最大300m钻孔深度岩土热响应测试仪整机适配性研究

【资料简介】

最大300m钻孔深度岩土热响应测试仪整机适配性研究

摘要

随着地源热泵项目向更深钻孔发展，对热响应测试设备承压、循环水路、加热功率提出更高要求。北京鸿鸥成运岩土热响应测试仪设计承压≥0.6MPa，仪器适配最大测试深度300m，兼容单U‑De25、双U‑De32地埋管换热器。本文分析大深度钻孔热响应测试的技术难点：管路承压要求、循环流量保障、加热功率匹配。介绍设备水路承压结构、循环水泵选型；分别针对80‑150m常规孔、200‑300m大深度钻孔开展现场试验；对比单U、双U埋管测试工况差异；分析大深度钻孔测试中排气、管路保温的特殊要求。工程实践证明该设备可以稳定完成300m以内各类竖直地埋管原位热响应试验，填补国产设备大深度测试应用短板。

关键词：岩土热响应测试仪；300m钻孔；地埋管换热器；设备承压；双U埋管；浅层地热能

0 引言

国内浅层地热能开发不断走向更深钻孔，传统80‑120m埋管已经不能满足部分高密度建筑负荷需求，200‑300m深度竖直U型地埋管应用越来越广泛。钻孔深度提升，带来设备多方面挑战：埋管内部液柱压力升高，对仪器水路承压能力提出硬性要求；管路总长度增加，循环回路阻力变大，对循环泵流量输出能力要求提升；孔深增大，总加热热负荷随之提高，设备需要更大功率调节区间。

很多早期国产热响应测试设备，设计承压偏低，仅仅适配150m以内浅孔，面对200‑300m钻孔，水路存在渗漏风险；同时加热档位不足，无法匹配大孔深50‑80W/m热负荷。北京鸿鸥成运岩土热响应测试仪，水路承压≥0.6MPa，最大适配测试深度300m，六档加热模块可以输出最高15kW总加热功率，兼容De25单U、De32双U埋管。本文针对大深度钻孔工况开展整机适配性研究。

1 大深度地埋管热响应测试技术难点

第一，液柱压力：300m钻孔内部循环介质液柱压力接近0.3MPa，叠加管路阻力、泵出口压力，整机水路承压必须留有充足安全余量；

第二，循环阻力：埋管管路加长，沿程阻力显著上升，循环泵流量容易衰减，流量不足会造成埋管内部换热变差，进出水温差异常；

第三，加热功率：300m钻孔，按照规范50‑80W/m计算，需要总加热功率15‑24kW，设备需要多档位大功率输出；

第四，排气难度：大深度埋管管路容积大，内部积存气体不容易排出，气泡会造成流量测量跳变，严重干扰试验数据；

第五，管路散热：埋管回路管线长，外露管路散热损失占比提升，如果保温不到位会引入系统误差。

2 鸿鸥成运设备硬件适配设计

2.1水路承压设计≥0.6MPa

整机水路全部管路、接头、阀门、传感器全部按照≥0.6MPa承压等级选型，相比300m钻孔液柱压力预留充足安全余量，避免长期运行渗漏。出厂整机水路做水压耐压试验，杜绝装配缺陷造成的泄漏。

2.2循环水泵、管路接口适配De25/De32

配置高扬程循环泵，针对长管路阻力做流量冗余设计，保障大深度埋管工况下回路循环流量达到规范要求。设备快速接头兼容工程常用De25单U、De32双U地埋管管路，现场拆装便捷。

2.3六档加热功率对深浅不同钻孔适配

六档独立加热模块，最大总输出15kW，针对200‑300m大深度钻孔，可以多组3kW加热模块叠加，匹配规范推荐单位深度热负荷；针对80‑150m常规浅孔，选用2kW档位组合，避免功率过载。

3 现场试验：常规深度与大深度钻孔对照

选取三组钻孔开展对比试验：D孔130m双U；E孔220m双U；F孔292m双U。

D孔130m：采用2kW+2kW合计4kW加热，循环流量稳定1.8m³/h；

E孔220m：3kW+3kW+2kW合计8kW加热，循环流量1.72m³/h；

F孔292m：3kW+3kW+3kW合计9kW加热，循环流量1.65m³/h。

F孔接近设备最大适配深度300m，整机水路全程无渗漏，流量、温度采集曲线连续平滑。对比三组试验，大深度钻孔工况下，设备六档加热输出稳定，承压部件运行正常。同时对比单U埋管试验，同等孔深条件下，单U埋管回路阻力更大，需要关注循环流量是否达标。

4 300m深度测试施工关键管控要点

第一，整机正式开机之前，充分对整套循环管路排气。大深度埋管气体排出速度慢，需要多次反复排气操作，直到流量读数稳定无跳变；

第二，设备与地埋管之间外露连接管路全部包裹保温棉，降低管路散热带来的试验误差；

第三，大深度钻孔优先选用多组3kW模块叠加，不要依靠单一大功率档位；

第四，试验前检查水路接头密封圈，确认承压部件完好；

第五，关注供电容量，大深度钻孔满功率加热，对现场供电功率要求高。

5 设备应用局限性说明

设备最大适配测试深度300m，超出该深度，液柱压力、管路阻力超出设备设计边界，不建议开展试验。野外测试必须保证供电稳定，电压波动大的工地需要配置稳压电源。

6 结论

针对国内200‑300m大深度地埋管越来越多的工程现状，北京鸿鸥成运热响应测试仪水路承压≥0.6MPa，搭配高扬程循环泵与六档可调加热单元，可以稳定完成300m及以内深度单U、双U地埋管原位热响应测试。大深度钻孔测试，排气、管路保温、供电保障是现场施工的关键控制点。该设备补齐国产装备在大深度钻孔热响应测试方面的短板，为深层浅层地热能项目勘察提供硬件支撑。

参考文献

[1] GB 50366‑2005 地源热泵系统工程技术规范[S].

[2] 王贵玲.浅层地热能勘查评价技术要求[M].地质出版社,2021.

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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

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