地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

目前,地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)的工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、設(shè)計(jì)方法、施工質(zhì)量控制與檢測(cè)等方面存在一些問(wèn)題。以下就對(duì)這三方面的問(wèn)題及對(duì)應(yīng)解決措施進(jìn)行分析。

一、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1、存在問(wèn)題

地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：

（1）如果按照每延米換熱量進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試過(guò)程應(yīng)該模擬土壤源熱泵系統(tǒng)的哪一種工況，單獨(dú)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(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試孔的孔數(shù)應(yīng)該如何確定；

（3）在某一特定工況下測(cè)試所得的每延米換熱量的數(shù)據(jù)是否需要做相應(yīng)的修正以用來(lái)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，如果需要修正又該如何修正；

（4）實(shí)測(cè)過(guò)程測(cè)試儀器的制熱及制冷功率、地埋管換熱器內(nèi)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(cè)試得出的每延米換熱量的值，若沒(méi)有科學(xué)合理的方法被修正為設(shè)計(jì)值，也就沒(méi)有達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為力求設(shè)計(jì)精確性的本來(lái)目的，這樣的測(cè)試是沒(méi)有必要的。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出的應(yīng)是某一相對(duì)固定的設(shè)計(jì)參數(shù)，這一參數(shù)應(yīng)不受外界環(huán)境因素及系統(tǒng)運(yùn)行工況的影響或影響較小，否則即使某一參數(shù)是通過(guò)分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所得也必須經(jīng)過(guò)修正。

實(shí)測(cè)得到的每延米換熱量不能夠直接用于換熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而應(yīng)首先做科學(xué)合理的修正，因此，獲取的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)被用于計(jì)算不受外界環(huán)境因素及系統(tǒng)運(yùn)行工況影響或影響較小的參數(shù)，這也就是巖土的熱物理參數(shù)，包括巖土的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容以及巖土的密度等。

二、地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1、存在問(wèn)題

當(dāng)前土壤源熱泵系統(tǒng)的地埋管換熱器的設(shè)計(jì)主要有兩種方法，即“動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬設(shè)計(jì)法”及“每延米換熱量法”。其中動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬設(shè)計(jì)法能夠較為全面的還原土壤源熱泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的工況，是一種比較精確的設(shè)計(jì)方法；每延米換熱量法存在著較多問(wèn)題，這些問(wèn)題主要集中在每延米換熱量的確定方法上，與前述測(cè)試方法上存在的問(wèn)題有所重復(fù)，該方法僅適用于方案設(shè)計(jì)階段，施工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)采用前一種方法。

造成每延米換熱量法存在較多問(wèn)題的原因主要是這種設(shè)計(jì)方法忽略了土壤源熱泵系統(tǒng)的一個(gè)重要特性，即土壤源熱泵系統(tǒng)的耦合性，表現(xiàn)在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中淺層土壤的溫度場(chǎng)分布受室外氣候因素的影響很大，地埋管部分的進(jìn)出水溫度與建筑負(fù)荷之間聯(lián)系密切，也即地埋管部分的實(shí)際換熱量與建筑負(fù)荷的變化直接相關(guān)。

決定地埋管換熱器實(shí)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(zhì)、換熱器內(nèi)水流速度（系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中往往控制換熱器內(nèi)水流速度為經(jīng)濟(jì)流速，即達(dá)到紊流狀態(tài)時(shí)的小流速）等相對(duì)固定的因素，還包括室外氣象參數(shù)、建筑物負(fù)荷等隨時(shí)間不斷變化且變化幅度也較大的因素。因此，設(shè)計(jì)用每延米換熱量的值若是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)則不可能具有說(shuō)服力，若是工程所在地實(shí)地測(cè)試，則得到的只能是特定運(yùn)行工況及特定氣候條件下的某一特定數(shù)值，當(dāng)前尚沒(méi)有科學(xué)合理的修正計(jì)算方法將每延米換熱量的測(cè)試值修正為設(shè)計(jì)值。每延米換熱量設(shè)計(jì)法，由于其設(shè)計(jì)思想所存在的先天缺陷，使得依照此法設(shè)計(jì)的地埋管換熱器系統(tǒng)為使系統(tǒng)安全運(yùn)行則不得不過(guò)度增加保險(xiǎn)系數(shù)。

2、解決措施

與每延米換熱量法不同，動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬設(shè)計(jì)法*體現(xiàn)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(shù)是實(shí)地測(cè)試得出的，且熱物理參數(shù)在巖土組成成分一定的前提下是相對(duì)固定的，在模擬設(shè)計(jì)軟件中建立的系統(tǒng)模型考慮了建筑負(fù)荷及室外氣候條件對(duì)地埋管換熱器的影響。動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬設(shè)計(jì)法更全面地考慮了地埋管換熱器系統(tǒng)的影響因素，工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)隨時(shí)間及測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化相對(duì)固定的土壤熱物理參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)更加科學(xué)合理。

在沒(méi)有科學(xué)合理的修正計(jì)算方法將每延米換熱量的測(cè)試值修正為設(shè)計(jì)值之前，動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬設(shè)計(jì)法是解決每延米換熱量設(shè)計(jì)法存在問(wèn)題的惟一途徑。