基于遗传算法的岩土及填料热物性参数评估

张泉+马小威+张林锋

摘 要：岩土及填料的热物性参数可直接影响地埋管换热器的性能设计.针对现场热响应测试中填料热物性参数需要预先测量，而无法通过计算直接评估的难题，在无限长线热源模型及管壁热阻修正复合介质线热源模型的基础上，应用遗传算法对岩土及填料的热物性参数同时进行评估，并结合热响应测试实验，验证了该方法的准确性.钻孔热阻、岩土导热系数和填料导热系数的评估值与实测值的相对误差分别为3.47%，1.42%和4.93%.2种模型计算所得流体平均温度与实测值的均方根误差分别为0.050 5 ℃和0.172 ℃.研究结果对地埋管换热器的设计具有重要参考价值.

关键词：填料热物性；遗传算法；复合介质线热源；热响应

中图分类号：TU831.6 文献标志码：A

文章编号：1674-2974（2017）03-0151-06DOI：10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.03.019

Abstract：The parameters for thermal properties of ground and grout have directly effect on the performance of ground heat exchanger （GHE）. For the problem that grout thermal properties of in-situ thermal response test （TRT） need to be measured in advance and cannot be evaluated directly by calculation， this paper applied genetic algorithm to evaluate the parameters of ground and grout thermal properties simultaneously on the basis of infinite line source （ILS） model and composite media line source （CMLS） model with wall thermal resistance correction. The method was validated by in situ TRT. Compared with the measured values， the calculation relative error of borehole thermal resistance， ground thermal conductivity and diffusivity was 3.47%， 1.42% and 4.93%， respectively. The root mean square error （RMSE） of the calculated average temperature by these two models and the measured value is 0.0505 and 0.172 ℃， respectively. The results provide important reference for GHE design.

Key words：grout thermal properties；genetic algorithms；composite media line source；thermal response test

岩土及填料的热物性参数是地埋管换热器设计的关键参数，准确地评估岩土及填料的热物性参数可以解决地埋管换热器设计不当的问题.目前，岩土热物性参数主要采用斜率法和参数估计法进行评估计算.相比于斜率法，参数估计法可有效降低测试中热流不恒定对评估参数值的影响，其评估精度较高[1].因此，在ASHRAE手册中，推荐采用参数估计法进行岩土热物性参数的评估[2].

参数估计法评估岩土热物性参数是一个典型的逆传热问题.该方法以岩土热物性参数为决策变量，以各时刻流体平均温度的计算值和实测值的平方和误差（SSE）或均方根误差（RMSE）为目标函数，通过最小化……