土壤源热泵系统测试与设计方法研究

山占鹏, 杨昌智

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

土壤源热泵作为一种浅层地热能利用技术，因其效率高、不受季节气候影响，易与其他能源耦合等特点，受到越来越多的关注[1-2].目前，土壤源热泵系统已广泛应用于住宅和公共建筑的采暖、制冷和生活热水，安装量在不断增加[3].据报道，到2017年底，中国已安装的地源热泵装机总量达2万兆瓦，居世界第一[4].随着土壤源热泵的进一步推广应用，准确、可靠的热响应测试和工程设计方法显得越来越重要.

对于土壤源热泵系统工程设计而言，地埋管换热器(Ground heat exchanger, GHE)的换热能力是核心内容，该值取决于系统所处深度范围内土壤的综合热物性[5]，因此设计前须进行土壤热物性测试.传统土壤热物性参数主要是通过查表[6]或者实验室取样测值[7]的方法获得.目前，现场热响应测试被认为是确定热物性参数和GHE设计尺寸的一种可靠方法[8-9]，大型土壤源热泵系统设计前进行热响应测试已成为许多国家的普遍做法.我国现行的《地源热泵系统工程技术规范(2009版)》[10]沿用了这种现场测试技术，即采用恒热流热响应法(Thermal response test, TRT)测试土壤的导热系数和钻孔热阻，进而由此计算给定传热温差下单位井深换热量的参考值，设计人员据此进行埋管量的设计.

由于GHE设计参数对土壤源热泵系统初投资具有重要影响，许多学者研究了提高热响应测试结果准确性的方法.对于换热模型解析和数值方法，许多学者进行了相关研究……