成 果 简 介

应用场景

通过岩土热物性试验及参数反演识别来确定地下岩土热物性是地源热泵系统技术应用的重要环节，是国家标准中规定的强制性要求。该技术适用于任何利用清洁可再生的地热能来进行建筑供热供冷的实际工程，也是工程中水文地质调查和评价的一部分内容。

主要解决的问题

地源热泵系统技术中地下换热器部分的设计计算是整个系统设计的最重要环节，而其中地下岩土热物性的准确获取则关系到传热计算环节是否准确。通过对试验钻孔施加恒定热流（或变热流）的热脉冲，测试地下岩土体在外界刺激下的温度响应，通过记录温度和流量等数据，基于不同的反演模型分别求解岩土导热系数、岩土热容、岩土热扩散系数、钻孔热阻等岩土热物性参数，并利用统计学原理确定不同参数的概率区间及经验分布，获取基于风险控制条件下的热物性数据，用于指导工程设计，避免了基于无限长线热源或无限长柱热源模型求解的传统方法的随机不确定性问题，解决了热物性参数预测精度不足难题，有效控制设计裕量或出力不足。

技术要点

1.前期调查

在工程项目所在地进行实地勘探，通过实地分析选取测试钻孔位置及确定测试钻孔数目，标记好后进行测试设备安装及前期水电准备工作。

2.数据采集

通过岩土热物性试验测试仪器进行数据采集，获取地下换热器布管区域内测试钻孔在热脉冲作用下的实际温度响应数据，并对数据进行筛查分析，剔除粗大误差，减少随机因素影响。

3.建立不同初边值条件下反演模型

基于线热源模型、柱热源模型、动态环境作用下有限长线源模型、三维有限差分数值模型等多个反演模型，利用信赖域内点反射法、单纯形法、胡克捷夫法、粒子群优化算法等非线性寻优方法，进行多个参数的反演识别。

4.数理统计分析

将参数反演识别方法与蒙特卡洛随机模拟方法结合，基于概率论与数理统计方法，建立不确定性条件下的多模型参数反演识别方法，确定不同热物性参数的概率区间及经验分布，并利用风险控制理论进一步确定最终参数，为工程的顺利开展提供科学可靠的基础数据。

应用成效

研究成果已成功应用于哈尔滨地区多个地源热泵暖通空调系统设计工程案例，系统安装投入使用后，达到了预期的运行效果，节能效益显著。

适用范围

地源热泵系统技术是一项成熟成功的地热能利用技术，我国地源热泵系统工程安装数量和容量处于国际领先地位。任何系统工程中均需要进行岩土热物性试验及其参数反演。本技术通过复杂准确的多模型反演识别，能够有效减小岩土热物性参数识别技术的不确定性，获得较为准确的设计中间参数。

联 系 人：孟庆焕

联系电话：0451-82190721

科学技术研究院