地源热泵系统岩土热物性测试不确定性分析-供热、供燃气、通风及空调工程专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本论文属于 必威体育官网网址□， 在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华中科技大学硕士学位论文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 PAGE 10 PAGE 10 1 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 随着地源热泵技术的应用与推广，越来越突显其节能、环保的优势。地源热泵 是利用浅层地热能进行夏季制冷和冬季供暖的，由于地下岩土的复杂性，使得在获 取准确的地源热泵设计资料时存在一定困难，在地源热泵系统的应用中，准确的岩 土综合热物性参数（以下简称岩土热物性参数）是地埋管换热器设计时的主要参数， 岩土热物性参数包括岩土的综合导热系数（以下简称岩土导热系数）、综合容积比热 容（以下简称容积比热容）等。当地下岩土热物性参数发生偏差时，会造成地下埋 管长度设计的偏差，埋管长度的偏差将导致钻孔总长度的变化，进而造成空调效果 达不到要求或增加不必要的初投资，因此地源热泵设计前需要进行岩土热物性测试 获取比较准确的设计参数。岩土热物性测试研究主要是针对地埋管及岩土的传热模 型和实验数据的求解模型。 岩土热物性测试普遍采用恒热流热响应试验法，目前传热模型主要采用线热源 和圆柱热源模型，为便于工程使用都进行了一些假设，简化了模型，如钻孔内稳态 传热、恒定热流、试验连续不间断进行等。实际工程测试中连续不间断试验、恒定 热流的的条件一般很难实现，经常不可避免的出现加热功率波动大、停电等情况， 如果还是按常规方法进行数据处理就会导致了岩土热物性测试的误差甚至错误。 本文首先对岩土热物性测试进行了优化，利用已有的地埋管与岩土传热模型通 过 Matlab 软件编程实现岩土热物性测试数据的分析和反演计算，并对各传热模型进 行了对比，选出最合适的传热模型为下文提供基础。在已有测试方法和理论的基础 上，考虑热响应试验在变热流模式下提出更优的地埋管与岩土传热模型，对岩土热 物性测试提供数据求解方法。在以上优化基础上建立实验数据的多变量不确定性求 解模型以获取可靠的岩土热物性基础数据，分析给出热物性参数值的取值范围、平 均值和标准差等，提高了岩土热响应试验结果的可靠性。 1.2 岩土热物性测试方法的国内外发展状况 岩土热物性参数对地埋管地源热泵系统初投资及运行稳定性都有着重要影响， 岩土热物性测试是为地埋管地源热泵系统设计提供岩土基本热物参数的主要途径。 早期确定岩土热物性参数的方法是利用打孔时取出的岩土样本，再做样本实验和查 相关手册得到岩土导热系数等参数，然而复杂的地质结构及样本水分等因素的变化 使得结果误差较大，不能正确反映地下岩土热物性，因此需要进行现场试验来确定 岩土热物性参数，1983 年，瑞典学者 Morgenson 总结出这种岩土热响应试验[1]，之 后一些国家开始对此试验进行了大量研究和改进，研发了各种测试仪，进行了大量 实际工程试验，为地源热泵系统的设计提供了有效数据，20 世纪 90 年代国内开始了 对地源热泵系统岩土热响应试验的研究与推广，近几年国内外岩土热响应试验已发 展成熟，服务于大量地源热泵系统工程中，但是作为提供设计基础数据的岩土热物 性测试还需更进一步的研究，以提高测试效率、准确性与可靠性，岩土热物性测试 的理论与方法将是地源热泵研究的一个重点。 1.2.1 国外研究发展概况 近几年国外岩土热物性测试方法主要是基于线热源的恒热流岩土热响应试验法 (Thermal Response Test，TRT)，利用斜率法、双参数估计法等对测试数据进行分析得 出相关岩土热物性参数，包括导热系数和钻孔内热阻，或者导热系数和热扩散率或 容积比热容的值。为了优化岩土热物性参数的测试，改进的岩土热响应试验也在逐 渐呈现出来。 智利 Roth P 和 Georgiev A 等利用自主研发的热响应试验装置，通过实际测试， 对比分析了斜率法和双参数估计法的数据计算方法，双参数估计法利用了软件 “Origin6”对