基本信息
- 项目名称：
- 宁波市不同地层土壤热物性实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对地源热泵技术发展应用的需要，利用实验室取样法，对土壤热导率、比热容、含水率、密度等物性参数进行实验研究，并改进实验手段，寻找减小实验室土壤热物性测量误差的方法，形成宁波市三个区的不同地层土壤热物性数据手册。
- 详细介绍：
- 建筑节能越来越受到人们的推崇，作为建筑节能的有效措施之一的地源热泵也逐渐受到广大人们的重视，而土壤热物性又在很大程度上影响热量的传递和地源热泵的使用效率。本课题组使用热探针法测量了宁波市不同区域不同土深的128个点的土壤样本，得出了土壤热物性的数据并编制成数据手册，用以指导宁波市地源热泵的设计安装。在实验过程中，课题组发现采用大电流测土壤热物性能在一定程度上减小实验误差
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 土壤热物性参数是影响地源热泵性能的关键因素之一，我们希望通过对土壤热物性的测试研究，得到某一地区的土壤热物性数据，为地源热泵的改良提出一些可行的方案。 基本思路： 1、 建立地源热泵土壤热物性热电比拟的测试模型，搭建实验台，获取不同地区不同地层的土壤； 2、通过试验测量获得可靠的宁波地区的土壤热物性参数； 3、形成宁波市土壤热物性数据手册用于指导地源热泵的设计施工。
科学性、先进性及独特之处
- 1、研究采用热工专业测试技术，采用自动数据采集等先进的测试手段，需求更加精确的测试方法。 2、根据误差传布原理，对土壤热导率进行误差分析，提出在适当范围内选用较大的加热电流可以减小探针法测量土壤热导率的误差。 3、首次编制宁波市不同区域不同深度的土壤热物性数据手册，用于指导宁波地区地源热泵项目的设计和施工。
应用价值和现实意义
- 在地源热泵实际工程应用中，因为不同区域、不同深度、不同类型的土壤的热物性具有较大差别，所以在设计施工前应对工地现场的土壤热物性进行实地试验测量，测量获得可靠土壤热物性参数，同时形成某一地区土壤热物性数据手册。此次研究结论和研究成果可为地源热泵系统的设计施工提供依据，具有很强的现实意义。
学术论文摘要
- 建筑节能越来越受到人们的重视，而地源热泵作为其有效措施，已经逐渐被人们所认识并推崇，土壤热物性参数是影响地源热泵性能的关键因素。因此，对于土壤热物性参数的测量仍然是土壤源热泵技术研究的重点。 本课题组利用实验室取样法，对土壤热物性参数进行实验研究，改进实验手段，寻找减小实验室土壤热物性测量误差的方法，形成宁波市不同地层土壤热物性数据手册。形成以下主要结论及建议： 1、不同深度、不同类型的土壤热导率差别很大。土壤热导率的大小主要受土壤的含水率、饱和度等因素的影响。 2、实验发现在不同热流密度时，同一试样所测得的热物性参数略有不同，这主要是受到热惰性作用的影响，热流密度越大其热惰性影响越小。因此实验过程中，应在合理范围内选用较大的电流进行实验，以尽可能减小实验误差。 3、针对地源热泵技术的发展应用，编制不同地层土壤热物性数据手册很有必要。 本课题的研究结论和研究成果《土壤热物性数据手册》可用于指导宁波市地源热泵技术的设计，对于推动宁波市可再生能源的建筑应用具有非常重要的现实意义。同时，手册的编制，也为解决地源热泵系统的设计缺乏基础数据的问题提出了新的思路。
获奖情况
- 1、论文“土壤源热泵土壤热物性的测试”在《地源热泵》2011年3月第55期发表； 2、论文“地源热泵土壤热导率实验研究”在《四川建材》2011年第3期刊登发表。
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1]管德赛.论中央空调系统的节能措施[J].制冷空调与电力机械,2008, 29(6): 77-78. [2]魏先勋,李元旦,林王鹏等. 土壤源热泵的研究[J]. 湖南大学学报,2000, 27(2): 36-40. [3]刘时彬.地热资源及其开发利用和保护[M].北京: 化学工业出版社,2005:103. [4]Yavuzturk, C.Spitler, J.D.Field .Validation of a Short Time Step Model for Vertical Ground Loop Heat Exchangers [J].ASHRAE Transactions, 2001, 107(1):617-625. [5]Hikmet Esen, Mustafa Inalli, Mehmet Esen. Numerical and experimental analysis of a horizontal ground-coupled heat pump system [J]. Science Direct, 2007, 42: 1126-1134. [6]王景刚,马一太等.地源热泵的运行特性模拟研究[J].工程热物理学报,2003(5):24-30. [7]万仁里.谈地源热泵[A], 全国热泵和空调技术交流会论文集[C].2001(10). [8]龚宇烈,赵军等.地源热泵在美国的工程应用及发展[A],全国热泵和空调技术交流会论文集[C].2001(10). [9]陈涣新.地源热泵技术在我国的应用前景[J]. 建筑热能通风空调,2002(4): 10-13. [10]蒋秋戈.地下能量应用的新技术——地源热泵与岩土工程[J]. 探矿工程（岩土挖掘工程）,2001增刊:19-20. [11]赵军等.地源热泵的工程应用与环保节能特性分析[A]. 全国热泵和空调技术交流会论文集[C].2001(10). [12]张玲.土壤热湿传递与土壤源热泵的理论与实验研究[D]. 浙江大学博士学位论文,2006. [13]刘宪英,王勇等.地源热泵地下垂直埋管换热器的试验研究[J]. 重庆建筑大学学报，1999,5(21):21-26.
同类课题研究水平概述
- 随着地源热泵的推广，国内外对土壤热物性的研究也逐步深入，研究面也愈加广阔。影响土壤热物性的因素主要包括土壤的类型、土壤的温湿度等，国内外学术研究界对不同类型的土壤的热物性都有一定的了解和研究。针对不同区域不同深度不同类型的土壤，都有专门与之相对应的一套测量体系。 目前，确定土壤热物性的方法大致可分为查表法（土壤类型辨别法）、稳态测试法和瞬态测试法等。查表法是确定土壤热导率的传统方法，然而地层结构复杂，且不同区域不同深度的土壤的热导率都是不同的，即使同一种土壤成分，其平均热导率也有差别。故我们难以根据查表法得出任意区域和深度的土壤的热导率。稳态测试法需先用热源对测试土样进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量，这种方法适用于测试含水量较小的干性土壤的热导率。但对含水的多孔介质材料并不适用，因为测试所需时间较长，在温度梯度影响下土壤内部容易产生水分再分配，从而导致所测的热导率失真，不能得出准确有效的数据。按测试的时间和位置不同，瞬态测试法又可分为现场实验法和实验室取样法。现场测试法是在工程现场搭建实验台并钻孔测试，这种方法所需设备复杂，测试成本高，测试难度较大，且不能消除施工因素对土壤温度和水分分布的影响，测得的数据不是很准确，很难被推广。实验室取样法是把钻孔取得的土壤带回实验室进行实验测量，测试方法容易，所需设备也较为简单，测试成本低，测试难度小，且可以消除施工因素对土壤温度和水分分布的影响。 而本课题所采用的热探针法是一种瞬态法和实验室取样法相结合的实验方法。它是基于线热源原理进行热导率测量的一种方法。该方法实验设备简单，操作较为容易，测试成本低。在测试过程中将具有相当大的长径比(l/d>50)的线热源插入试样中，在某一时刻接入一稳定的电源，己知电压与电流，同时记录温度与时间的对应关系，绘出温度—对数时间的变化曲线，得出曲线的斜率，从而计算得出土壤的热导率。针法在测试试样的过程中尽管会存在一些由温度梯度引起的水分分布，但由于测试时间短，基本可以忽略。且不用考虑施工因素对土壤温度和水分分布的影响。故测试得出的数据较为准确。
