地源熱泵溫度監控系統設計方法

目前,地源熱泵溫度監控系統的工程應用中存在的問題是在現場測試、設計方法、施工質量控制與檢測等方面存在一些問題。以下就對這三方面的問題及對應解決措施進行分析。

一、現場測試

1、存在問題

地源熱泵溫度監控系統的現場測試存在的問題主要體現在四個方面：

（1）如果按照每延米換熱量進行系統設計，測試過程應該模擬土壤源熱泵系統的哪一種工況，單獨模擬一種工況是否具有足夠的代表性；

（2）如果按照每延米換熱量進行系統設計，測試孔的孔數應該如何確定；

（3）在某一特定工況下測試所得的每延米換熱量的數據是否需要做相應的修正以用來作為系統設計的依據，如果需要修正又該如何修正；

（4）實測過程測試儀器的制熱及制冷功率、地埋管換熱器內的水流速度該如何確定。

2、解決措施

在某一特定工況及氣候條件下測試得出的每延米換熱量的值，若沒有科學合理的方法被修正為設計值，也就沒有達到現場測試為力求設計精確性的本來目的，這樣的測試是沒有必要的。通過分析現場測試數據計算出的應是某一相對固定的設計參數，這一參數應不受外界環境因素及系統運行工況的影響或影響較小，否則即使某一參數是通過分析實測數據計算所得也必須經過修正。

實測得到的每延米換熱量不能夠直接用于換熱器系統的設計，而應首先做科學合理的修正，因此，獲取的現場測試數據應被用于計算不受外界環境因素及系統運行工況影響或影響較小的參數，這也就是巖土的熱物理參數，包括巖土的導熱系數、比熱容以及巖土的密度等。

二、地源熱泵溫度監控系統設計方法

1、存在問題

當前土壤源熱泵系統的地埋管換熱器的設計主要有兩種方法，即“動態負荷模擬設計法”及“每延米換熱量法”。其中動態負荷模擬設計法能夠較為全面的還原土壤源熱泵系統實際運行的工況，是一種比較精確的設計方法；每延米換熱量法存在著較多問題，這些問題主要集中在每延米換熱量的確定方法上，與前述測試方法上存在的問題有所重復，該方法僅適用于方案設計階段，施工圖設計階段應采用前一種方法。

造成每延米換熱量法存在較多問題的原因主要是這種設計方法忽略了土壤源熱泵系統的一個重要特性，即土壤源熱泵系統的耦合性，表現在系統實際運行過程中淺層土壤的溫度場分布受室外氣候因素的影響很大，地埋管部分的進出水溫度與建筑負荷之間聯系密切，也即地埋管部分的實際換熱量與建筑負荷的變化直接相關。

決定地埋管換熱器實際換熱量的因素是多方面的，除了工程所在地巖土熱物理性質、換熱器內水流速度（系統運行過程中往往控制換熱器內水流速度為經濟流速，即達到紊流狀態時的小流速）等相對固定的因素，還包括室外氣象參數、建筑物負荷等隨時間不斷變化且變化幅度也較大的因素。因此，設計用每延米換熱量的值若是根據經驗估計則不可能具有說服力，若是工程所在地實地測試，則得到的只能是特定運行工況及特定氣候條件下的某一特定數值，當前尚沒有科學合理的修正計算方法將每延米換熱量的測試值修正為設計值。每延米換熱量設計法，由于其設計思想所存在的先天缺陷，使得依照此法設計的地埋管換熱器系統為使系統安全運行則不得不過度增加保險系數。

2、解決措施

與每延米換熱量法不同，動態負荷模擬設計法*體現了土壤源熱泵耦合性的特性，影響地埋管換熱器換熱量的巖土熱物理參數是實地測試得出的，且熱物理參數在巖土組成成分一定的前提下是相對固定的，在模擬設計軟件中建立的系統模型考慮了建筑負荷及室外氣候條件對地埋管換熱器的影響。動態負荷模擬設計法更全面地考慮了地埋管換熱器系統的影響因素，工程現場實測隨時間及測試系統運行工況的變化相對固定的土壤熱物理參數，現場實測更加科學合理。

在沒有科學合理的修正計算方法將每延米換熱量的測試值修正為設計值之前，動態負荷模擬設計法是解決每延米換熱量設計法存在問題的惟一途徑。