【摘 要】
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在可持续发展和能源结构转型的背景下,浅层地热能可以成为能源系统深度脱碳的重要驱动力。土壤源热泵系统是利用浅层地热能的主要方式,准确的地下岩土热物性参数尤其是导热系数是土壤源热泵系统设计和应用的前提。热响应试验是获得测试区域岩土体热物性参数的常规做法,但试验过程中初始地温、加热功率、介质流速、试验时长、数据处理等因素都会对试验结果产生影响。现阶段初始地温的测试存在受水泵热量转换影响的局限性,对排热阶
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在可持续发展和能源结构转型的背景下,浅层地热能可以成为能源系统深度脱碳的重要驱动力。土壤源热泵系统是利用浅层地热能的主要方式,准确的地下岩土热物性参数尤其是导热系数是土壤源热泵系统设计和应用的前提。热响应试验是获得测试区域岩土体热物性参数的常规做法,但试验过程中初始地温、加热功率、介质流速、试验时长、数据处理等因素都会对试验结果产生影响。现阶段初始地温的测试存在受水泵热量转换影响的局限性,对排热阶段的研究也大都集中于单一因素的影响而缺少各因素综合影响的分析。基于线热源模型处理热响应试验数据时,涉及舍弃试验前期数据的研究也较少。提高热响应试验结果的准确性应充分考虑试验流程的完整性及数据处理这两部分内容。针对以上问题,本文于中国河北省衡水市饶阳县某地搭建现场热响应试验台,进行了9组不同工况的热响应试验,对影响热响应试验结果准确性的各类因素进行了研究。包括初始地温测试、排热工况中不同加热功率、不同介质流速及不同试验时长对测试结果的影响、以及排热试验结束后的各地层温度恢复情况。在处理试验数据时分析了线热源模型和圆柱热源模型的差异性,探究了线热源模型的最优舍弃时间。结果表明:T型热电偶测量法所得地温为16.9°C,24 h循环法所得地温为18℃,无功循环法测得初始地温为17.4℃。无功循环法测初始地温要优于24 h循环法;各因素对热响应试验所得导热系数影响程度主次为加热功率>试验时长>介质流速;地质特性在试验结束后0-24 h内对各层地温恢复有一定影响,试验结束48 h后的各地层温度恢复程度能达80%以上;线热源模型相较于圆柱热源模型在传热过程上具有时间上的超前性,线热源模型舍弃试验前10 h数据所得导热系数为1.63 W/(m·K),与圆柱热源模型计算结果相对误差为8.0%,舍弃试验前20 h数据时所得导热系数为1.74 W/(m·K),相对误差却有14.9%;傅里叶数大于1.79时即可满足试验要求,将线热源模型的相对误差控制在8.87%以内反而会取得较好的效果。本研究优化了初始地温测试方式,明确了各因素对试验结果影响的主次程度,提高了线热源模型数据处理的准确性,为今后工程实践提供了更多的选择和经验。
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