地埋管换热器热扩散半径试验及数值模拟研究李新华，段新胜，段士强（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉）摘要：地源热泵地下换热器换热性能直接决定着整个系统性能的优良与否，它与地层岩性、水文地质条件、钻孔回填材料的性能、钻孔直径、孔深以及埋管直径等诸多因素有关。合理的埋管间距不仅可以增强换热效果，还可以减小换热器相互之间的热干扰，从而提高系统整体性能。本文在延长加热时间的热响应试验基础上，通过土壤中布设大量地温传感器研究热扩散半径，同时应用数值模拟技术探讨热扩散半径变化规律。关键词：地埋管换热器；热扩散半径；热响应试验；地埋管间距中图分类号:TU831.4文献标识码:ATestandnumericalsimulationStudyondiffusionradiusofgroundheatexchangerLiXinhua,DuanXinsheng,DuanShiqiang(EngineeringCollege,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),HubeiWuhan,China)Abstract:Theperformanceofboreholeheatexchangerofgroundsourceheatpumpdirectlydecideswhethertheperformanceofwholesystemisgoodornot,whichhassomethingtodowithstratigraphiclithology,hydro-geologicalconditions,thepropertiesofbackfillmaterials,diameteranddepthoftheborehole,andthediameterofthePEpipeetc.Reasonablespacingoftheboreholeheatexchangerscannotonlyenhanceheattransfereffect,butalsodecreasethethermalinterference,whichwillimprovetheoverallsystemperformance.Inthispaper,thermaldiffusionradiuswasstudiedbasedontheextensionoftheheatingtimeofthethermalresponsetest,andtheearthtemperaturesensorsburiedapartawayfromtheheatexchangeborehole,aswellasnumericalsimulationtechnology.Keywords:boreholeheatexchanger;Diffusionradius;Thermalresponsetest;spacingoftheborehole前言地源热泵作为一种环境友好、能源节约和经济可行的建筑物供暖与制冷新技术越来越受到关注。它是利用地下相对稳定的土壤温度场，通过一定的工作介质来获取土壤内热/冷量的新型装置，可一年四季方便地调节建筑物室内温度。获取准确的岩土体热物性参数和热交换器热扩散半径是设计地源热泵系统的关键[1-6]，岩土热物性参数可通过现场常规热响应试验获得。常规的岩土热响应试验持续时间一般在48小时左右，热扩散半径有限，要想得出地源热泵运行期间的热扩散半径则需延长加热时间进行热响应试验，并通过土壤中布设的大量地温传感器研究热扩散半径，同时应用数值模拟技术获取热扩散半径变化规律，以合理确定埋管间距，防止热干扰。1、试验方案1.1试验孔及测温孔布置在地埋管地源热泵系统地埋管试验区(福州市)布置热响应试验孔1个，用D1表示；在距D1号热响应试验孔分别为0.5m、1.0m、1.5m和2.0m处各布设一地温监测孔，分别用J1、J2、J3、J4表示。热响应试验孔及温度监测孔地层及其他具体情况见表1及图1。表1.试验孔及温度监测孔具体布置Table1.Testholeandtemperaturemonitoringholespecificlayout钻孔编号直径mm深度m钻孔类别埋设PE管情况钻孔回填材料D1150100热响应试验孔/测温孔De32双U33m原浆+中砂J19132温度监测孔密封在De32PE管内测温线1根原浆+中砂J29132温度监测孔同上原浆+中砂J39132温度监测孔同上原浆+中砂J49132温度监测孔同上原浆+中砂1.2热响应试验方法图1.钻孔及温度传感器布置图Fig.1.Arrangementofboreholeandtemperaturesensors现场热响应试验采用中国地质大学（武汉）工程学院研制的GP-3型地埋管岩土热响应测试仪，其原理图见图2。测试仪的组成：膨胀补水排气水箱、循环水泵、流量控制阀、流量传感器、电加热器、进孔温度传感器、三通接头、回水温度传感器、阀门组、供电及数据采集和保存系统等。1.3热响应试验方案地温测试方法D1热响应试验孔PE管（De32双U）内循环液流流速控制在0.4m/s，加热功率控制在60W/m,持续加热140h；试验过程中每2小时全面测温一次。测温采用中国地质大学（武汉）研制的手持DTC地温监测系统（图3），可实时测量、显示和记录多点（不同地层深度）地温，测试精度达0.06℃，能每分钟自动记录一组（30点）地温数据。2、试验数据结果...