国产化岩土热响应测试装备发展现状与工程推广应用展望

【资料简介】

国产化岩土热响应测试装备发展现状与工程推广应用展望

摘要

地埋管地源热泵产业快速发展，岩土热响应测试是地源热泵系统设计的前置勘察手段。过去国内市场长期依赖进口热响应测试设备，设备采购成本高，售后响应周期长。近些年国产装备快速迭代升级，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司开发的全套岩土热响应测试系统，实现多档位加热、高精度采集、本地‑云端双存储、硬件加密锁解析软件、最大适配300m钻孔，整机性能达到优秀水平。本文梳理国内外热响应测试装备发展历程；对比进口设备与国产设备在硬件指标、采购成本、售后服务、本地化工况适配方面的差异；分析国产设备现存优势与尚待提升的方向；结合大量工程案例总结国产化装备推广应用成效；面向双碳背景下浅层地热能规模化开发，对热响应测试装备未来发展方向做出展望，包含智能化故障诊断、AI辅助数据判别、多参数一体化监测、设备模块化集成等方向。为国产热响应测试装备行业发展提供参考。

关键词：热响应测试；国产化装备；地源热泵；浅层地热能；装备发展；双碳

0 引言

在双碳战略推动之下，浅层地热能作为清洁可再生能源，在建筑供暖供冷领域得到大规模推广。岩土热响应测试用来获取地层导热系数、容积比热容、初始地温等关键参数，直接决定地埋管数量与工程投资，是地源热泵项目勘察阶段的核心环节。

早期国内热响应测试设备市场，进口设备占据很大份额，设备价格昂贵，配件采购周期长，设备按照国外地质工况设计，对国内工地供电波动、野外复杂环境适配性一般。最近十年国内仪器厂商持续技术攻关，国产热响应测试装备在采集精度、加热功率调节、数据存储、配套解析软件层面实现大幅度提升，逐步实现替代。北京鸿鸥成运研制的国产化岩土热响应测试系统，针对国内施工现场痛点完成针对性优化，已经在大量工程项目投入使用。本文对热响应测试装备国产化进程、应用现状以及未来发展开展综合研究。

1 国内外热响应测试装备发展概况

国外热响应测试技术起步较早，北欧、北美从上世纪80年代开始开展原位热响应测试，形成成熟商用设备，设备精度较高，但是整机价格高昂，软件多为闭源，硬件加密管控缺失，设备维护成本高。

国内热响应测试技术引入始于2000年前后，早期设备多为简单仿制，存在加热档位少、采集精度不足、无远程监测、解析软件简陋等短板。最近几年行业快速进步，部分国产厂商突破高精度传感采集、多支路独立加热、物联网云平台、硬件加密解析软件等关键技术，设备整机指标已经可以对标进口产品，同时更加适配国内复杂野外工地条件。

2 国产鸿鸥成运热响应测试系统核心技术优势

整套系统硬件：六路独立加热支路（3×2kW+3×3kW）；温度测量误差≤±0.2℃；流量测量误差≤±1%；加热功率测量误差≤1%；水路承压≥0.6MPa，适配最大300m钻孔；工业组态触控屏；硬件断电记忆；U盘本地存储+4G云平台双链路备份；全套传感器支持计量检定。

配套软件：硬件加密锁授权，内核不可修改，4套解析算法并行运算，自动输出全套岩土热物性参数与延米换热量。

对比进口设备：采购成本显著降低；国内本地化售后，故障响应快；针对国内工地电压波动、野外恶劣环境做优化；解析软件适配国内JGJ/T 438‑2018标准；硬件配件供货周期短。

3 国产化设备工程应用现状

该套国产化设备已经在华北、西北、华中多地项目投入工程实践，覆盖黏土、砂层、卵石、基岩多种地质，孔深80‑295m，服务住宅、公共建筑、产业园等地源热泵勘察项目，同时服务第三方检测机构。大量工程实践证明，设备采集精度、运行稳定性可以满足工程勘察与第三方检测业务要求。

同时也要客观看到国产装备行业整体仍然存在参差不齐现象，市场上大量低价低端设备，精度不达标，无整机校准，解析软件无管控，扰乱市场，需要行业规范化引导。

4 国产化装备现存短板

第一，行业厂商技术水平差距大，低端低价产品拉低国产设备整体口碑；

第二，智能化程度还有提升空间，隐性故障自动识别能力有待加强；

第三，行业统一整机检测评价标准有待进一步优化。

5 未来技术发展展望

5.1智能故障诊断与AI数据质量判别

现阶段设备可以识别显性告警故障，未来引入AI算法自动识别隐性故障，例如管路进气、传感器漂移，自动评估原始数据质量，给出数据有效性评价。

5.2多参数一体化集成

在流量、温度、电功率基础之上，拓展地温梯度监测、回路压力监测等一体化采集，一台设备实现更多勘察参数同步获取。

5.3设备高度模块化

加热模块、采集模块、泵组模块化设计，便于现场维修更换，降低后期维护成本。

5.4软件算法持续迭代

解析软件持续优化模型，针对大深度钻孔、复杂地层条件优化反演算法，进一步提升计算精度。

5.5行业规范化建设

推动热响应测试整机评价标准落地，区分元器件检定与整机系统校准，引导行业高质量发展。

6 结论

随着浅层地热能产业持续发展，岩土热响应测试装备国产化是大势所趋。北京鸿鸥成运岩土热响应测试系统，在采集精度、多档位加热、双链路数据存储、加密解析软件、大深度钻孔适配等方面实现技术突破，整机性能对标进口产品，同时具备成本、售后、本地化工况适配优势，已经在众多工程项目得到验证。

国产装备行业仍然存在产品水平良莠不齐的现状，未来需要向着智能化、模块化、行业规范化方向持续发展。国产化高性能热响应测试装备，将为我国双碳目标下浅层地热能规模化开发提供坚实硬件保障。

参考文献

[1] JGJ/T 438‑2018，地源热泵热响应测试标准[S].

[2] 王贵玲.浅层地热能勘查评价技术要求[M].北京:地质出版社,2021.

[3] 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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地热管理系统（geothermal management system）是为实现地热资源的可持续开发而建立的管理系统。

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1.0-1000米单点温度检测（普通表和存储表）／0-3000米单点温度检测（普通显示，只能显示温度，没有存储分析软件功能）

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