地埋管地源热泵系统运行期地温监测与分析.doc

地埋管地源热泵系统运行期地温监测与分析 王小清 （上海市地矿工程勘察院，上海200072） 摘要： 以上海地区某工程为例，通过设置地温监测系统并对地温进行监测，根据监测结果和地源热泵系统运行情况，对地埋管地源系统运行期地温场的变化特征进行分析研究。结果表明：换热区地温变化与地源热泵系统的运行情况相关，呈现规律性的变化；经过一个运行年度，换热区的地温场能够基本恢复至原始状态；系统运行对换热区外围区域地温场的影响范围有限。 关键词：地源热泵系统 地温监测 温度场变化特征 地埋管地源热泵系统是一种利用浅层地热能资源的高效节能空调系统，同时也是一项利用可再生能源的建筑节能技术；近几年，随国家可再生能源利用、节能减排等工作的加强，在相关政策的扶持下，地埋管地源热泵系统的应用发展迅速。地埋管地源热泵系统在运行过程中将一定程度上改变换热区的地温场，地温场的改变直接影响系统性能和换热区的地质环境。因此，通过设置地温监测系统，及时掌握系换热区地温动态的变化特征，科学指导系统运行，对达到系统最优性能和保护地质环境具有重要意义。 本文以上海某地埋管地源热泵系统为例，开展地温监测和数据分析研究工作，为地区地埋管地源热泵系统的应用提供借鉴。 1．工程概况 某学院图文信息中心工程位于上海市青浦区，建筑面积约15500m2，采用竖直地埋管地源热泵空调系统，共设置深100m的单“U”型换热孔共250个,换热孔及地温监测区的布置如图1 图1 监测区换热孔布置图 Fig1 The arrangement of heat exchanger 2.地温监测系统的设置 ⑴监测孔平面布置 将监测场分3个区域，在监测一区（场地近中部）布置3个监测孔，监测二区（场地东部）布置5个监测孔，监测三区（场地西北部）布置1个监测孔。其中，一区设有一个换热孔兼监测孔，各区域监测孔与换热孔之间位置关系见图2。 图2 监测孔平面布置图 Fig2 The arrangement of monitoring hole ⑵监测点布置 地温监测采用SLST1-8A数字式温度传感器，温度传感器按照不同的设置深度设置在监测孔内，各监测孔温度传感器布设情况见表1。 机房进水总管上布置2台流量计， 4根进出水总管上布置4个温度传感器。 ⑶数据采集和传输系统 采用SLET1000-3地温自动监测系统。系统能够将现场温度数据采集、处理后，通过GPRS发送到数据采集中心，从而实现地温数据的实时、集中在线监测。 表1 监测孔温度测点布设情况一览表 Table1 Layout of temperature sensor in monitoring hole 深度（m） J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J12 J14 5 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 20 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 33 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 62 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 75 ○ 79 ○ 80 ○ 87 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 91 ○ 95 ○ 96 ○ 97 ○ ○ ○ ○ 100 3．监测数据及分析 ⑴系统运行情况及分析数据的选取 监测系统于2010年6月18日开始对地温进行监测。 地源热泵系统运行情况：2010年8月2日~10月10日为制冷季，2010年11月30日~2011年3月4日为供暖季，2011年6月5~9月30日为制冷季。为分析在地源热泵系统一个完整的运行年度之后热泵系统对地温场的影响，本文分析的数据的时间结点定在2011年供暖季开始之前，即2011年10月底。 监测系统数据采集频率5分钟/次，由于监测期较长，采集的数据量较大，在保证准确反映温度变化趋势的前提下，每间隔30分钟选取一个数据进行分析。 ⑵监测一区 监测孔J1、J2、J3布置在55、65、66号换热孔所围成的三角形区域内；各监测孔监测期成果见图。 图3 J1孔地温历时曲线图 Fig3 Soil temperature distribution of J1 图4 J2孔地温历时曲线图 Fig4 Soil temperature distribution of J2 图5 J3孔地温历时曲线图 Fig5 Soil temperature distribution of J3 从图3~5中可以看出： 监测期J1、J2、J3孔20m以深的地温随着地源热泵系统的制冷季-过渡季-供暖季-过渡季-制冷季的变化而呈现规律性的变化，呈现制冷季温度升高，供暖季温度降低，过渡季温度逐渐恢复的特征。20m以浅的地