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地埋管地源熱泵系統常見問題及解決措施

更新時間：2020-05-22　點擊量：1651

目前,地埋管地源熱泵系統的工程應用中存在的問題是在現場測試、設計方法、施工質量控制與檢測等方面存在一些問題。以下就對這三方面的問題及對應解決措施進行分析。

一、現場測試

1、存在問題

地埋管地源熱泵系統的現場測試存在的問題主要體現在四個方面：

（1）如果按照每延米換熱量進行系統設計，測試過程應該模擬土壤源熱泵系統的哪一種工況，單獨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行系統設計，測試孔的孔數應該如何確定；

（3）在某一特定工況下測試所得的每延米換熱量的數據是否需要做相應的修正以用來作為系統設計的依據，如果需要修正又該如何修正；

（4）實測過程測試儀器的制熱及制冷功率、地埋管換熱器內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試得出的每延米換熱量的值，若沒有科學合理的方法被修正為設計值，也就沒有達到現場測試為力求設計精確性的本來目的，這樣的測試是沒有必要的。通過分析現場測試數據計算出的應是某一相對固定的設計參數，這一參數應不受外界環境因素及系統運行工況的影響或影響較小，否則即使某一參數是通過分析實測數據計算所得也必須經過修正。

實測得到的每延米換熱量不能夠直接用于換熱器系統的設計，而應首先做科學合理的修正，因此，獲取的現場測試數據應被用于計算不受外界環境因素及系統運行工況影響或影響較小的參數，這也就是巖土的熱物理參數，包括巖土的導熱系數、比熱容以及巖土的密度等。

自2009年6月1日起實行的《地源熱泵系統工程技術規范》（GB50336－2005）局部修訂的條文（以下簡稱規范），重點增加了巖土熱響應的具體試驗方法及相關內容的規定，并在此基礎上對相關條文進行了修訂，以正確指導地埋管地源熱泵系統的設計和應用，如：當地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積在3000～5000㎡時，宜進行巖土熱響應試驗；當應用面積大于或等于5000㎡時，就進行巖土熱響應試驗等等。此次修訂使規范的內容更加完善合理，對地源熱泵空調技術在我國的健康發展起到很好的指導和規范作用。

二、設計方法

1、存在問題

當前土壤源熱泵系統的地埋管換熱器的設計主要有兩種方法，即“動態負荷模擬設計法”及“每延米換熱量法”。其中動態負荷模擬設計法能夠較為全面的還原土壤源熱泵系統實際運行的工況，是一種比較精確的設計方法；每延米換熱量法存在著較多問題，這些問題主要集中在每延米換熱量的確定方法上，與前述測試方法上存在的問題有所重復，該方法僅適用于方案設計階段，施工圖設計階段應采用前一種方法。

造成每延米換熱量法存在較多問題的原因主要是這種設計方法忽略了土壤源熱泵系統的一個重要特性，即土壤源熱泵系統的耦合性，表現在系統實際運行過程中淺層土壤的溫度場分布受室外氣候因素的影響很大，地埋管部分的進出水溫度與建筑負荷之間密切，也即地埋管部分的實際換熱量與建筑負荷的變化直接相關。

決定地埋管換熱器實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、換熱器內水流速度（系統運行過程中往往控制換熱器內水流速度為經濟流速，即達到紊流狀態時的小流速）等相對固定的因素，還包括室外氣象參數、建筑物負荷等隨時間不斷變化且變化幅度也較大的因素。因此，設計用每延米換熱量的值若是根據經驗估計則不可能具有說服力，若是工程所在地實地測試，則得到的只能是特定運行工況及特定氣候條件下的某一特定數值，當前尚沒有科學合理的修正計算方法將每延米換熱量的測試值修正為設計值。每延米換熱量設計法，由于其設計思想所存在的先天缺陷，使得依照此法設計的地埋管換熱器系統為使系統安全運行則不得不過度增加保險系數。

2、解決措施

與每延米換熱量法不同，動態負荷模擬設計法*體現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是實地測試得出的，且熱物理參數在巖土組成成分一定的前提下是相對固定的，在模擬設計軟件中建立的系統模型考慮了建筑負荷及室外氣候條件對地埋管換熱器的影響。動態負荷模擬設計法更全面地考慮了地埋管換熱器系統的影響因素，工程現場實測隨時間及測試系統運行工況的變化相對固定的土壤熱物理參數，現場實測更加科學合理。

在沒有科學合理的修正計算方法將每延米換熱量的測試值修正為設計值之前，動態負荷模擬設計法是解決每延米換熱量設計法存在問題的惟一途徑。

三、施工質量控制與檢測

1、存在問題

地埋管換熱器系統的施工質量對其換熱效果具有巨大影響，規范中在施工質量控制方面缺少一些明確的強制性規定，從而使施工質量不易被嚴格把關。比較關鍵的兩個技術環節包括：U形管地埋管換熱器成孔孔徑的小值未做強制規定，回填方式使用機械回填或是原漿自然回填未做嚴格規定。

實際工程中，有的施工方為節省回填材料的使用及加快成孔的速度，成孔孔徑盡可能的小，如單U埋管成孔孔徑僅為110mm甚至更小，這種做法會極大地增加回填難度，若使用機械回填則泥漿泵導入管將很難深入孔內，若使用原漿自然回填則由于孔徑過小回填不易密實，往往需要反復回填，即便如此仍無法保證回填的效果。

規范中規定U型管換熱器宜采用機械回填的方式，但實際工程中采用這種方式的極少，若采用機械回填必將增加地源熱泵系統的工程造價，并且已經運行的未采用機械回填的系統，并未出現系統制熱或制冷出現嚴重問題的情況，因此絕大多數實際工程使用的都是原漿自然回填，但這種方式存在質量隱患也是事實。

無論是原漿自然回填還是機械回填，施工質量的檢測也即回填密實性的檢測都是必須的，但目前還沒有檢測回填密實性的方法，因此對這個施工技術環節的現場質量驗收目前還無法操作。

2、解決措施

應明確U形管換熱器成孔孔徑的小值；對原漿自然回填的效果進行評估，若評估認為自然回填的質量隱患很大，會對地埋管換熱器的換熱量產生巨大不利影響，則應禁止使用原漿自然回填且必須采用機械回填；應盡快建立一套檢測回填密實性的測試方法，并且建立根據回填密實程度評定地埋管換熱器施工質量的評定體系。

一、現場測試

1、存在問題

地埋管地源熱泵系統的現場測試存在的問題主要體現在四個方面：

（1）如果按照每延米換熱量進行系統設計，測試過程應該模擬土壤源熱泵系統的哪一種工況，單獨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行系統設計，測試孔的孔數應該如何確定；

（3）在某一特定工況下測試所得的每延米換熱量的數據是否需要做相應的修正以用來作為系統設計的依據，如果需要修正又該如何修正；

（4）實測過程測試儀器的制熱及制冷功率、地埋管換熱器內的水流速度該如何確定。

2、解決措施

二、設計方法

1、存在問題

2、解決措施

在沒有科學合理的修正計算方法將每延米換熱量的測試值修正為設計值之前，動態負荷模擬設計法是解決每延米換熱量設計法存在問題的惟一途徑。

三、施工質量控制與檢測

1、存在問題

2、解決措施

地源熱泵溫度監控系統施工方案

地源熱泵分布式溫度集中測控系統

礦井總線分散式溫度測量系統方案

礦井分散式垂直測溫系統

礦井測溫系統

TD-016C型 地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

地埋管地源熱泵系統常見問題及解決措施

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