淺層地熱能是蘊藏在淺層巖土體和地下水中的低溫、清潔的可再生i地溫資源，其資源豐富，分布廣泛，溫度穩(wěn)定，具有一定的可再生性、儲存性。隨著能源資源日益短缺和礦產化學能源所帶來的環(huán)境污染日益嚴峻，目前以淺層地熱能為冷、熱源的具有低耗、節(jié)能環(huán)保特點的地埋管地源熱泵系統(tǒng)得到了廣泛應用。

然而這項技術在實際推廣應用中存在一個很大的技術瓶頸，即地層的熱物性參數多來自室內實驗室對巖土樣的測試或依靠工程經驗估算，并沒有現場測試，如果熱物性參數選取偏大或偏小，則所設計的換熱系統(tǒng)可能無法滿足負荷需求，也有可能造成設計的換熱系統(tǒng)過大，從而大大增加初投資，造成浪費。這對地源熱泵技術的應用推廣十分不利。巖土熱響應試驗的出現解決了這一難題。

測試原理

這種現場測試利用的是熱反應實驗法的原理，即通過向地下輸入恒定的熱量，進而檢測土壤的溫度響應來估計土壤熱物性的方法。其原理如圖2.1：由原理圖中可以看出，流體經過電加熱器加熱后，被送入到地下，由于加熱后的流體溫度高于地下土壤的溫度，故熱量通過管壁由流體向土壤放熱，這樣從地下再回到測試儀中的流體的溫度就存在一定的變化，這就是地下土壤的溫度響應。在儀器與地下管路相連的地方各設置一個溫度傳感器，這樣就可以采集到管道平均溫度的實時數值，這是用來估計大地導熱系數的關鍵數據。

巖土熱響應測試儀器

測試系統(tǒng)由測試儀和測試孔組成。測試儀器的水循環(huán)部分和測試孔連接，組成一個閉式環(huán)路。測試系統(tǒng)包括水的電加熱器部分、水循環(huán)部分、數據采集和分析部分組成。水加熱部分將閉式環(huán)路中的循環(huán)水加熱，循環(huán)水通過U型管與周圍土壤換熱，將熱量釋放到周圍土壤里。在循環(huán)過程中，將進/出測試儀器的溫度、流量、加熱量采集到電腦里，來進行分析計算土壤的熱物性參數。為了減小連接管道的熱損失，儀器進出口進行了壁厚30mm的橡塑保溫材料保溫。地下水平段的連接管道則采用了壁厚20mm的橡塑保溫材料保溫。

土壤源熱泵空調是一種利用淺層地熱的可再生能源空調技術,具有節(jié)能環(huán)保的特點。在地源熱泵技術中,地埋管換熱器的換熱性能對地源熱泵系統(tǒng)的整體性能有著決定性的影響,而土壤熱物性參數是埋地管換熱器設計中的關鍵參數,直接決定了地埋管的長度和地源熱泵系統(tǒng)的初投資。因此,準確地獲得土壤熱物性參數是非常重要的。

地下巖土熱物性參數作為土壤耦合熱泵系統(tǒng)的重要參數，對方案設計的成功與否影響非常大。然而由于我國目前還沒有相應的規(guī)范和詳細的測試標準，有關地下?lián)Q熱器的傳熱模型及設計計算等方面的研究體系不完善，導致測試人員無章可依設計人員各執(zhí)一詞。不同測試儀的測試結果相差較大，沒有統(tǒng)一的標準，造成不同設計方案差別極大，土壤地埋管熱響應測試儀巖土熱物性測試儀系統(tǒng)運行效率不高、出力不足或初投資過大等問題。