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地埋管地源热泵系统常见问题及解决措施

更新时间：2020-05-22　点击量：1225

目前,地埋管地源热泵系统的工程应用中存在的问题是在现场测试、设计方法、施工质量控制与检测等方面存在一些问题。以下就对这三方面的问题及对应解决措施进行分析。

一、现场测试

1、存在问题

地埋管地源热泵系统的现场测试存在的问题主要体现在四个方面：

（1）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试过程应该模拟土壤源热泵系统的哪一种工况，单独模拟一种工况是否具有足够的代表性；

（2）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试孔的孔数应该如何确定；

（3）在某一特定工况下测试所得的每延米换热量的数据是否需要做相应的修正以用来作为系统设计的依据，如果需要修正又该如何修正；

（4）实测过程测试仪器的制热及制冷功率、地埋管换热器内的水流速度该如何确定。

2、解决措施

在某一特定工况及气候条件下测试得出的每延米换热量的值，若没有科学合理的方法被修正为设计值，也就没有达到现场测试为力求设计精确性的本来目的，这样的测试是没有必要的。通过分析现场测试数据计算出的应是某一相对固定的设计参数，这一参数应不受外界环境因素及系统运行工况的影响或影响较小，否则即使某一参数是通过分析实测数据计算所得也必须经过修正。

实测得到的每延米换热量不能够直接用于换热器系统的设计，而应首先做科学合理的修正，因此，获取的现场测试数据应被用于计算不受外界环境因素及系统运行工况影响或影响较小的参数，这也就是岩土的热物理参数，包括岩土的导热系数、比热容以及岩土的密度等。

自2009年6月1日起实行的《地源热泵系统工程技术规范》（GB50336－2005）局部修订的条文（以下简称规范），重点增加了岩土热响应的具体试验方法及相关内容的规定，并在此基础上对相关条文进行了修订，以正确指导地埋管地源热泵系统的设计和应用，如：当地埋管地源热泵系统的应用建筑面积在3000～5000㎡时，宜进行岩土热响应试验；当应用面积大于或等于5000㎡时，就进行岩土热响应试验等等。此次修订使规范的内容更加完善合理，对地源热泵空调技术在我国的健康发展起到很好的指导和规范作用。

二、设计方法

1、存在问题

当前土壤源热泵系统的地埋管换热器的设计主要有两种方法，即“动态负荷模拟设计法”及“每延米换热量法”。其中动态负荷模拟设计法能够较为全面的还原土壤源热泵系统实际运行的工况，是一种比较精确的设计方法；每延米换热量法存在着较多问题，这些问题主要集中在每延米换热量的确定方法上，与前述测试方法上存在的问题有所重复，该方法仅适用于方案设计阶段，施工图设计阶段应采用前一种方法。

造成每延米换热量法存在较多问题的原因主要是这种设计方法忽略了土壤源热泵系统的一个重要特性，即土壤源热泵系统的耦合性，表现在系统实际运行过程中浅层土壤的温度场分布受室外气候因素的影响很大，地埋管部分的进出水温度与建筑负荷之间密切，也即地埋管部分的实际换热量与建筑负荷的变化直接相关。

决定地埋管换热器实际换热量的因素是多方面的，除了工程所在地岩土热物理性质、换热器内水流速度（系统运行过程中往往控制换热器内水流速度为经济流速，即达到紊流状态时的小流速）等相对固定的因素，还包括室外气象参数、建筑物负荷等随时间不断变化且变化幅度也较大的因素。因此，设计用每延米换热量的值若是根据经验估计则不可能具有说服力，若是工程所在地实地测试，则得到的只能是特定运行工况及特定气候条件下的某一特定数值，当前尚没有科学合理的修正计算方法将每延米换热量的测试值修正为设计值。每延米换热量设计法，由于其设计思想所存在的先天缺陷，使得依照此法设计的地埋管换热器系统为使系统安全运行则不得不过度增加保险系数。

2、解决措施

与每延米换热量法不同，动态负荷模拟设计法*体现了土壤源热泵耦合性的特性，影响地埋管换热器换热量的岩土热物理参数是实地测试得出的，且热物理参数在岩土组成成分一定的前提下是相对固定的，在模拟设计软件中建立的系统模型考虑了建筑负荷及室外气候条件对地埋管换热器的影响。动态负荷模拟设计法更全面地考虑了地埋管换热器系统的影响因素，工程现场实测随时间及测试系统运行工况的变化相对固定的土壤热物理参数，现场实测更加科学合理。

在没有科学合理的修正计算方法将每延米换热量的测试值修正为设计值之前，动态负荷模拟设计法是解决每延米换热量设计法存在问题的惟一途径。

三、施工质量控制与检测

1、存在问题

地埋管换热器系统的施工质量对其换热效果具有巨大影响，规范中在施工质量控制方面缺少一些明确的强制性规定，从而使施工质量不易被严格把关。比较关键的两个技术环节包括：U形管地埋管换热器成孔孔径的小值未做强制规定，回填方式使用机械回填或是原浆自然回填未做严格规定。

实际工程中，有的施工方为节省回填材料的使用及加快成孔的速度，成孔孔径尽可能的小，如单U埋管成孔孔径仅为110mm甚至更小，这种做法会极大地增加回填难度，若使用机械回填则泥浆泵导入管将很难深入孔内，若使用原浆自然回填则由于孔径过小回填不易密实，往往需要反复回填，即便如此仍无法保证回填的效果。

规范中规定U型管换热器宜采用机械回填的方式，但实际工程中采用这种方式的极少，若采用机械回填必将增加地源热泵系统的工程造价，并且已经运行的未采用机械回填的系统，并未出现系统制热或制冷出现严重问题的情况，因此绝大多数实际工程使用的都是原浆自然回填，但这种方式存在质量隐患也是事实。

无论是原浆自然回填还是机械回填，施工质量的检测也即回填密实性的检测都是必须的，但目前还没有检测回填密实性的方法，因此对这个施工技术环节的现场质量验收目前还无法操作。

2、解决措施

应明确U形管换热器成孔孔径的小值；对原浆自然回填的效果进行评估，若评估认为自然回填的质量隐患很大，会对地埋管换热器的换热量产生巨大不利影响，则应禁止使用原浆自然回填且必须采用机械回填；应尽快建立一套检测回填密实性的测试方法，并且建立根据回填密实程度评定地埋管换热器施工质量的评定体系。

一、现场测试

1、存在问题

地埋管地源热泵系统的现场测试存在的问题主要体现在四个方面：

（1）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试过程应该模拟土壤源热泵系统的哪一种工况，单独模拟一种工况是否具有足够的代表性；

（2）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试孔的孔数应该如何确定；

（3）在某一特定工况下测试所得的每延米换热量的数据是否需要做相应的修正以用来作为系统设计的依据，如果需要修正又该如何修正；

（4）实测过程测试仪器的制热及制冷功率、地埋管换热器内的水流速度该如何确定。

2、解决措施

二、设计方法

1、存在问题

2、解决措施

在没有科学合理的修正计算方法将每延米换热量的测试值修正为设计值之前，动态负荷模拟设计法是解决每延米换热量设计法存在问题的惟一途径。

三、施工质量控制与检测

1、存在问题

2、解决措施

地源热泵温度监控系统施工方案

地源热泵分布式温度集中测控系统

矿井总线分散式温度测量系统方案

矿井分散式垂直测温系统

矿井测温系统

TD-016C型 地源热泵能耗监控测温系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

地埋管地源热泵系统常见问题及解决措施

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