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。
10
20
30
40
50
5
10
15
20
25
30
T e m p e r a t u r e ('C )
Time (Hr)
测量温度 计算温度
图2 循环水平均温度测试结果与计算结果对比图
表2 测试区域岩土体地质构造
层号 层底深度（m) 变层厚度（m)
地质岩性描述
1 30 30 粘土
2 38 8 粗砂
3 45 7 粘土
4 49 4 中砂
5 58 9 粘土 6
100
42
玄武岩
四、单位孔深地埋管的换热量与建议
1. 影响每米孔深地埋管换热量的因素
地埋管单位孔深的热交换量与多种因素有关。简述如下：
（1）地埋管传热的可利用温差，即U 型埋管中的水（循环液）热交
换后允许达到的最低或最高温度与岩土换热前未受热干扰时温差。可利用温差与地热换热器的设计参数有关。本报告地埋管循环液冬季最低温度采用3℃，夏季热泵运行最高温度宜采用37℃。
（2）每年从地下取热量与向地下释放热量是否平衡。二者相差越大，对地热换热器换热效率的影响越大。宜考虑全年从地下提取热量与向地下放入热量的平衡问题。
（3）地埋管单位孔深的热交换量还与地埋管间距、地下水位的高低和岩土层含水量多少等因素有关。
2. 单位孔深换热能力分析
单位孔深换热量是确定地热换热器容量、确定热泵参数、选择循环泵流量与扬程、计算地埋管数量与埋管结构等的重要依据。单位孔深换热量取值偏大，将导致埋管量偏小、循环液进出口温度难以达到热泵的要求。使系统达不到设计要求。反之，单位孔深换热量取值偏小，埋管量将增加，工程的初投资增高。但热泵机组的运行费用将会降低。
在地源热泵运行的额定工况下，针对该地域地质条件深层岩土热物性的测试情况、考虑到当地地温初始温度（16.2℃），冬、夏季地埋管循环液温度设定（冬季：7~3℃，夏季：32~37℃）等因素，在全年地埋管区域冷热负荷基本平衡的条件下，提出地埋管方案设计时的参考建议如下：（1）对于De32双U型地埋管，冬季每米孔深从地下提取的热量按
45W/m计，夏季每米孔深向地下释放的热量按74W/m计。不同连续运行时段的U型地埋管换热估算值见表3。在连续运行8小时，地埋管循环液不同的最低与最高温度条件下地下换热量参考值见表4。
表3 地埋管不同连续运行时间地下换热量参考值（W/m）连续运行时间（h）8 12 24
夏季74 69 64
冬季45 42 39
表4 地埋管循环液最低与最高温度地下换热量参考值（W/m）
最高温度℃37 35 32
夏季
换热量74 66 52
最低温度℃ 3 4 5
冬季
换热量45 41 36 （2）钻孔深度100m，竖直埋管材料应采用HDPE100；钻孔难度较大，地埋管宜采用双U型地埋管。
（3）在地埋管空间充足条件下，为增大蓄热体、减弱地下冷热负荷不平衡的影响，应适当加大地埋管间距。
