Development of Thermal Performance and Response Test for Reliable Design of Ground-Source Heat Pump

地源热泵可靠设计的热性能和响应测试的发展

基本信息

批准号：
16F16074
负责人：
大岡龍三
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地中熱利用ヒートポンプの設計において、最も重要な作業は、地中熱交換器（GHE：Ground heat exchanger）の規模の決定である。一般的に最も広く利用されている地中熱交換器は、垂直密閉型地中熱交換器である。中熱交換器の設計のために必要なパラメータである土壌の熱伝導率と中熱交換器の熱抵抗を得るためには熱応答試験（TRT：Thermal response test）が行われる。TRTはよく確立された実験法であるが、外乱の影響によって推定結果が非常に不安になる短所がる。そして、近年中熱交換器のより高い熱性能を目指い、材料と形状の側面から研究開発が行われている。特に比較的大きな直径を持つ基礎杭熱交換器の場合、熱交換機の経常的な自由度が高いため、多様な熱交換器が提案されている。それらの熱性能を確認するために、熱性能試験（TPT：Thermal performance test）が行われている。TRTが一定注入熱量率の実験条件で流量と循環水の温度を計測する一方で、TPTは一定入口温度の実験条件で注入熱量率を求める。TPTはGHEの熱容量に影響を受けにくく、循環水から土壌に伝わる熱量を直接把握することができる。TRTとTPTは、実験方式の違いにより一次的に提供する情報が異なる。しかし、異なる構成の実験装置が必要なため、現場でTPTとTRTの両方を行うのは現実的でない。また、既往研究で報告されたTPT装置は、サーマルバッファとしての水タンクと複雑な制御装置を必要とするため制作費用が高額となる問題があった。本研究では、既存のTRT装置を改造し、安価にTPT装置に変更する方法を提案する。そして、従来TRTで推定されてきた土壌パラメータをTPTデータから推定する方法も提案し、熱性能・応答試験（TPRT：Thermal response response test）と名付ける。

地热热泵设计中最重要的任务是确定地面热交换器（GHE）的大小。最常用的地热热交换器是垂直密封的地热换热器。进行热响应测试（TRT），以获得土壤的热导率和中等热交换器的热电阻，这是中型热交换器设计所需的参数。 TRT是一种完善的实验方法，但干扰的影响使估计结果极为不确定的缺点。近年来，研究和开发是在材料和形状方面进行的，目的是实现较高的热交换器的热性能。特别是，在具有相对较大直径的基础桩热交换器的情况下，已经提出了各种热交换器，因为热交换器具有高度的操作自由度。为了确认这些的热性能，进行了热性能测试（TPT）。虽然TRT在实验条件下以恒定的入口温度测量了在实验条件下的流速和循环水温，但TPT决定了在实验条件下以恒定入口温度的测定热速率。 TPT不太可能受到GHE的热容量的影响，并且可以直接掌握从循环水传递到土壤的热量。 TRT和TPT的主要方式提供的信息取决于实验方法。但是，由于需要不同配置的实验设备，因此在现场中同时执行TPT和TRT并不实用。此外，先前研究中报道的TPT设备存在高生产成本的问题，因为它需要水箱作为热缓冲区和复杂的控制装置。在这项研究中，我们提出了一种修改现有TRT设备并以廉价价格更改为TPT设备的方法。我们还提出了一种估计土壤参数的方法，该方法先前使用TPT数据中的TRT估算，并将其命名为热响应测试（TPRT）。