 — 1.8-2.0 —
五、测试结果与分析
5.1 测试现场布置
测试工作中，一个工况的测试至少要连续运行48小时，为了保证测试工作的顺利进行，搭建了帐篷作为遮挡棚，在遮挡棚内进行相关的测试工作，帐篷的四个侧面可以完全打开和关闭，以便制冷机组的通风散热。现场的布置图如下图7所示。
图7 测试现场布置图
5.2 测试时间
测试时间及与之相应的测试工作见表4
表4 测试工作时间表
测试内容测试时间测试时长/小时A孔夏季工况的模拟测试10月14日～10月17日75
A孔冬季工况的模拟测试10月18日～10月22日100
B孔加热功率为3.6kW模拟测试10月23日～10月27日90 B孔夏季工况的模拟测试10月27日～10月29日56
B孔冬季工况的模拟测试 11月5日～11月8日74
B孔加热功率为8.4kW模拟测试11月11日～11月14日75
5.3 夏季工况测试
夏季工况测试的是热泵系统夏天热泵制冷工况：空调系统通过制冷设备把各
房间的热量抽取出来，通过地埋管换热器排向地下土壤。测量地埋管在夏天的散热功率，就是根据地源热泵设备运行的标准工况所对应冷凝温度的冷凝器出水温度，拟定某流量进行模拟运行试验实测值。测试试验持续运行，直至回水温度与地埋管换热器的换热量趋于稳定，近似不再变化。
1) 测试结果
循环水在地埋管中的进出口温差和传热量是由地埋PE管和水平连接管换热作用的结果。由于在水平地面上的水平连接管较短并且用保温材料对其进行保温。所以其对换热的效果影响较小，可近似的忽略。
a) A孔夏季工况
图8、9、10分别为A孔供回水温度、换热量、流量随时间变化图。如图8所示，供水温度在运行5～6个小时后已经趋于稳定，温度在32.8±0.3℃范围内波动，而图8、9显示，A井夏季排热工况的模拟在运行50多个小时后趋于稳定，最后20个小时内变化很小，达到稳定的状态，由此可见，地下换热达到相对稳定的时间要远远长于供水温度达到稳定的时间。如图10所示，测试期间流量一直稳定在1.8-1.95m3/h期间，达到测试要求标准1.8-2.0m3/h。通过计算供水温度在最后稳定的12小时内平均温度为32.76℃，回水温度均值为30.65℃，供回水温度差为2.11℃，平均换热量均值为4.62kW。
图8 A孔供回水温度随时间变化图
图9 A孔换热量随时间变化图
图10 A孔流量随时间变化图
b) B孔夏季工况
图11、12、13所示的分别为B孔供回水温度、换热量、流量随时间变化图。如上图10和下图13是Ａ、Ｂ孔流量随时间变化图，图中显示流量在所要求的1.8-2.0 m3/h的范围内波动，此B孔夏季工况测试是在做完恒热流3.6kW工况,供水温度升至28℃后，直接进行夏季稳定工况测试的，下图11明显示出供水温度只需要2～3小时，根据图8、9所示，B井夏季取热工况的模拟在运行11～12小时后就趋于稳定，因为经过恒热流工况后，地下的传热在供水温度28℃时，已经达到一个动态的平衡，当供水温度升至33℃左右时，地下传热建立新的平衡时间就较短。如图13所示，测试期间B井流量一直稳定在1.85-2.0m3/h期间，
达到测试要求标准1.8-2.0m3/h。通过计算供水温度在最后稳定的12小时内平均温度为33.22℃，回水温度均值为31.03℃，供回水温差为2.19℃，换热量均值为4.92kW。
图11 B孔供回水温度随时间变化图
图12 B孔换热量随时间变化图
图13 B孔流量随时间变化图
c) 夏季工况总结
将Ａ、Ｂ两孔的夏季工况测试结果进行汇总，汇总结果见下表5。
表5 夏季工况测试结果汇总表
钻孔标号供水温度
（℃）回水温度
（℃）
流量
（m3/h）
流速
（m/s）
温度波动
（℃）
总换热量（kW）
A孔32.76 30.65 1.881 0.58 ± 0.3 4.62 B孔33.22 31.03 1.927 0.59 ± 0.2 4.92
2) 地埋管换热器换热能力分析
根据测试数据，可计算两孔的单位深度换热量，计算结果见下表6所示。Ａ、Ｂ两孔的单位延米换热量分别为49.95W/m和53.02W/m。
表6 夏季工况单位延米换热量
钻孔标号供水温度（℃）回水温度（℃）孔深（m）单位延米换热量（W/m）A孔32.76 30.65 92.5 49.95
B孔33.22 31.03 92.8 53.02
5.4 冬季工况测试
冬季工况测试的是热泵系统冬季热泵的供热工况：取热试验应用于冬天的热泵供热工况。在冬天，地源热泵以地下岩土蓄热体作为热源，通过埋设的地埋管换热器从地下土壤层收取热量，再输送到各个房间。测量地埋管冬天的传热功率，就是根据地源热泵设备运行的标准工况所对应冷凝温度的冷凝器出水温度，拟定某流量进行模拟运行试验实测值。测试试验持续运行，直至回水温度与地埋管换热器的换热量趋于稳定，近似不再变化。
1) 测试结果
a) A孔冬季工况
图14、15、16分别为A孔冬季工况测试供回水温度、换热量、流量随时间变化图。图16显示了流量在1.8～1.95m3/h范围内波动，满足要求。供水温度同样是在运行5～6个小时后趋于稳定，温度在5±0.2℃范围内波动，而图14、15显示，A井冬季取热工况的模拟在运行50多个小时后趋于稳定，同夏季放热工况得到的结论相同：供水温度达到稳定的时间要远远小于地下换热达到稳定的时间。供水温度在最后稳定的12小时内平均温度为 5.07℃，回水温度均值为6.44℃，供回水温差为1.37℃，换热量均值为2.99kW。
图14 A孔供回水温度随时间变化图
图15 A孔换热量随时间变化图
图16 A孔流量随时间变化图
b) B孔冬季工况
图11、12、13所示的分别为B孔供回水温度、换热量、流量随时间变化图。图19亦显示流量在所要求的1.8-2.0 m3/h的范围内波动。通过计算供水温度在最后稳定的12小时内平均温度为4.87℃，回水温度均值为6.13℃，供回水温差为1.26℃，换热量均值为2.86kW。
图17 A孔供回水温度随时间变化图
图18 B孔换热量随时间变化图
图19 B孔流量随时间变化图
c) 冬季工况总结
将Ａ、Ｂ两孔的夏季工况测试结果进行汇总，汇总结果见下表7。
表7 冬季工况测试结果汇总表
钻孔标号供水温度
（℃）回水温度
（℃）
流量
（m3/h）
流速
（m/s）
温度波动
（℃）
总换热量（kW）
A孔 5.07 6.44 1.876 0.58 ± 0.2 2.99 B孔 4.87 6.13 1.945 0.60 ± 0.2 2.86
2) 地埋管换热器换热能力分析
根据测试数据，可计算两孔的单位深度换热量，计算结果见下表8所示。Ａ、Ｂ两孔的单位延米换热量分别为32.32W/m和30.82W/m。
表8 冬季工况单位延米换热量
钻孔标号供水温度（℃）回水温度（℃）孔深（m）单位延米换热量（W/m）A孔 5.07 6.44 92.5 32.32
B孔 4.87 6.13 92.8 30.82
5.5 稳定热流测试
稳定热流测试就是采用电加热器（或制冷机）提供稳定热量（或冷量），记录地埋管换热器的温度响应情况，并利用模型计算岩土热物性情况。本测试工程采用电加热器提供稳定热量，通过记录地埋管换热器供回水温度、流量等参数，利用线源模型来计算岩土的热物性参数。由于稳定热流测试属于辅助测试，所以本测试工程只对B孔使用该方法进行测试。
1）计算方法
用来估计地下土壤特性的方法通常有线源法、柱源法、参数估计法等。热响应测试数据处理最简单的方法是1996年EKL?F 和 GEHLIN提出的线源理论。即在一定的输入热量下，土壤热交换器周围的温度场可以描述为沿一线源温度与时间和半径的方程。测量土壤热交换器中流体的温度，得到流体和钻孔壁温的关系式：
(1)
流体温度随时间变化的函数式可以写为：
（2）通过计算温度与自然对数时间曲线斜率k可以得到温度的热响应规律：
(3)
式中，——流体温度，℃；——钻孔壁面温度，℃；——无干扰地温，℃；t——测试时间，s；r——钻孔半径，m；——单位井深释热量，W/m；
——热扩散率，m2/s；——钻孔热阻，K/W m；——土壤导热系数，W/m K。
2）加热功率为3.6kW测试结果
图19为加热功率为3.6kW时，稳定热流工况测试中，被测介质供、回水及计算的平均介质温度示意图。在最后稳定的12小时内，供水温度平均温度为27.84℃，回水温度均值为26.19℃，平均介质温度为27.02℃。
图19 B孔恒热流工况温度随时间变化图
下图20为加热功率为3.6kW时，稳定热流工况测试中，平均介质温度与自然对数时间拟合图，拟合后得到温度与对数时间的变化趋势T-ln(t)的斜率为k=1.9768。由上式（3）可得=1.586 W/m K。安捷伦数据采集器测得的无干扰地温=14.14℃，可计算出钻孔热阻=0.141 K/W m，热扩散率=0.867510-6m2/s，利用加热功率为3.6kW的数据和式（2）、（3）进行外推，当加热功率为5.5kW时，当工况模拟达到稳定是，平均介质温度为
33.04℃，加热功率为7kW时，稳定后平均介质温度为37℃，当加热功率为
8.4kW时，当工况模拟达到稳定是，平均介质温度为42.16℃。
图20 B孔恒热流工况温度随自然对数时间拟合图
3）加热功率为8.4kW测试结果
图21为加热功率为8.4kW时，稳定热流工况测试中，被测介质供、回水及计算的平均介质温度示意图。在最后稳定的12小时内，供水温度平均温度为44.22℃，回水温度均值为40.53℃，平均介质温度为42.40℃，与上推算出来加热功率为8.4kW是，平均介质温度42.16℃吻合，所以推算结果具有参考价值。
图21 B孔恒热流工况温度随时间变化图
4）恒流法测试结果汇总表
将恒温法所得的数据进行计算，利用外推法得到的结果汇总见表9，表9显示，由于进行测试的时间长短和温度波动进度要求不同，测试所得的数
据有很大的偏差。
表9 恒流法测试结果汇总表
孔号平均介质温
度/℃流量
m3/h
流速
m/s
温度波动
±℃
时间段
小时
总换热量(kW)
单位延米换热量(W/m)
B孔33.04 1.927 0.58 ±0.25 78-90 5.5/59.27
B孔35.26 1.927 0.58 ±0.65 38-50 7/75.4
5.6 测试结果
1) 加热功率3.6kW与8.4KW的实验结果相互验证，表明测试的再现性。对温度传感器PT100与PT500的校验精度，表明测试数据的准确性，所得测试数据的较小偏差，表明测试系统的稳定性。
2) 夏季测试工况中，A号孔具有的排热能力为49.95[W/延米]；B孔具有的排热能力为53.02[W/延米]。
3) 冬季模拟工况中，A孔具有的取热能力为32.32[W/延米]；B孔具有的取热能力为30.82 [W/延米]。
4) 测试地地下土壤物干扰地温为14.14℃，岩土体综合导热系数λ为1.586 W/m K。采用恒热流法进行相关的拟合，当加热功率为5.5kW稳定时，平均介质温度为33.04℃，采用恒流法要比恒温法得出的结果略大些，二者相差10%左右。
5.7 结果分析
1) 虽然A、B两钻孔的回填材料和回填量不同，但由于钻孔周围土壤塌陷，
A、B两钻孔夏季工况测试、冬季测试的偏差仅为6%和3%。
2) 现场钻孔时钻出来的地下泥浆含砂量较低，地下含沙量低则地下传热性能较差，因此所得的地下换热器换热能力比一般的经验值偏低，图22为地下泥浆图。
图22 地下泥浆图
3)采用恒流法要比恒温法得出的结果大10%左右的原因是：恒流法的计算模型的偏差。现有模型多采用现行热源模型，而实际情况应为柱状模型，据文献分析两者的计算偏差最大可达到14%左右。本实验的偏差为10%；
4) 恒温时间的影响：根据恒温曲线特征判断，恒温时间越长，温度越稳定，
则热流量越小。因此不同时段测取得数据回归的值是不同的，时段越长，λ值就越小，因此延米的取放热量值也就越小；本实验测量时间长于一般实验的50小时，温度稳定性能较高，由此获取的数据真实性较好；
5) 由于恒温法的数据客观准确，另外其监测的长期性特点，并可在使用过程中不断监测和控制地源井的使用状况，建议选用该方法测得的数据作为设计依据；
6)建议设计参考值问题：实际系统运行时，井的运行时段通常是间歇运行的，因此完全进入稳定时间段的情况不多，因此无需选取极限数据作为设计标准。为此建议测量数据的整理可给出两种参考值，以兼顾工程费用和实际运行的需求。
热工测试--简答题总 结
#1.检测仪表的组成及其作用？ 答：（1）传感器：感受被检测的变化并产生一个与被检测量成某种函数关系的输出信号；（2）变送器：将敏感元件输出信号变换成既保存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量的变量；（3）显示仪表：将测量信息转变成人感官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节；（4）传输通道：为各个环节的输入、输出信号提供通路。 #1-1. 检测及仪表在控制系统中起什么作用？两者的关系如何？ 答：任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，检测仪表控制系统结构如图所示。其中，检测指完成对各种被控参数测量 型的单元式组合仪表就是输出/ 的统一制式仪表。 #1-2.偏差式、零位式与微差式测量的工作原理和特点？ 答：偏差式测量：指在测量过程中，利用仪表指针相对于刻度线的位移来直接指示被测量的大小的方法，该类仪表测量方式直观，测量过程简单、迅速，但是测量精度较低；零位式测量：在测量过程中，用指零机构的零位指示，检测测量系统的平衡状态，通过比较被测量与已知标准量差值或相位，调节已知标准量大小，是两者达到完全平衡或全部抵消，从而得出测量值的大小；微差
式测量：综合了以上两种测量的优点，通过将被测量与已知标准量取得差值，再用偏差法测得此差值。 #2.热电偶测温原理（热电效应）? 答：两种不同的导体或半导体材料A和B所构成的回路，两个结点处的温度不同，则回路就会产生电流，也就是回路中存在电动势，这种现象叫做热电效应，也是热电偶测温的原理。 #3.热电极材料的要求？ 答：（1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，热电势和温度之间尽可能地呈线性函数关系；（2）能应用于较宽的温度范围，物化性能、热电特性都较稳定；（3）有较高的导电率和较低的电阻温度系数；（4）具有较好的工艺性能，便于成批生产；（5）具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。#4.热电偶冷端补偿的原因和方法？ 答：（1）热电偶的测温原理：E(T, T0) = E(T) - E(T0) ，只有T0稳定不变，才能测得T；（2）用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0 = 0；（3）在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0?C，而且也不恒定，因此将产生误差；（4）一般情况下，冷端温度均高于0?C，热电势偏小，应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。 方法：冰点法、热电势修正法、冷端补偿器法、补偿导线法。 #5.非标准型热电偶(特殊热电偶) 答：（1）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体；特点：热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；测量范围大；机械强度高，耐压性能好； (2) 钨铼热电偶一种较
石家庄地源测试项目岩土热响应研究测试报告 天津大学环境学院 2010年11月21日
石家庄地源测试项目 岩土热响应研究测试报告 测试人员： 编制人： 审核人： 测试单位：天津大学环境学院 报告时间： 2010年11月21日 目录 一、项目概况......................................................... 二、地埋管换热器钻孔记录............................................. 钻孔设备.............................................. 钻孔记录.............................................. 三、测试目的与设备................................................... 四、测试原理与方法................................................... 岩土初始温度测试...................................... 地埋管换热器换热能力测试.............................. 五、测试结果与分析................................................... 测试现场布置......................................... 测试时间............................................. 夏季工况测试......................................... 冬季工况测试......................................... 稳定热流测试.........................................
热电偶测温元件要与被测对象达到热平衡，因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶使用寿命，要求使用者不仅应具备仪表方面的操作技能，而且还应具有物理、化学及材料等多方面知识。 热电偶插入深度的影响：热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些(约为直径的15—20倍)，陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些(约为直径的10-15倍)。对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量，将不受上述限制，插入深度可以浅一些，具体数值应由实验确定。 热电偶响应时间的影响：而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；对于液体而言，最快也要在5min以上。对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热响应时间越短。测温元件热响应误差可通过下式确定[1]。Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—1) 式中t—测量时间S，Δθ—在t 时
土壤热响应测试 土壤热响应测试的主要目的是了解岩土体的基本物理性质，在此基础上，掌握岩土体的换热能力，为地源热泵系统设计人员结合建筑结构、负荷特点等设计系统优化方案提供基础数据，以保障系统长期运行的高效与节能。 如果物性参数不准确，则设计的系统可能不能满足负荷需要，也可能规模过大，从而大大增加初投资。国外学者Kavanaugh的研究结果表明，当地下岩土的导热系数或导温系数发生10%的偏差，则设计的地下埋管长度偏差为4.5%～5.8%。 目前土壤的导热特性主要有三种获得方式：利用简化模型数值计算、利用经验估算、做土壤热特性测试。单纯的按照简化模型计算往往误差过大；经验的估计值在方案分析阶段有一定的参考价值，但一直以来设计人员只能在某种土壤或岩石导热系数范围内保守取用较低值，导致设计钻孔的数量比实际需要的多，从而增加了项目投资成本；只有在地源热泵规划施工场所现场进行土壤热特性测试才能够获得完整和准确的土壤数据。 土壤热响应测试装备包括构件： 1. 试压、保压后的成井 2. 岩土热物性测试仪及其配套软件，由IGSHPA （国际地源热泵协会）推荐，美国原装进口 3. 数据采集仪：土壤导热能力测试数据采集记录仪HOBO FlexSmart Logger；目前采用HOBOware Pro version2.3.1，由美国Onset Computer Corporation 开发提供 4. 模拟量输入输出模块 5. 进出水温度、流量、电流、电压传感器 6. 电脑及其显示设备 7. 信号、电源连接线 8. 稳定的单相交流电源 现场测试装备总图
土壤热响应测试原理 如图所示，由于泵的作用，流体由A口进入，传感器采集信号。流体通过泵后，由电加热器加热，加热的流体温度信号由传感器采集，然后流体从B口流出，输入到埋置于深层岩土中的PE管内，导管内加热的流体与深层岩上进行热交换后，又从A口返回到仪器内，形成封闭的循环。将在一定时间内连续采集到的功率、温度等参数作为测量数据，再由线热源理论公式求出岩土的平均导热系数，继而对地埋管进行换热计算，达到检测目的。 数据输出通过专用程序软件来实现，将采集到的数据以特殊的格式存储在控制柜中的电脑里，也可转移到其他计算机中；根据所收集数据通过专业数据分析软件进行数据分析。 测试具体步骤 第一步，保证在整个试验过程中都必须有足够的电来供应，将实验平台与控制柜通电； 第二步，将适配器（测试设备的一种部件）安装在地下换热器上； 第三步，将准备好的绝缘软管与试验设备连接起来，将软管保温，避免受外界环境影响（如太阳下直射等因素），有必要用帐篷进行遮盖，以免影响试验效果。 第四步，通过注水管向试验系统中注水，保证系统运行的注水压力。 第五步，在将试验系统中的空气排尽后启动循环泵，当流速稳定趋于恒定后，开启电加热器，正式开始测试实验，进行数据采集。在数据采集过程中，必须保证电源的稳定，使数据能够连续不间断采集。采集数据包括：孔径、孔深、大地初始温度、连续测试时间的地下温度等。 第六步，数据采集时间：分别于08-3-3下午16时至08-3-4下午15时，共计23小时的时间连续对试验孔进行现场数据采集，在测试过程中每隔1.5分钟进行一次数据采集。开启电加热前后分别记录地下环路中水与土壤换热的数据情况。 如下图所示，为地下换热器内进出水温度随加热时间变化全过程曲线：曲线最后慢慢趋于稳定，可作为分析计算依据。
泰索温度测控工程技术中心 文件名称温度传感器热响应测试方法文件编号TS-QMSS-TW-026 制定部门中心实验室 生效日 期 2012.11.15 版本号A/0 工位或工序名称测试室 使用的工具、仪器、 设备或材料试验装置、干式炉、精密温度仪表、计时器、传感器 作 业 方 法 试验装置 示图注释： 2-固定托架；3-摆动气缸；4-旋转臂；5-直行气缸； 6-传感器夹持器；7-干式炉；11-导向堵头； 12-计时启动（位置）开关；26-被测传感器；27-温度显示仪表。1.温度传感器时间常数定义 温度传感器的时间常数是指被测介质温度从某一温度t0跃变到另一温度t x时，传感器测量端温度由起始温度t0上升到阶跃温度幅度值t n的63.2%所需的时间。热响应时间用τ表示。 2.测试和试验步骤 2.1将自控温管式电炉温度事先恒定在(建议：热电阻推荐300℃；热电偶推荐600℃)预定温度，待测样品安装在检定炉夹具上置于室温下等温30分钟以上（若传感器提前两小时放置在实验室，便不需要等温过程）。 2.2连接传感器与精密温度仪表测量线路，在将传感器置于温场前，接通电源，观察精密温度仪表显示的室温t s（t s=t0）并记录。 2.3提前计算以下有关数据 2.3.1阶跃温度（幅度）值:对于热电阻t n=300-t s；对于热电偶t n=600-t s。 2.3.2记时掐表温度值t＇=63.2%t n+ t s，对应时间为热响应时间τ。 2.4试验操作 2.4.1以上准备就绪，将温度显示仪表上限报警值设为：6 3.2%t n+ t s作为计时终止信号，以便自动的控制计时器工作。 2.4.2接通气源，按动摆动气缸电磁阀按钮，旋转臂摆动旋转至干式炉炉口上方（保持同一轴线），大约5秒后直行气缸电磁阀动作，将温度传感器垂直插入干式炉（深度大约180mm）。此时，计时开关已经打开并开始计时。 2.4.3注意观察精密温度仪表显示温度值迅速变化，待温度显示值达到报警值6 3.2%t n+ t s瞬间，报警常闭接点断开，此刻计时器当前示值即为实际时间常数τ。 2.4.4重复以上步骤，对逐个不同规格型号及编号的温度传感器进行试验，准确记录下对应数据，填写试验报告。 作业标准1.按不同类型传感器设置和恒定炉子试验温度。 2.按规定对被测样品在实验室进行等温和正确连接测量电路。 3.正确记录精密温度仪表显示的室温和计算试验所需数据。 4.严格按操作步骤进行试验作业，保持装炉和记时操作动作协调一致。 5.准确记录数据和填写试验报告。 备注温度传感器热响应测试驱动装置请参见该实验装置的详细说明书。
光电探测器光谱响应度的测量 光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。 一、实验目的 （1）加深对光谱响应概念的理解； （2）掌握光谱响应的测试方法； （3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 二、实验内容 （1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线； （2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 三、基本原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度()λV ?定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为 ()()() λλλP V V = ? （1－1） 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 ()()() λλλP I i = ? （1－2） 式中， P (λ)为波长为λ时的入射光功率；V (λ)为光电探测器在入射光功率P (λ)作用下的输出信号电压；I (λ)则为输出用电流表示的输出信号电流。为简写起见，()λV ?和()λi ?均可以用()λ?表示。但在具体计算时应区分()λV ?和()λi ?，显然，二者具有不同的单位。 通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V (λ)。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P (λ)需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光谱响应度为()λf ? 的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探 测器的电信号输出（例如为电压信号）()λf V 可得单色辐射功率()()()λλλ?=f V P ，再通过（1－1）式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用图1－2所示的实验装置。用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率P (λ)。 图1－2 光谱响应测试装置图 这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得P (λ)入射时的输出电压为()λf V 。若用 f ?表示热释电探测器的响应度，则显然有
地源热泵系统岩土热响应试验 地源热泵技术是绿色环保、节能高效的能源利用技术。地源热泵系统是一种利用地下浅层地热资源，既能供热又能制冷的环保型空调系统，通过输入少量的电能，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。结合相关规范，指出岩土热响应试验在地源热泵项目中应用的问题、岩土热响应试验方法及关键参数、钻孔内热阻和热扩散率的计算方法以及《规范》中地埋管换热器设计计算与热响应试验间的关系进行探讨。 标签：地源热泵;岩土;热响应试验 岩土热响应试验是地埋管地源热泵系统实施的前提，通过该试验可获得现场地质情况和岩土体热物性参数，用于指导地埋管换热系统的设计，目前该观点正逐步被业主和设计人员接受[1]。通过热响应试验，了解项目所在区域岩土的基本物理性质，在此基础上，掌握岩土体的换热能力，为地源热泵系统设计人员结合建筑结构、负荷特点等设计系统优化方案提供基础数据，以保障系统长期运行的高效与节能。 一、岩土热响应试验在地源热泵项目中应用的问题 近年来岩土热响应试验在实际地源热泵项目应用中仍存在一些问题，主要表现在以下几个方面。 （一）有些热响应测试单位技术力量不足，对热响应测试理论和《规范》的理解不充分，测试报告中仅给出导热系数和单位井深取放热量，忽略了热响应测试应得到的其他关键参数。甚至有设计者将恒热流测试时施加于地埋管换热器的电加热量直接作为地埋管换热器的设计放热量值[2]。 （二）为获得项目的设计地埋管换热器数量或地埋管换热器总长度，设计师常用单位井深取放热量作为设计依据[3]，未正确使用岩土热响应试验结果，使热响应试验仅成为界定设计责任的依据。 （三）不同项目中，地下岩土体热物性参数、地埋管换热器的设计进出口温度、系统运行时间等参数可能不同，设计人员普遍反映仅依靠单一的单位井深取放热量值无法找到合理的设计依据，无法根据不同的项目情况选择合理的设计参数，并计算合理的地埋管换热器数量[4]。 （四）地源热泵动态耦合计算理论体系不完善，仅依靠现有的一些地源热泵动态耦合设计软件，这类软件的使用对设计人员的要求很高，需要同时考虑建筑的动态负荷、地源热泵主机的动态性能、输配系统的动态性能、地埋管换热的动态变化。设计人员若能正确使用以上软件进行动态耦合设计，仅应用软件所花费的时间就会远长于地源热泵图纸的设计时间。
热分析实验报告 一、实验目的 了解热分析测试的原理，掌握一些相关的热分析信息。 能看懂热分析的基本信息图，会解一些基本的热分析图。 二、实验原理 1、热重分析仪的工作原理 热重分析仪主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。 最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。 2、影响热重分析的因素 （1）试样量和试样皿 热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。 试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。 （2）升温速率 升温速度越快，温度滞后越严重，如聚苯乙烯在N2中分解，当分解程度都取失重10％时，用1℃/min测定为357℃，用5℃/min测定为394℃相差37℃。升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水的一些中间物。
《中和反应反应热的测定》实验报告 班级姓名组别 [基础知识] 中和反应：酸和碱生成盐和水的反应。（放热反应）实质是酸电离产生的H + 和碱电离产生的 OH -结合生成难电离的H 2O 。强酸和强碱反应的离子方程式多数为H ++OH -＝H 2O 中和热：在稀溶液中，强酸和强碱发生中和反应，生成1mol 液态水时的反应热，叫中和热。 任何中和反应的中和热都相同。但是不同的中和反应，其反应热可能不同。 有弱酸弱碱参加的中和反应，生成1mol 液态水时的放出的热量小于57.3kJ,因为弱酸弱碱电 离时吸收热量。 一、实验目的 测定强酸与强碱反应的反应热。（热效应） 二、实验用品 大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、量筒(50mL)两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。 0.50mol/L 盐酸、0.55mol/LNaOH 溶液。 三、实验原理 1、0.50mol ·L －1盐酸和0.55mol ·L －1NaOH 溶液的密度都约为1g ·cm －3，所以50mL0.50mol ·L －1 盐酸的质量m 1=50g ，50mL0.55mol ·L －1NaOH 溶液的质量m 2=50g 。 2、中和后生成的溶液的比热容c=4.18J ·(g ·℃)－1，由此可以计算出0.50mol ·L －1盐酸与0.55mol ·L －1NaOH 溶液发生中和反应时放出的热量为（m 1+m 2）·c ·(t 2-t 1)=0.418(t 2-t 1)kJ 又因50mL0.50mol ·L －1盐酸中含有0.025molHCl ，0.025molHCl 与0.025molNaOH 发生中和反应，生成0.025molH 2O ，放出的热量是0.418（t 2-t 1）kJ ，所以生成1molH 2O 时放出的热量即中和热为△H=-025 .0) (418.012t t kJ/mol
XX省XX市学院片区地源热泵工程岩土热响应测试报告 XX省XX大学地源热泵研究所 二〇一四年五月
岩土热响应测试报告 一、工程概况 该项目为XX省XX市学院片区（XX市学院、新华苑）地源热泵工程，位于XX省省XX市市。本工程拟采用节能环保的土壤源热泵系统，作为空调系统的冷、热源。我所对该工程地埋管场地进行了深层岩土层热物性测试。本次试验进行了1个孔的测试。报告时间：5月10日～5月11日。 二、测试概要 1、测试目的 地埋管换热系统设计是地埋管地源热泵空调系统设计的重点，设计出现偏差可能导致系统运行效率降低甚至无法正常运行。拟通过地下岩土热物性测试并利用专业软件分析，获得地埋管区域基本的地质资料、岩土的热物性参数及测算的每延米地埋管换热孔的换热量，为地热换热器设计、换热孔钻凿施工工艺等提供必要的基本依据。 2、测试设备 本工程采用XX省建筑大学地源热泵研究所自主研制开发的型号为FZL-C（Ⅲ）型岩土热物性测试仪，如图1所示。该仪器已获得国家发明
专利（ZL 2008 1 0238160.4)。并已广泛应用于北京奥林匹克公园、网球场馆、济南奥体中心等一大批地源热泵工程中的岩土层热物性测试。见附件3。 3、测试依据 《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005 ( 2009年版)。 测试原理见附件2。 图1 FZL-C（Ⅲ）型岩土热物性测试仪 三、测试结果与分析 1、测试孔基本参数 表1 为测试孔的基本参数。 表1 测试孔基本参数 项目测试孔项目测试孔 钻孔深度（m）100 钻孔直径（mm）150
埋管形式双U型埋管材质PE管 埋管内径（mm）26 埋管外径（mm）32 钻孔回填材料细沙主要地质结构粘土与玄武岩 2、测试结果 测试结果见表2。循环水平均温度测试结果与计算结果对比见图2。测试数据见附件1。 初始温度：16.2℃； 导热系数：1.66W/m℃； 容积比热容：2.1×106J/m3℃。 3、结果分析 钻孔结果表明：该地埋管区域地质构造以粘土为主。具体地质构造见表2。测试结果表明：埋管区域的平均综合导热系数为1.66W/m℃，数值中等；平均容积比热为2.1×106J/m3℃，数值较大；岩土体平均初始温度16.2℃，数值偏低，有利于夏季向地下放热。
检测字（2013150）第002号 Serial No.RLSJJC-2013150-002 检测报告 TEST REPORT 检测项目：1050g/袋炒笋（条状）产品热穿透检测 委托单位：********* 委托单位联系人：******* 详细通讯地址：***** 邮政编码：******** 联系电话：****** 检测日期：2013年06月13日
附录二推荐热力杀菌规程RLSJJC-2013150-002 ********* ************* 产品信息（PRODUCT INFORMATION） 产品名称（Product name）炒笋（条状）（Fried Bamboo Shoots, Strip, No Liquid Added）产品净重（Net weight）1050g 包装尺寸（Packing size）300×230×25mm 包装形式（Container Type）软包装袋（Flexible Pouch） 加工方法（Processing method）卧式静止，使用托盘（Still(Horizontal, Perforated, Salver)）产品最终pH(Finished pH) 5.2 加热介质（Heating medium）侧喷淋水式(Water Spray) 关键因子（CRITICAL FACTORS） 填充方式（Fill method）机械填充（By Machine） 固形物最大厚度（Max. Thickness (particle size)）20mm 摆放后最大厚度（Thickness in retort）25mm 摆放方式（Container position in chain）水平摆放（Horizontal） 最大空气残留量（Max. res.air）160CC 最小控制压（Min Overpressure）0.18MPa 固体最大填充量（Max Weight (FILL)）1070g 说明NOTE： 1.本次检测是在正常生产，按照最大装罐量等关键因子的前提下进行的。 2.如蒸汽管道、产品规格、产品成分配比等条件或参数有变动时，应进行重新检测。
浅析热电偶的热响应时间 摘要：温度出现阶段变化时，热电偶的输出变化至相当于该阶段的某个规定百分数所需的时间称为热电偶的响应时间。测量热电偶的热响应时间比较复杂，不同的实验条件会有不同的测量结果，这是因为它受热电偶与周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短。 关键词：热电偶的结构尺寸热惰性热响应时间 工业用热电偶在温度出现阶段变化时，热电偶的输出变化至相当于该阶段的某个规定百分数所需的时间称为热电偶的响应时间。 热电偶在测量温度时，其插入到被测介质部分包括：保护管、绝缘管、空气隙、热电板等。它们都具有一定的热容量和热传导的电阻，所以当热电偶插入阶段变化的温度场中，热电偶指示的温度不会产生突然的变化，而是按指数规律逐渐上升或下降。这是因为热电偶首先要吸收热量使其温度升高，同时还要通过热传导将热量传递到热电偶的测量端，测量端受热后温度升高，热电偶回路才有热点势产生，仪表才能指示出温度来，这个过程需要一段时间，这就是热电偶的热惰性。由于热惰性的存在，热电偶插入被测介质后，其稳定的温度指示值不能立即指示出来，而是逐渐上升，直到测量端吸热放热达到平衡后，才能具有稳定的温度指示值。在热电偶插入被测介质后到指示值稳定以前的整个不稳定过程中，热电偶的瞬时指示值与稳定后的指示值存在偏差，这个偏差称热电偶动态响应误差。 理论和实践证明，热电偶的热惰性愈小则动态响应速度愈快，动态误差就愈小。所以热响应时间是表示热电偶动态响应快慢的一个重要性指标。 一、影响热电偶响应时间的因素有 1.材料不同，导热性能也不同，如金属保护管比瓷保护导热好，热惰性小，热电偶达到的稳定时间就短、即响应时间短。 2.热电偶的结构、尺寸。热电极、保护管的直径电极、保护管的直径愈粗，惰性愈大；管壁愈厚，惰性也愈大，这样热电偶达到稳定的时间就愈长，即响应时间长。 3.响应时间还随着工作状况的变化而不同，就是说相同结构的热电偶，在不同的热交换条件下，其响应时间是不同的。 二、热电偶的热响应时间测量 测量热电偶的热响应时间比较复杂，不同的实验条件会有不同的测量结果，这是因为它受热电偶与周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短。
xxxxxxX公司地埋管地源热泵岩土热响应试验及评价报告 XXXXXXXXXXX XXX X年X月X X日
目录 1. 工程概况....................................................... 2 . 2. 试验测试目的 .................................................. 2... 3. 场地气象条件、测试孔及地层条件简介 ............................. 3.. 4. 现场使用的岩土热物性测试仪器及测试方法简介 ..................... 4. 4.1 岩土热物性测试仪简介................................................................... 4.. . 4.2 测试过程简介................................................................... 6.. . 4.3 测试理论 .................................................... 7 . 5. 土壤的初始平均温度T 的测定..................................... 9.. 6．岩土比热容计算................................................................... 1.. 0. 7. 测试孔测试结果分析................................................................... 1.. 0 7.1 供电电压、循环液流流量、压力损失与加热时间的关系曲线 (10) 7.2 载热流体温度与加热时间的关系曲线 ............................ 1. 1 7.3 测试孔土壤平均热传导系数的确定 .............................. 1.2 7.4 测试孔钻孔热阻的计算................................................................... 1.. 3. 8. 场地浅层地热能换热量预测................................................................... 1..
#1.检测仪表的组成及其作用？ 答：（1）传感器：感受被检测的变化并产生一个与被检测量成某种函数关系的输出信号；（2）变送器：将敏感元件输出信号变换成既保存原始信号全部信息又更易于处理、传输及测量的变量；（3）显示仪表：将测量信息转变成人感官所能接受的形式，是实现人机对话的主要环节；（4）传输通道：为各个环节的输入、输出信号提供通路。 #1-1.检测及仪表在控制系统中起什么作用？两者的关系如何？ 答：任何一个工业控制系统都必然要应用一定的检测技术和相应的仪表单元，检测仪表控制系统结构如图所示。其中，检测指完成对各种被控参数测量的单元，如温度、压力、流量的测量等，包括直接检测方法和通过数据运算处理的见解检测方法；仪表通常涉及测量、记录、显示以及调节和执行单元，典型的单元式组合仪表就是输出/输入信号统一规定为4～20mA DC #1-2.偏差式、零位式与微差式测量的工作原理和特点？ 答：偏差式测量：指在测量过程中，利用仪表指针相对于刻度线的位移来直接指示被测量的大小的方法，该类仪表测量方式直观，测量过程简单、迅速，但是测量精度较低；零位式测量：在测量过程中，用指零机构的零位指示，检测测量系统的平衡状态，通过比较被测量与已知标准量差值或相位，调节已知标准量大小，是两者达到完全平衡或全部抵消，从而得出测量值的大小；微差式测量：综合了以上两种测量的优点，通过将被测量与已知标准量取得差值，再用偏差法测得此差值。 #2.热电偶测温原理（热电效应）? 答：两种不同的导体或半导体材料A和B所构成的回路，两个结点处的温度不同，则回路就会产生电流，也就是回路中存在电动势，这种现象叫做热电效应，也是热电偶测温的原理。 #3.热电极材料的要求？ 答：（1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，热电势和温度之间尽可能地呈线性函数关系；（2）能应用于较宽的温度范围，物化性能、热电特性都较稳定；（3）有较高的导电率和较低的电阻温度系数；（4）具有较好的工艺性能，便于成批生产；（5）具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。 #4.热电偶冷端补偿的原因和方法？ 答：（1）热电偶的测温原理：E(T,T0)=E(T)-E(T0)，只有T0稳定不变，才能测得T；（2）用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0；（3）在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0°C，而且也不恒定，因此将产生误差；（4）一般情况下，冷端温度均高于0°C，热电势偏小，应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。 方法：冰点法、热电势修正法、冷端补偿器法、补偿导线法。 #5.非标准型热电偶(特殊热电偶) 答：（1）铠装式热电偶（又称套管式热电偶）它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体；特点：热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；(2)钨铼热电偶一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。(3)快速反应薄膜热电偶(表面热电偶)特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。测温范围在300℃以下；反应时间仅为几ms。（4）薄膜式热电偶适用于壁面温度的快速测量，基板由云母或浸渍酚醛塑料片等材料做成。 #6.补偿导线的作用？ 答：①用廉价的补偿导线作为贵金属热电偶的延长导线，以节约贵金属热电偶；②将热
×××××××公司地埋管地源热泵岩土热响应试验及评价报告 ××××××××××× ××××年×月××日
目录 1.工程概况 (3) 2.试验测试目的 (3) 3.场地气象条件、测试孔及地层条件简介 (4) 4.现场使用的岩土热物性测试仪器及测试方法简介 (5) 4.1岩土热物性测试仪简介 (5) 4.2测试过程简介 (7) 4.3测试理论 (8) 的测定 (10) 5.土壤的初始平均温度T 6．岩土比热容计算 (11) 7.测试孔测试结果分析 (11) 7.1 供电电压、循环液流流量、压力损失与加热时间的关系曲线 (11) 7.2 载热流体温度与加热时间的关系曲线 (13) 7.3测试孔土壤平均热传导系数的确定 (13) 7.4测试孔钻孔热阻的计算 (14) 8.场地浅层地热能换热量预测 (15) 9.结论和建议 (17) 10.勘察资质证书和仪器校正证书 (18)
×××××××公司地埋管地源热泵 岩土热响应试验及评价报告 1. 工程概况 拟建项目位于××××××××××××××，主要由加工车间和办公楼组成，总建筑面积×××平方米，拟采用节能环保的地埋管地源热泵供热与制冷。 在进行地埋管地源热泵空调系统设计前在现场布设了一眼地埋管现场热响应试验钻孔，钻孔直径为150mm，深度为100m，埋设了Dn32单U形PE 管，×××××××××（勘测单位）对地埋管试验孔进行了现场热响应试验。 2. 试验测试目的 （1）通过试成孔和埋管，获得施工场地的地层分布知识，寻求合适的施工方法。 （2）通过现场测试及室内分析，提供满足设计施工所需的场地岩土热物性参数，确定岩土层换热能力，预测浅层地热能换热量。 （3）根据工程场区初始地温测试结果，综合考虑场区地形地貌、地层结构、地质构造等因素，给出建议地层平均初始温度。 （4）根据工程场区勘查测试成果，评价场区浅层地温资源状况。 （5）指出施工中和系统运行后应注意的事项。
岩土热响应测试在实际工程设计中的重要性 （浙江建筑科学设计研究院有限公司 浙江建科建筑节能科技有限公司浙江杭州310006） 摘要：鉴于地下岩土的复杂性和多样性, 在确定地下岩土热物性时宜尽量采用现场测试的方法。现场热响应测试是实施地源热泵工程的关键环节，介绍了测试方法的原理, 结合实际工程,获得了现场土壤原始温度、导热系数以及单U和双U管每延米孔深的放热参考值，测试数据为工程数据提供了依据。 关键词：热物性测试地源热泵地埋管换热量每延米换热量 一、前言 利用浅层地热能进行供暖、制冷，具有广阔的市场前景。设计地源热泵系统时，应准确测量地下土壤热物性参数，以便进行地埋管换热器设计。当地下土壤的热导率或热扩散率发生10%的偏差时，地下埋管设计长度偏差为4.5%-5.8%，将导致钻孔总深度的变化。由于钻孔的成本较高，因此必须准确的测量土壤的热物性参数。现场土壤热物性的测试，在初始地下温度场趋于基本一致的前提下，通过向地下输入恒定的热量，得到地下温度的热响应，通过温度的变化规律，来确定岩土的热物性。 二、现场热物性测试 热响应试验的系统组成示意图（图1），主要包括恒热流加热器、流量传感器、循环水泵数据采集系统等部分。基本测试过程如下：首先，将热响应试验测试仪的水路循环部分与待测埋地换热器相连接，形成一个闭式环路；然后，通过启动管道循环水泵，以驱动环路流体开始循环。待系统进出口温差为相近时，记录系统水温作为测试地点附近的岩土原始温度。并开始启动一定功率的电加热器来加热环路中的流体。随着埋地换热器进口水温的不断升高，其热量通过管壁与岩土之间的传热过程逐渐释放到地下岩土中，同时使岩土温度也逐渐开始升高，最终管内流体温度和岩土温度会维持在一种动态的热平衡状态。热平衡时间应该大于48小时整，在个流体加热循环过程中，通过计算机采集系统记录进/出温度、流量和加热功率等参数。
岩土热响应研究测试报告 天津大学环境学院 2010年11月21日
岩土热响应研究测试报告 测试人员： 编制人： 审核人： 测试单位：天津大学环境学院 报告时间： 2010年11月21日 目录 一、项目概况 (2) 二、地埋管换热器钻孔记录 (2) 2.1钻孔设备 (2) 2.2钻孔记录 (3) 三、测试目的与设备 (4) 四、测试原理与方法 (4) 4.1岩土初始温度测试 (4) 4.2地埋管换热器换热能力测试 (5) 五、测试结果与分析 (6) 5.1 测试现场布置 (6) 5.2 测试时间 (6) 5.3 夏季工况测试 (6) 5.4 冬季工况测试 (8) 5.5 稳定热流测试 (10) 5.6 测试结果 (12) 5.7 结果分析 (12)
一、项目概况 建设单位：河北省电力研究院 建设地点：石家庄 建筑规模：建筑面积3.6万平方米 工程名称：地源热泵系统地埋管换热器岩土热响应试验工程 工程总体工作量：根据本工程特点和场地范围内的岩土层物理、力学性质，地源热泵地埋管换热器地热响应埋管测试采用双U竖直埋管形式，GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》（2009年版）中，对地源热泵系统的前期勘察测试工作做了补充规定：3000～5000m2宜进行测试，5000m2以上应进行测试，10000m2以上测试孔数量不应少于2个。本工程根据实际状况，在场区内测试钻孔2个，具体位置由建设单位会同设计院现场确定，实际测试孔参数如下：1）A孔：双U管 DN32，孔径298mm，钻孔深度为自然地面以下92.5米，采用膨润土、细沙与原浆混合比例为1:3:3作回填材料回填。 2) B孔：双U管DN32，孔径300mm，钻孔深度为自然地面以下92.8米，采用原浆与细砂混合物回填材料回填。 工作量范围： 1）地埋管换热器钻孔施工； 2）地埋管换热器埋管施工； 3）实验测试； 4）撰写测试报告，提供设计院图纸设计所需的测试报告等资料。 二、地埋管换热器钻孔记录 2.1钻孔设备 地埋管换热器钻孔设备采用TB50型反循环打井机械设备（5吨型打井设备），主机使用电机功率7.5kW，大泵功率7.5～13kW，泥浆泵功率7.5kW，排泥浆泵功率为3kW，钻孔设备实物如图1所示。 图1 钻孔设备实物图
石家庄文化园 岩土热响应试验报告 河北省地矿局第三水文工程地质大队河北省地热资源开发研究所 2011年11月
目录 1、概况 (2) 2、主要规范、标准 (2) 3、试验目的 (2) 4、试验原理 (3) 5、成孔及地层情况 (4) 6、试验内容及结果分析 (6) 7、结论 (11)
1、概况 测试时间：2011年8-9月、11月 测试地点：位于石家庄 测试对象：针对3个试验孔进行岩土热响应试验。试验孔及埋管参数见下表： 1#孔2#孔3#孔 钻孔深度120m116m104m 孔径150mm110mm110mm 下管深度120m116m104m 埋管形式双U型单U型单U型 管材 De32 HDPE100 De32 HDPE100 De32 HDPE100 回填材料岩粉岩粉岩粉试验内容：土壤原始温度测试和夏季排热工况测试。 2、主要规范、标准 规范、标准名称编号《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005（2009年版）《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004 《室外给水设计规范》GB50013-2006 《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年局部修订）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008 《供水水文地质钻探与凿井操作规程》CJJ13-87 3、试验目的 （1）通过钻凿试验孔，记录试验孔的成孔情况，确定换热孔的钻进难度和适宜的钻井工具； （2）通过地层编录和物探测井两种方法获得项目所在地的地质资料，绘制项目场区钻孔测井曲线图；
（3）通过进行热响应试验获得当地岩土体的热物性参数、换热孔的延米换热量等参数； （4）根据现场钻凿试验孔的过程和热响应试验结果，确定该项目土壤换热器适宜的设计深度。 4、试验原理 土壤换热器测试土壤原始温度时，将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的HDPE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，这时仪器内的加热器不开启。当数据采集系统采集到的供、回水温度达到稳定状态时，所得的温度即为地下土壤的平均温度。 土壤换热器测试简单模拟地源热泵空调系统夏季制冷的运行模式时，将仪器的水路循环部分与所要测试换热孔内的HDPE管路相连接，形成闭式环路，通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器不断加热环路中的液体。该闭式环路内的液体不断循环，加热器所产生的热量就不断通过换热孔内的换热管释放到地下。在闭式环路内的液体循环的过程中，将供、回仪器的温度、流量和加热器的加热功率进行采集记录，来进行分析计算土壤的热物性参数。原理如下图： 图1测试原理图