客运专线7站 地源热泵测试井热物性实验方案改.doc
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1、 石济铁路客运专线7站地源热泵测试井热物性方案石济客运专线7站地源热泵测试井热物性研究实验测试方案山东亚特尔集团股份有限公司二一四年四月30目 录第一部分 热物性测试费1第二部分 技术方案2一、测试钻孔及热物性测试方案2(一)现场测量岩土导热系数的必要性、原理及方法2(二)测试方案设计4(三)测试条件5(四)热物性测试施工组织设计5(四)地源热泵工程岩土层热物性测试报告格式6二、测试装置、软件简介10(一)YTTRT型岩土热物性参数测试仪10(二)岩土热物性及地埋管换热特性测试分析软件-Geotest10(三)软件简介11(四)软件特点11(五)资格证书13(六)荣誉证书15三、产品设计、制造
2、、测试、验收的主要标准18四、投标企业简介、资格证书、质量体系文件等证明文件20(一)企业简介20(二)资格证书22五、近三年同类工程项目业绩28第一部分 热物性测试费石济客运专线各站房地源热泵工程测试费用表序号项目规格单位数量单价(元)合计(元)备注1钻孔150mm*105mm1470共计14口 2垂直管材De32m1470双U型管3U型弯头De32个14双U弯头 4现场测试费次1412000.00168000.005管理费、措施费及其他项6小计项7税金项3.5%9总计10总计(大写)特别说明:l 用水、用电需由甲方协调解决;l 测试孔作为正式工程的前期准备工作,虽然工程量小,但是前期设备的
3、准备、运输、装卸、施工人员的调配其它工作的准备等都需要精心的实施,且测试孔作为实验,钻孔风险大,所以钻孔费用较正式施工高;l 测试孔位置由甲方配合确定,应尽量考虑测试孔能够应用在后期设计的地源热泵系统中。第二部分 技术方案一、测试钻孔及热物性测试方案(一)现场测量岩土导热系数的必要性、原理及方法1.前言深层地下岩土导热系数是设计地源热泵系统地热换热器的重要参数。通常用现场测量结合参数估计法来确定深层岩土导热系数。已有模型在确定钻孔内热阻时,一般都需要较为详细确定钻孔内埋管的布置与几何尺寸、导热系数以及回填材料的导热系数等。鉴于测量的困难和钻孔内埋管埋设的不确定性,这些参数的误差均较大,从而影响
4、最终物性结果的可靠性。2.测试必要性测试孔能够提供设计和安装竖直地埋管地热换热器系统所需要的岩土层热物性及其构造的基础数据。通过测试孔采集不同深度的土石样品,对其进行热物性测试与分析,为地埋管设计提供基础数据。钻探测试孔,探明施工现场岩土层的构造,为合理选用钻孔设备,确定钻孔费用和钻孔时间提供第一手资料。同时可根据测试孔的钻探结果,对地埋管深度和单、双U型埋管的选择提出建议。通过测试孔,我们可以清楚的知道单位孔深换热量,此换热量是地热换热器设计中最重要的数据,它是确定地热换热器容量、确定热泵参数、选择循环泵流量与扬程、计算地埋管数量与尺寸等的依据。图2. 简化的钻孔横断面示意图3.测试原理图1
5、.地热换热器结构示意图(左为立面图,右为横断面图)地热换热器(一个回路)的结构如图1。为简化分析,引进如下假设:1)钻孔周围岩土是均匀(设计所需是平均参数);2)埋管与周围岩土的换热可认为是钻孔中心的一根线热源与周围岩土进行换热,沿长度方向传热量忽略不计(孔径较小,一般约150mm,钻孔深度100m);3)埋管与周围岩土的换热强度维持不变(可以通过控制加热功率完成)。简化后的物理模型如图2所示。根据上述假设,由地热换热器与其周围岩土换热的换热方程可确定管内流体平均温度与深层土壤的初始温度(也是假设的无穷远处的土壤温度)之间的关系为:其中:,为指数积分函数。db钻孔直径,m;cs岩土的比热,ws
6、/kgk;ks周围岩土的导热系数,W/m;ql单位长度线热源热流强度,W/m;Ro单位长度钻孔内的总热阻,m/w;Tf:埋管内流体平均温度,;Tff:无穷远处土壤温度,;s岩土的密度,kg/m3;时间,S。利用传热反问题求解,结合最优化方法同时确定Ro和ks,求解时估算scs一近似值(譬如200000 ws/m3k)。由于求解对其不敏感,无须迭代修改估算值的偏差,这样该问题就变为Ro和ks双参数估计问题。图3. 测量仪内部结构简图4.测量装置和测量方法测量装置内部主要结构如图3,现场测量装置与地热换热器一个回路联接示意图见图4。测量仪器主要部件由加热器、循环水泵、温度测量装置、流量测量装置、信
7、号变送装置、微机控制与处理装置等构成。测量仪中的管路与地热换热器地下回路相接,循环水泵驱动流体在回路中循环流动,流体经过加热器加热后流经地下回路与地下岩土进行换热。测得的出、入口流体温度、流体流量、加热功率等经信号变送传至电脑。在已钻好的钻孔中埋设埋管并按设计要求回填(按照将要设计的地热换热器要求埋设,该钻孔中的埋管将来可以作为地热换热器的一个支路使用),回路充满水循环流动,自某一时刻起对水加热一定时间(数十小时)。测量回路中水的温度及其所对应的时间,根据已知的数据反推钻孔周围岩土的导热系数ks和钻孔内热阻Ro。将通过传热模型得到的流体的平均温度与实际测量的结果进行对比,通过调整传热模型中周围
8、岩土的导热系数和钻孔内热阻,当计算得到的结果与实测的结果误差最小时,对应的导热系数数值即是所求的结果。图4. 测量仪安装示意图备注l 现场测试应具备的条件(1)稳定的220V电源,功率约为3000W。(2)可利用的自来水。(3)现场测试简易棚(挡风遮雨)。(4)昼夜的保安措施等。(二)测试方案设计1、工程概况石济铁路客运专线沿线7个站房(藁城南站、辛集南站、景州站、平原东站、禹城东站、齐河站、衡水北站)地源热泵系统测试井,每站2口井,共计14口,井径150mm,井深105m。2、设计方案根据本工程的要求,设计热物性测试孔14个,竖直埋管采用双U32型埋管形式,钻孔深度105m,孔径150mm,
9、回填材料采用原浆+膨润土+细沙的混合浆。(三)测试条件钻孔完成后应立即插入埋管,埋管中充满水,并反复充水去除埋管中的杂质。钻孔回填充实,静止两天以上时间以消除钻孔造成的地下温度场扰动。测试前,钻孔不得有任何其它热扰动。测试前保证管子内部水与土壤换热充分,基本无温差。保证测试初始温度的准确性。地源热泵系统工程技术规范要求管内充满水下管后与土壤换热23天后开始进行测试。(四)热物性测试施工组织设计1.热物性测试前准备工作(1) 待测U型埋管安装完毕,且U型埋管地上部分已形成De32供回水管路。(2) 水、电供应正常。尤其是供电电压应为220V,且保持稳定。电压较大的波动(超过正负10),将对测试结
10、果产生影响。U型管的充水应干净无污物。(3) 测试前应对U型管进行冲洗,直到管内安装泥渣冲洗干净为止。(4) 搭建测试棚与测试架。测试棚净高度2.0m左右,3m3m见方。作用遮挡风雨。测试横架(杆)1.8m左右,悬吊补水装置。承重5kg左右。如现场没有条件可采取临时遮盖的方式。2.热物性测试施工组织设计(1) 连接安装测试仪。将埋设好的U型管的两个支管与热物性测试仪的两个进出口连接成一个循环系统。(2) 将露出地面的管段进行保温。(3) 系统充水,并排出管内气体。(4) 接通水泵电源,并启动。(5) 接通加热电源,并观测输出结果。无误后,调整计时,进入正常测试。3.施工投入设备及工期本项目总计
11、14个热物性测试孔,分7个站点。每个站点我公司投入适于土壤地况的钻机一台,钻机进场施工准备1天,钻孔施工时间为1天,晾孔2天,现场测试时间4天,所有站点测试完成后采集所有数据进行模拟计算时间4天。7个站点总测试时间为36天。测试进度表如下: 石济铁路客运专线7站地源热泵测试井热物性方案 石济铁路客运专线7站地源热泵测试井热物性方案(四)地源热泵工程岩土层热物性测试报告格式待到测试完成以后,我公司根据甲方要求,形成正式测试报告,测试报告格式如下:岩土热物性参数测试仪及分析系统检测(试验)报告1工程概况该工程位于 ,我公司对地埋管钻孔区域进行了深层岩土热物性测试。 2测试结果(1) 钻孔基本参数项
12、目测试孔项目测试孔钻孔深度(m)105钻孔直径(mm)150埋管形式双U型埋管材质PE管埋管内径(mm)26埋管外径(mm)32钻孔回填材料原浆+膨润土+细沙的混合浆地质结构(2) 测试设备本工程采用山东亚特尔集团股份有限公司自主研制开发的型号为YTTRT型岩土热物性测试仪。(3) 测试结果 项目编号初始温度( )导热系数 (W/m)容积比热容(106J/m)1234双U测试孔循环水平均温度测试结果与计算结果对比3、岩土柱状图 4结果分析包括推荐单位管长换热量等设计参考建议等。山东亚特尔集团股份有限公司 2014年 4 月 日测试: 计算: 审核:二、测试装置、软件简介(一)YTTRT型岩土热
13、物性参数测试仪(二)岩土热物性及地埋管换热特性测试分析软件-Geotest(三)软件简介地下岩土导热系数是设计地源热泵系统地热换热器的重要参数,地源热泵工程热物性分析系统-Geotest是一套对地下岩土导热系数进行测试和分析的软件系统。该系统由项目管理、地质资料管理、地温测试数据接收、岩土热物性分析等子系统构成。其中,项目管理用来进行地热系统测试地点的相关信息管理;地质资料管理用来进行施工钻孔及相关地质机水文地质资料的输入、编辑、成图(地质柱状图)和输出等;地温测试数据接收是用过RS232串口接收现场采集的地温测试数据;岩土热物性分析是利用已知和施工的钻孔、使用材料等资料,采用技术规范要求的方
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