带有断电过程的土壤源热泵热响应试验数据处理解析方法

摘要

本发明公开了一种带有断电过程的土壤源热泵热响应试验数据处理解析方法，包括：断电时循环水泵和加热器停止工作；用电恢复后，重新启动循环水泵和加热器，试验继续进行；试验过程中，连续记录U形竖向埋管的进出水温度、管中水循环流量以及加热功率；对得到的试验数据进行处理，得到岩土导热系数k_s、岩土容积比热容ρ_sc_s。本发明解决了现有技术中存在的断电后土壤温度恢复时间长以及不能得到岩土容积比热容ρ_sc_s的问题。

主权项

一种带有断电过程的土壤源热泵热响应试验数据处理解析方法，包括：第一步，测试岩土初始温度T₀；第二步，冲洗U形竖向埋管；第三步，测试仪器与测试孔的U形竖向埋管连接，并进行必要的保温；第四步，设定加热器的加热功率和管中循环水流量，并在试验中保持恒定；第五步，开始运转，进行试验，连续记录U形竖向埋管的进出水温度、管中水循环流量以及加热功率；其特征在于，还包括以下步骤：第六步，断电时，循环水泵和加热器停止工作；第七步，用电恢复后，重新启动循环水泵和加热器，试验继续进行；第八步，试验过程中，连续记录U形竖向埋管的进出水温度、管中水循环流量以及加热功率；τ₂为重启时刻；第九步，对第八步得到的试验数据进行如下处理，得到岩土综合导热系数k_s(W/(m·℃))、岩土容积比热容ρ_sc_s(J/(m³·℃))，具体如下：根据第八步得到的试验数据绘制温度‑对数时间曲线，温度‑对数时间曲线是以lnΔτ_e为横坐标，以[T_f(τ)‑T_f(τ₂)]为纵坐标的曲线；选择该曲线上最后一个当量时间Δτ_e的曲线段进行线性拟合，将得到拟合曲线的斜率和截距与下式的斜率和截距进行对比，即得到岩土导热系数k_s(W/(m·℃))和岩土的热扩散率a_s；再根据公式计算岩土的容积比热容ρ_sc_s(J/(m³·℃))；$T_f\left(\tau \right)-T_f\left({\tau }_2\right)=\frac{q}{4{\mathrm{\pi k}}_s}[{\mathrm{ln\Delta \tau }}_e+ln\left(\frac{4a_s}{{\mathrm{\gamma r}}_b^2}\right)]$式中，q为单位长度埋管释放的热流量，W/m；T_f为U形竖向埋管的进出水温度的算术平均值，℃；a_s为岩土的热扩散率，m²/s；r_b为钻孔半径，m；γ为计算常数，γ＝1.78；Δτ_e为当量时间，s，如下式：${\mathrm{\Delta \tau }}_e=\frac{{\tau }_2-{\tau }_1}{{\tau }_2}\times \frac{\tau -{\tau }_2}{\tau -{\tau }_1}\times \tau$其中，τ₁为停电时刻，τ₂为重启时刻，τ>τ₂。