1 绪论
1.1 本文的研究背景和意义
以煤、石油和天然气为代表的化石能源正在日益减少，而随着人们生活水平的提高，对能源的需求却逐渐增长。所以新型能源的开发利用日益受到人们的重视，地能就是众多新型能源中比较重要的一种。浅层地能的开发目前以地源热泵为主要形式，而地源热泵中的土壤源热泵以其可再生性和清洁无污染等特点日益受到人们的重视。但是这种土壤源热泵系统的初次安装费用过高，这也是制约这种系统迅速发展的主要因素。因为土壤源热泵系统是通过埋设在地下的 U 型地埋管来取热和散热的，而埋设 U 型地埋管时需要钻凿相当数量的钻孔即换热孔。钻凿换热孔和铺设 U 型地埋管的费用在整个土壤源热泵空调系统的投资中所占比例很大，约有三分之一，直接影响了土壤源热泵系统的成本。
..........
1.2 热泵的研究应用
1.2.1 热泵的原理
热泵是一种消耗高品位能源实现能量从低温物体向高温物体传递的设备。热泵机组的原理简图如下：
热泵机组主要包括蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀四部分。冬季制热工况下，热泵工作介质经过膨胀阀后压强降低，沸点降低，在蒸发器中汽化吸热，流经压缩机加压后，沸点升高，在冷凝器中液化放热，完成一次循环，同时将热量从低温的室外热源循环转移到高温的空调末端循环。夏季制冷工况下，通过四通换向阀使热泵机组的冷凝器和蒸发器互换，这样夏季和空调末端循环换热的部分成了蒸发器，和室外热源循环换热的部分成了冷凝器，热量会从室内被转移到室外热源中，实现室内制冷。根据室外热源部分的不同，热泵系统可分为空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵、地热热泵等[2][3]。目前市场上普通家用空调和中央空调大多是空气源热泵系统。即冬季从室外空气中吸收热量排放到室内，夏季从室内吸收热量排放到室外。
.............
2 浅层岩土热物性参数测量仪的研制
2.1 测量仪的基本原理
土壤源热泵 U 型地埋管换热器的换热效果主要取决于埋管内循环水流速，U型管的管径大小，大地初始温度，岩土体的导热系数等。浅层岩土体的导热系数与它的矿物成分、有机质含量以及水和空气的比率有关[16]。由于空气和水的比例及岩土组分的比例不是一个恒定的值，所以很难用一个函数式来表示其与岩土体导热系数的关系。原位取样的岩土体样本在实验室测导热系数时会因温湿度、地层压力、孔隙比等指标的变化而不能准确地反映原地层的导热性能。所以现在一般倾向于采用现场测试的方法，直接测出几个物理量（流量、进出水温度等），根据能量平衡反算出待测换热孔的换热功率以及平均传热系数。
...........
2.2 循环系统
2.2.1 循环系统原理图
循环系统的作用是保证工作介质在整个测量系统中的循环流动，它主要包括循环泵、补水箱和阀门等，系统内部的连接是通过波纹管、钢管、三通、对丝等管件完成。循环系统的原理图参见“图 2-1 循环系统原理图”。
.............
3 测量仪的现场调试.........................25
3.1 接线...................................25
3.2 热能积算仪参数设置步骤.......................25
3.3 设置功率表........................26
3.4 埋设辅助测温传感器..........................26
3.5 接通循环水路.....................26
3.6 开始循环...........................27
3.7 开始打印...........................27
3.8 开加热器............................27
3.9 测试..................................27
3.10 关闭加热器.....................28
3.11 完成测试..........................28
4 圆筒壁传热模型的建立..................29
4.1 地埋管传热模型研究现状.....................31
4.2 圆筒壁传热模型的建立.................33
5 开发地埋管测试数据处理软件
5.1 地埋管测试数据处理软件的开发背景
国内外都进行过地埋管设计方面的研究，开发出了很多相关的软件。例如，山东建筑工程学院的方肇洪教授等研制了地埋管测试仪器，编制了地埋管设计软件“地热之星”。浙江大学的李阳春硕士也编制了“地源热泵系统设计”软件。各软件的侧重点不同，应用范围也各不相同，并不能通用。“地热之星”侧重配套测试仪数据处理和地埋管设计，除了输入测试数据外，还需输入关于热泵系统的参数和建筑物负荷等参数。但由于“地热之星”所用的传热模型和本文的模型并不相同，所以本文研制的浅层岩土热物性参数测量仪并不能应用“地热之星”进行数据处理。而“地源热泵系统设计”软件则主要进行地源热泵系统的设计，需要输入土壤热物性参数、建筑物的冷热负荷等参数。输出结果则是地埋管长、管间距、地埋管最高和最低平均温度等。为方便本文研制的浅层岩土热物性参数测量仪进行数据处理，本文也专门为测量仪开发了地埋管测试数据处理软件。
...........
6 结论
本文研制了“浅层岩土热物性参数测量仪”，建立了圆筒壁传热模型，并根据模型编制了测量仪的数据处理软件，对测量仪所测得数据进行处理，很方便地得到测试地区的地埋管换热功率，以及该类地埋管运行工况下的地埋管平均传热系数。
1、本文研制了浅层岩土热物性参数测量仪，该测量仪可以进行恒定流量变进水温度和恒定进水温度变流量两种工况下的测试。测量仪性能参数如下：换热孔深不大于 150m；地埋管类型单 U 或双 U 型换热管；温度测量精确到 0.1℃，换热功率计算精度 0.1W，平均传热系数计算精度 0.1W/（m*℃）。
2、本文建立了地埋管的圆筒壁传热模型。根据模型计算得到的平均传热系数，反映地埋管在换热过程中总的换热效果。因为影响地埋管换热率的是由地埋管、回填料以及岩土综合作用的结果，而平均传热系数 K 反映的正是这种综合作用的结果，所以平均传热系数更具有工程意义。
3、本文根据圆筒壁传热模型编制的数据处理软件可以很方便的对所测数据进行处理，但软件的功能还有待加强，例如输出结果中反映地埋管类型和回填料组分的影响等。
参考文献（略）