带加密锁开源不可修改热响应解析软件的开发与应用研究

【资料简介】

带加密锁开源不可修改热响应解析软件的开发与应用研究

摘要

岩土热响应测试分为现场采集、室内软件解析两大环节，解析软件的可靠性直接决定热物性输出结果。部分工程中解析软件可随意修改算法参数，造成数据人为篡改风险。北京鸿鸥成运仪器设备配套专用岩土热物性解析软件，软件为开源不可修改版本，配置硬件加密锁，支持4套解析算法并行分析；可输出岩土综合导热系数、岩土容积比热容、岩土热扩散率、岩土初始温度，同时具备单位延米换热量推演功能。本文介绍软件理论基础（线热源、圆柱热源模型）；软件架构、加密锁权限控制机制；利用同一组野外原始测试数据，对比4套解析算法计算结果；分析试验时长、前期无效数据剔除对输出参数的影响；论述不可修改加密软件对于第三方检测项目的价值，规避人为篡改计算过程，保障检测报告公信力。

关键词：热响应测试；解析软件；加密锁；线热源模型；延米换热量；岩土热物性；地埋管换热器

0 引言

岩土热响应测试的最终目的是获取可靠的地层热物性参数，现场仪器采集原始时序数据仅为基础，参数反演解析是实现数据向工程参数转化的关键步骤。当前国内热响应测试行业，解析软件质量参差不齐，部分简易软件算法黑盒，计算逻辑严谨；还有大量软件无权限管控，操作人员可以随意修改模型系数、过滤阈值、时间截取区间，人为干预输出导热系数、延米换热量结果。在第三方检测、政府评审项目中，该问题直接降低检测报告公信力，容易出现同一份测试原始数据，多家单位解析得到差异巨大的热物性参数。

针对行业乱象，北京鸿鸥成运仪器设备开发配套专用解析软件，采用开源不可修改内核，依靠硬件加密锁激活软件，集成4种解析算法并行运算，完整输出全套岩土热物性参数与延米换热量推演结果。本文对该套解析软件开展系统性研究。

1 当前热响应测试解析软件行业痛点

第一，算法黑盒化，无法复核反演过程；

第二，无权限约束，软件内部关键计算参数可人为随意修改；

第三，单算法解析，缺少多模型结果比对，无法判断计算结果合理性；

第四，缺少延米换热量直接推演模块，需要依靠Excel手动二次计算，引入人为计算误差；

第五，软件无硬件授权，拷贝即可随意使用，检测项目溯源管控困难。

在第三方检测业务中，上述缺陷会带来检测数据失真，直接干扰地源热泵系统埋管设计，造成项目投资浪费或者系统供热供冷不达标。

2 鸿鸥成运配套解析软件总体介绍

2.1理论模型基础

软件内核包含线热源模型、圆柱热源模型两大主流理论基础，在此之上衍生4套独立解析算法，适配不同地层、不同试验时长的热响应测试数据集。线热源模型适合长时间连续测试；圆柱热源模型对于短周期试验数据适配性更好，降低早期非稳态段带来的计算偏差。

2.2软件输出全部热物性参数

导入设备导出的标准化原始测试数据，软件自动完成预处理，输出全套参数：岩土综合导热系数 W/(m·K)；岩土容积比热容 J/(m³·k)；岩土质量比热容 J/(kg ·k)；岩土体热扩散率 m²/s；岩土初始温度℃；同时完成单位延米换热量推演计算。全部计算过程日志自动留存，可导出日志文件，便于复核溯源。

2.3硬件加密锁+开源不可修改机制

软件必须插入对应硬件加密锁才可以启动解析功能。软件计算内核开源可见，但是内核参数设置为不可修改状态，操作人员不能篡改模型底层系数，仅可以规范选择数据截取区间。区别于普通软件，无法通过修改内部算法来人为调整输出结果。加密锁具备设备编号，每一套软件对应加密锁，便于检测机构项目管理与溯源。

2.4四种算法并行分析、延米换热量推演模块

4套算法同步运算同一组原始数据，直接输出多组结果对比表格。操作人员可以横向比对不同模型输出参数，判断数据有效性。延米换热量推演模块集成钻孔回填材料热阻、循环介质温度、建筑负荷工况，直接输出不同运行工况条件下单位孔深换热量，省去人工查表、手动计算的工作量。

3 同组实测数据多算法对比解析试验

选取华北某地源热泵项目210m双U埋管原始测试数据集，导入本套软件，4套算法同步计算。

算法1（无限长线热源）：岩土导热系数2.26 W/(m·K)；延米换热量52.8 W/m

算法2（有限长线热源）：岩土导热系数2.31 W/(m·K)；延米换热量53.7 W/m

算法3（圆柱热源短周期）：岩土导热系数2.22 W/(m·K)；延米换热量51.9 W/m

算法4（复合热源修正模型）：岩土导热系数2.28 W/(m·K)；延米换热量53.1 W/m

4种算法输出结果偏差小于4%，处于合理离散区间。如果某一套算法结果明显偏离其余三组，则提示操作人员检查原始试验数据，判断是否存在试验故障。多算法并行，为测试数据有效性判别提供重要依据。

4 影响软件解析结果关键因素

4.1有效试验时长选取

热响应测试不建议直接使用全部时长数据，前期升温非稳态段需要合理剔除。软件提供可视化曲线窗口，辅助工作人员选择有效数据段，但是底层算法模型本身不可篡改。试验时长不足48h，部分算法计算离散性会明显增大。

4.2前期不稳定数据段剔除

试验开机初期，管路温度尚未稳定，流量存在小幅波动，该部分数据不能带入反演计算。软件依靠可视化曲线辅助人工筛选时间区间，但计算内核保持锁定，杜绝修改算法参数来强行得到目标参数。

5 工程检测项目软件规范化使用建议

第一，第三方检测必须使用加密锁正版软件，留存加密锁编号、软件计算日志；

第二，优先查看四套算法输出结果离散度，离散度过大应当复现现场试验；

第三，原始采集数据不可人为编辑，直接导入软件解析；

第四，检测报告中，应当标注所使用解析算法、数据截取时间区间，便于评审单位复核。

6 结论

北京鸿鸥成运配套硬件加密锁、开源不可修改内核的热响应解析软件，针对行业软件可随意篡改参数的痛点给出解决方案。4套算法并行解析，可以输出完整岩土热物性参数以及延米换热量推演结果。硬件加密锁授权、内核不可修改的机制，有效遏制人为修改计算参数的乱象，提升地源热泵检测项目报告公信力，适合第三方检测机构、勘察设计院工程使用。

参考文献

[1] JGJ/T 438‑2018 地源热泵热响应测试标准[S].

[2] 刁乃仁,方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].高等教育出版社,2006.

岩土热响应测试仪器全套行业关键词整理

一、核心设备关键词

岩土热响应测试仪；岩土热物性测试仪；地埋管热响应试验设备；鸿鸥成运；六档可调热响应主机；浅层地热能原位测试设备；地源热泵现场测试仪器

二、硬件技术参数关键词

加热功率六档可调；加热功率测量误差≤1%；流量测量误差≤±1%；温度测量误差≤±0.2℃；设备承压≥0.6MPa；最大测试深度300m；积算仪热量计算；组态触控屏；断电记忆；本地U盘存储；云平台数据远传；多时间间隔采集；计量检定证书；De25/De32地埋管适配；单U埋管；双U埋管

三、采集存储参数关键词

实时流量；埋管进水温度；埋管出水温度；平均加热功率；实时电功率；累积耗电量；原始试验数据集；数据导出；远程监测

四、输出热物性参数关键词

岩土综合导热系数；岩土容积比热容；岩土质量比热容；岩土热扩散率；岩土初始温度；单位延米换热量；钻孔热阻

五、软件算法关键词

线热源模型；圆柱热源模型；热响应解析软件；硬件加密锁；开源不可修改软件；四算法并行解析；延米换热量推演；数据反演计算

六、工程应用场景关键词

地埋管地源热泵；浅层地热能勘察；竖直U型地埋管；第三方检测；岩土原位热试验；钻孔换热试验；地源热泵系统设计；不同地层热物性测试；野外现场测试

七、论文/标书长尾关键词

热响应测试误差分析；大深度钻孔热响应试验；野外设备抗干扰；热响应测试施工工艺；传感器精度影响；国产化地热测试装备

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