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基本信息

項目名稱：
寧波市不同地層土壤熱物性實驗研究
小類：
能源化工
簡介：
針對地源熱泵技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的需要，利用實驗室取樣法，對土壤熱導(dǎo)率、比熱容、含水率、密度等物性參數(shù)進(jìn)行實驗研究，并改進(jìn)實驗手段，尋找減小實驗室土壤熱物性測量誤差的方法，形成寧波市三個區(qū)的不同地層土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊。
詳細(xì)介紹：
建筑節(jié)能越來越受到人們的推崇，作為建筑節(jié)能的有效措施之一的地源熱泵也逐漸受到廣大人們的重視，而土壤熱物性又在很大程度上影響熱量的傳遞和地源熱泵的使用效率。本課題組使用熱探針法測量了寧波市不同區(qū)域不同土深的128個點的土壤樣本，得出了土壤熱物性的數(shù)據(jù)并編制成數(shù)據(jù)手冊，用以指導(dǎo)寧波市地源熱泵的設(shè)計安裝。在實驗過程中，課題組發(fā)現(xiàn)采用大電流測土壤熱物性能在一定程度上減小實驗誤差

作品圖片

  • 寧波市不同地層土壤熱物性實驗研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的： 土壤熱物性參數(shù)是影響地源熱泵性能的關(guān)鍵因素之一，我們希望通過對土壤熱物性的測試研究，得到某一地區(qū)的土壤熱物性數(shù)據(jù)，為地源熱泵的改良提出一些可行的方案。 基本思路： 1、 建立地源熱泵土壤熱物性熱電比擬的測試模型，搭建實驗臺，獲取不同地區(qū)不同地層的土壤； 2、通過試驗測量獲得可靠的寧波地區(qū)的土壤熱物性參數(shù)； 3、形成寧波市土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊用于指導(dǎo)地源熱泵的設(shè)計施工。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

1、研究采用熱工專業(yè)測試技術(shù)，采用自動數(shù)據(jù)采集等先進(jìn)的測試手段，需求更加精確的測試方法。 2、根據(jù)誤差傳布原理，對土壤熱導(dǎo)率進(jìn)行誤差分析，提出在適當(dāng)范圍內(nèi)選用較大的加熱電流可以減小探針法測量土壤熱導(dǎo)率的誤差。 3、首次編制寧波市不同區(qū)域不同深度的土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊，用于指導(dǎo)寧波地區(qū)地源熱泵項目的設(shè)計和施工。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

在地源熱泵實際工程應(yīng)用中，因為不同區(qū)域、不同深度、不同類型的土壤的熱物性具有較大差別，所以在設(shè)計施工前應(yīng)對工地現(xiàn)場的土壤熱物性進(jìn)行實地試驗測量，測量獲得可靠土壤熱物性參數(shù)，同時形成某一地區(qū)土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊。此次研究結(jié)論和研究成果可為地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計施工提供依據(jù)，具有很強的現(xiàn)實意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

建筑節(jié)能越來越受到人們的重視，而地源熱泵作為其有效措施，已經(jīng)逐漸被人們所認(rèn)識并推崇，土壤熱物性參數(shù)是影響地源熱泵性能的關(guān)鍵因素。因此，對于土壤熱物性參數(shù)的測量仍然是土壤源熱泵技術(shù)研究的重點。 本課題組利用實驗室取樣法，對土壤熱物性參數(shù)進(jìn)行實驗研究，改進(jìn)實驗手段，尋找減小實驗室土壤熱物性測量誤差的方法，形成寧波市不同地層土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊。形成以下主要結(jié)論及建議： 1、不同深度、不同類型的土壤熱導(dǎo)率差別很大。土壤熱導(dǎo)率的大小主要受土壤的含水率、飽和度等因素的影響。 2、實驗發(fā)現(xiàn)在不同熱流密度時，同一試樣所測得的熱物性參數(shù)略有不同，這主要是受到熱惰性作用的影響，熱流密度越大其熱惰性影響越小。因此實驗過程中，應(yīng)在合理范圍內(nèi)選用較大的電流進(jìn)行實驗，以盡可能減小實驗誤差。 3、針對地源熱泵技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，編制不同地層土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊很有必要。 本課題的研究結(jié)論和研究成果《土壤熱物性數(shù)據(jù)手冊》可用于指導(dǎo)寧波市地源熱泵技術(shù)的設(shè)計，對于推動寧波市可再生能源的建筑應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實意義。同時，手冊的編制，也為解決地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的問題提出了新的思路。

獲獎情況

1、論文“土壤源熱泵土壤熱物性的測試”在《地源熱泵》2011年3月第55期發(fā)表； 2、論文“地源熱泵土壤熱導(dǎo)率實驗研究”在《四川建材》2011年第3期刊登發(fā)表。

鑒定結(jié)果

情況屬實

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

隨著地源熱泵的推廣，國內(nèi)外對土壤熱物性的研究也逐步深入，研究面也愈加廣闊。影響土壤熱物性的因素主要包括土壤的類型、土壤的溫濕度等，國內(nèi)外學(xué)術(shù)研究界對不同類型的土壤的熱物性都有一定的了解和研究。針對不同區(qū)域不同深度不同類型的土壤，都有專門與之相對應(yīng)的一套測量體系。 目前，確定土壤熱物性的方法大致可分為查表法（土壤類型辨別法）、穩(wěn)態(tài)測試法和瞬態(tài)測試法等。查表法是確定土壤熱導(dǎo)率的傳統(tǒng)方法，然而地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不同區(qū)域不同深度的土壤的熱導(dǎo)率都是不同的，即使同一種土壤成分，其平均熱導(dǎo)率也有差別。故我們難以根據(jù)查表法得出任意區(qū)域和深度的土壤的熱導(dǎo)率。穩(wěn)態(tài)測試法需先用熱源對測試土樣進(jìn)行加熱，并在樣品內(nèi)部形成穩(wěn)定的溫度分布，然后進(jìn)行測量，這種方法適用于測試含水量較小的干性土壤的熱導(dǎo)率。但對含水的多孔介質(zhì)材料并不適用，因為測試所需時間較長，在溫度梯度影響下土壤內(nèi)部容易產(chǎn)生水分再分配，從而導(dǎo)致所測的熱導(dǎo)率失真，不能得出準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)。按測試的時間和位置不同，瞬態(tài)測試法又可分為現(xiàn)場實驗法和實驗室取樣法。現(xiàn)場測試法是在工程現(xiàn)場搭建實驗臺并鉆孔測試，這種方法所需設(shè)備復(fù)雜，測試成本高，測試難度較大，且不能消除施工因素對土壤溫度和水分分布的影響，測得的數(shù)據(jù)不是很準(zhǔn)確，很難被推廣。實驗室取樣法是把鉆孔取得的土壤帶回實驗室進(jìn)行實驗測量，測試方法容易，所需設(shè)備也較為簡單，測試成本低，測試難度小，且可以消除施工因素對土壤溫度和水分分布的影響。 而本課題所采用的熱探針法是一種瞬態(tài)法和實驗室取樣法相結(jié)合的實驗方法。它是基于線熱源原理進(jìn)行熱導(dǎo)率測量的一種方法。該方法實驗設(shè)備簡單，操作較為容易，測試成本低。在測試過程中將具有相當(dāng)大的長徑比(l/d>50)的線熱源插入試樣中，在某一時刻接入一穩(wěn)定的電源，己知電壓與電流，同時記錄溫度與時間的對應(yīng)關(guān)系，繪出溫度—對數(shù)時間的變化曲線，得出曲線的斜率，從而計算得出土壤的熱導(dǎo)率。針法在測試試樣的過程中盡管會存在一些由溫度梯度引起的水分分布，但由于測試時間短，基本可以忽略。且不用考慮施工因素對土壤溫度和水分分布的影響。故測試得出的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。
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