独家对话|亚奇百擎（北京）能源科技有限公司岩土热物性测试负责人王春强
地源热泵技术因其节能、环保的优势得到了大力推广,岩土热物性测试是该技术的基础与保障,获取准确的岩土热物性参数能够提高该技术在系统设计时的准确度,避免造成系统初投资过大或系统运行效果差的情况。那么目前常用的地源热泵岩土热物性测试方法有哪些？如何判断测试数据是否准确？国外对地源热泵工程的热物性测试是如何要求的？就此，地源热泵网记者采访了亚奇百擎（北京）能源科技有限公司岩土热物性测试负责人王春强，希望对读者有所帮助。
热物性测试是系统设计的基础与保障
地源热泵网：岩土热物性测试在地源热泵的实际应用中扮演着什么样的角色？是否可有可无？
王春强：岩土热物性测试是地源热泵室外地埋系统设计、热泵机组选型、水泵选型、阀门的选型、管路系统设计等工作的基础工作之一，就像建筑物做的地质承载力勘查一样，这是最基础的工作。热物性测试工作是一项简单又复杂的工作，同时也牵涉到了很多方面的专业知识，专业知识性强，涉及面广。一个完整的测试报告需要具备多项专业知识来完成。
热物性测试工作是地源热泵系统集成中必须要进行的工作。举个简单的例子，某公司在天津做地源热泵工程，按照他们的经验，每米换热量是35w/m前提来做地埋系统。但是这个前提他是有个先决条件的，比方说经验是地埋管进水不会低于4℃，但如果甲方要求设计的地埋管系统是8℃进地埋管，那么经验会按照多少来选择每米换热量呢？显而易见，热物性测试工作是必须要进行的。即使同一地区，我认为也不应该按照经验来估计每米换热量，经验是有前提条件的，就是在一定的时间内它或许是可行的。要充分认识到量变到质变导致的地下温度变化的灾害性。天津某地区，由于水源热泵过多，导致土壤温度变低，那么以前在这个地区做地源热泵的经验都应该改变，如果按照经验来说，这样的地区以前做的地源热泵会瘫痪，以后做的也不会成功，因此必须进行热物性测试工作。河北黄骅某地源热泵运行5年后整体瘫痪，没做热物性测试工作是其瘫痪的原因之一，但还存在其他原因，如果说5年能够运行，那么第3年能够算经验吗？能够按照这个经验来做下一个工程吗？这样的经验只会让我们得到教训，因此热物性测试工作是必须要进行的，是一项最基础的工作。
地源热泵网：目前地源热泵岩土热物性测试主要有哪些方法和工具？最常用的是哪种？
王春强：岩土的热物性作为岩土本身的一种物理性质，无论对其进行放热或是取热试验，其数据处理过程基本相同（目前排冷数据如何分析正在进行）。因此规范中只要求采用向岩土施加一定功率（这里应该理解为冷量和热量）的方式，来进行热响应试验。
岩土体热物性测试仪采用的“恒热流法”，即通过电加热器提供一个相对稳定的加热功率，记录进出口温度、热量等数据。在地埋管换热器中介质与土壤的传热过程中，管内流体进出口温度逐渐升高，经历足够长时间后趋向于稳定状态。根据上述动态变化数据，经过一定的数学模型处理后，可以获得当地岩土体的综合导热系数。采用“恒热流法”确定岩土层的热物性是国际地源热泵协会（IGSHPA）的标准和美国采暖制冷与空调工程师学会（ASHRAE）手册所推荐的方法，也是国际上通行的做法和我国规范认可的方法。
“稳定工况”或“恒温法”，冷热源建立稳定地埋管换热器运行工况（进水温度和流量为某一定值），根据岩土体的冷、热响应情况逐渐稳定冷、热源的冷量或热量输出（出水温度和流量），可直观获得每米换热量。这种方法的主要目标是确定在“稳定”状态下每米钻孔的传热量。个人认为这种方法不可取，因为我们所做的测试工作的工况根本无法代替机组运行时地埋管的工况，因为机组在刚开始运行时，地埋管的实际运行工况与设计工况不一样，例如地埋管设计工况是8℃/4℃，我们在实际运行的工程中，从来就没有看到过哪个工程是一直按照这个温度在运行的，机组从刚开始运行一直到运行结束，地埋管的实际运行工况是一直在变化的。如果根据设计工况去做测试工作，那么就违反了模拟机组实际运行的事实情况。
热物性测试，因地制宜是关键
地源热泵网：为什么有的地源热泵系统容易出现问题？
王春强：其实所有的地源热泵都可以运行，地埋管钻孔数量多和少都可以运行，为什么会出现系统运行故障？主要是地埋实际的运行工况远远脱离的选定机组的地源侧工况要求，导致了地埋管的运行工况与机组的运行工况不匹配，系统就会出现运行故障。这里所说的故障是最初级的一个错误。更严重的错误就是整个地源热泵系统在最初几年运行没有问题，而后出现低温保护，尤其是建筑面积较大的工程，这就是没有考虑到逐年累积冷热量对地下温度造成的长期持续的影响，这种现象主要表现为山东以北地区出现运行几年以后，地下温度在持续降低，以南地区出现地下温度在逐年上升，降低和上升的幅度超过预想温度，导致系统运行出现问题。
再者就是在水平连管设计上存在问题，出现比较严重的水力失衡。出现部分地埋管换热器超负荷工作，一部分地埋管换热器不工作或者低负荷工作，使得地埋系统不能够完全发挥作用。关于水力失衡一个是设计原因，再一个就是阀门选用的问题。很多平衡阀在设计中都有，施工中也有，但他们很大一部分都是摆设。
地源热泵网：国外对地源热泵工程的热物性测试是如何要求的？与中国有什么不同？
王春强：国外的热物性测试基本都是按照恒功率加热进行热扰动，进而测得岩土热物性参数，进而指导设计。国内很多家都在做热物性测试仪，也在做热物性的测试工作，但是良莠不齐。中国人创造性的提出了排冷试验、恒进水温度试验、变流量测试试验等不同的测试方法，个人感觉没有必要。尤其是模拟冬夏工况的热物性测试，准确的说是模拟测试，这种方法不可取，首先是我们不能用3--4天的时间的模拟结果来代表整个夏天或者冬天的结果。其次，对于地埋管的运行工况是根据室内建筑负荷变化而变化的。因此，不同的地理条件下的建筑物、建筑物不同的使用功能，是很难准确模拟的。国外的地源热泵系统一般面积都不大，因此，他们的可靠性要更高一些。国内的地源热泵系统都非常大，热泵技术本身是一套可行可靠的系统，如果做得过大，那么会将土壤温度发生由量变到质变的变化，如果不采取可行有效的措施，较大的工程就会出现问题。
标准不统一，热物测试更不能马虎
地源热泵网：国内的热物性测试尚没有统一的标准，我们该如何来衡量和确定一个项目该采用什么样的地源热泵系统以及埋管规模？如何判断测试数据是否准确？
王春强：目前，地源热泵岩土热物性测试工作确实没有统一的标准，具体可以分为两个方面来说，第一就是岩土热物性测试仪器本身，仪器本身最主要的就是两个参数即流量和温度。但是有些测试仪器制造公司在组装之前进行流量和温度仪器仪表的检验，我认为是不准确的，应该在测试仪器整体制作完成后，进行的检验才具有真实性，究其原因是测试仪器内某些仪器仪表对安装尺寸是有严格要求的，否则，在未组装之前检验精度很高，但是组装后实际测量时精度就改变了。因此，对于测试仪整体的检验应当在测试仪器全部组装完毕后进行，并不是测试仪器内部原器件合格就代表测试仪合格了。但同时也存在这样的问题，在各省市的国家技术监督部门很少做这样的监督检验。第二就是测试工作的具体实施没有具体的标准，国标中也提到了一部分，个人认为有些东西确实没有太大的必要，例如测量土壤的初始温度一项，有建议采用循环水泵测量的方法，有采用在地埋管管壁绑扎温度传感器的做法。如果工程规模小，建议采用循环水泵测量初始温度的做法，工程规模较大，可以采用绑扎温度传感器的做法，此种做法一举两得，除了测量土壤的初始温度，同时此测温线可以用来做后期的温度监测系统使用。通过实践证明100米，不同深度土壤的温度梯度变化是很小的。因此，循环水泵测量初始温度是可行的。
针对某一特定工程，我们来如何选择地源热泵系统形式和埋管规模，最主要的还是室外地埋管的设计选型，核心就是首先确定地埋管的运行工况，针对不同的地区，地埋管的运行工况相差很多，地埋管运行工况的设计直接影响到室外地埋管的系统规模。进行完热物性测试工作，首先得到第一手资料，尤其是土壤原始温度，再配合热泵机组的制造要求，确定地埋管的运行工况。简单举一个特殊的工程案例，某工程在河北省张家口崇礼县，通过现场的热物性测试，地下温度仅为4℃多一点，那么这个工程按照常规地源热泵来做是不能的。一般的机组低温报警温度是4℃，也就是说地埋管系统是无法从地下提取热量的。如果要做地源热泵，那么地埋管的运行工况设计到冰点以下运行，这种工况对机组要求比较高，当然机组造价也会很高。通过简单的热物性测试工作，甚至不通过热物性测试工作，我们通过查询当地的年平均温度可以粗略的来衡量地下土壤的初始温度，虽然不太精确，但可以作为一个参考。当然作为奥运会滑雪场馆选址之一的崇礼县，有其独特的地理地质气候条件。因此，我们做地源热泵系统，一定要因地制宜的来选择地埋管的运行工况。记得有位重庆的朋友很奇怪天津地下土壤温度在15℃左右，地源热泵系统是怎么运行的？这么低的地下温度还能做地源热泵吗？这就是不同的地理位置，地下温度是不同的，如果拿甲地的经验值来做乙地的工程，不做测试，整个系统的匹配不是很好的。即使对于同一区，也不能拿经验值来做。天津西青区某工程，运行5天出现机组低温报警，最终认定是此地区的地下温度低于该区的其他地方的地温，进而导致系统运行不正常。
科研与市场结合，自主开发测试设备
地源热泵网：请介绍一下你开发热物测试设备产品的背景和原因，并介绍一下其特点和优势。
王春强：作为专门做机电安装的公司，我们知道想要从事哪个行业，必须有这个行业的施工规范和设计规范，我公司从2008年开始做地源热泵项目。室内末端系统，机房系统可以按照国家相关规范进行，对于室外地埋管系统，当时只有一本规范GB50366-2005《地源热泵系统工程技术规范》，规范中明确提出要进行岩土热物性测试工作，当初准备买一台设备，但是当时设备造价都太高，都在20--40万之间，因此，公司开始自己研发测试仪，通过与大学教授联合和实践的摸索，首先做出了冷热工况同时进行的首台测试仪器，不过马上就舍弃了，通过几年的不断改进研制出第七代岩土热物性测试仪器，在此过程中也参考了国外的测试仪器，测试仪器本身的技术问题克服了，然后就是后期的数据分析软件。参阅了设计院资深设计师、大学教授以及同行业领头公司的文献，几经更改，使得软件更加直观具体化，很多东西一目了然，同时也防止了在此上面作假，现场测试现场分析数据，杜绝伪测试报告，并在测试报告内附加原始测试数据，以供同行进行批评指正，在此建议规范再修订时，把“岩土热物性测试报告必须附带所有测试数据”加入规范内。
我公司生产的岩土热物性测试仪的特点是综合精度高，携带方便，体积小，重量轻，普通轿车可以同时携带最少两台测试仪器，对于地下土壤原始温度的测量可以采用两种方式，现场连接方式全部为不锈钢快速接头，连接用时时间短，20分钟内即可完成连接，电源可以是220V和380V，现场实时数据采集采用电脑显示，能够实时反馈数据，所有数据一目了然。后期软件数据分析，采用参数输入法，软件封装，无法作假。仪器方便携带，给业主及使用单位减少了大量的运输费用，仪器本身价格便宜，易于地源热泵岩土热物性测试仪器本身的推广和测试工作的展开。
喜忧参半的热物性测试前景
地源热泵网：您如何看待地源热泵行业热物测试前景？
王春强：关于热物性测试前景如何，一句话慨括就是“让人欢喜让人忧”，高兴的是很多公司、单位、业主已经认识到热物性测试工作的重要性了，此时对我们的系统设计集成提出了更高的要求，需要我们有强有力的设计思路和思想，要有全局观念、可持稳长期稳定运行的手段。同时也应该认识到，只要做了热物性测试工作，工程就没有问题了，这是错误的，是不全面的。要认识到热物性测试工作只是地源热泵系统设计的最基础的一项工作。认识到地源热泵需要前期做岩土热物性测试工作这点就是个提高，但是并不能认为做了岩土热物性测试工程就肯定ok，做完了热物性测试工作，还需要进行软件模拟分析，分析年累积冷热负荷对地下土壤温度的影响，动态模拟不同年份地下土壤的温度变化情况，使得土壤的温度变化在系统设计运行年限范围内。地温年温度模拟软件的几个参数是需要岩土热物性测试给出的，模拟完成后，就需要对地埋管系统进行优化设计，根据模拟结果采取地温监测及系统监测，然后根据实际的地温监测数据，采取相应的辅助冷热源措施，同时根据实际情况调整运行方案。因此可以看到，岩土热物性测试是最基础的工作，但他不是万能的。只有如上三个方面做到了，地源热泵系统才是比较完善的一套系统，只有岩土热物性测试工作展开了，才能进行下边的工作，因此，岩土热物性测试会越来越多的得到业内及业主的认可。
地源热泵网：您能不能介绍一下贵公司比较成功的地源热泵岩土热物测试项目。
王春强：我公司参与的岩土热物性测试的项目很多，从南边的广西南宁到北边的东北吉林长春，但不能因此就说地源热泵项目成功。热物性测试本身的成功并不代表整个地源热泵系统运行也会成功，里边还得附加其他的设计因素和考虑因素。项目运行是否成功需要长时间去考量，只能说通过岩土热物性测试以及相关比较成熟的设计理念，我们离成功越来越近。
我们曾经测试过的工程有：1、北京大兴方城子二小；2、北京大兴后安定小学；3、北京新国展别墅区；4、福建平潭岛；5、福建平潭一中；6、河南商丘；7、河北石家庄米兰春天；8、河北石家庄某药厂；9、河北石家庄无极县商场；10、河北唐山宝马4s店；11、河北唐山押运公司；12、河北张家口崇礼县；13、河北张家口沙城服务中心；14、河南建设大厦；15、河南洛阳；16、河南新乡隆基玫瑰园；17、河南新乡中医院；18、河南郑州学院；19、辽宁沈阳蓝旗堡服务区；20、河北秦皇岛国家网球馆训练基地；21、山东滨州港；22、山东临沂方城商场；23、山东蓬莱长兴岛；24、山西太原烟草公司；25、河北唐山宏尚文化产业园；26、天津大众DQ500双离合变速器；27、中国民航大学；28、辽宁大连庄河服务区；29、吉林长春远达生产资料市场等项目。
受访人简介：
王春强，男，1979出生，吉林大学工商管理专业，主要从事地源热泵岩土热物性测试、地埋管若干年后温度模拟、复合型地源热泵的设计安装，地源热泵系统可行性及可靠性运行分析。
（注：本栏目为地源热泵网开辟专栏，将邀请众多业内一线人员参与地源热泵相关的热点话题探讨。本栏目嘉宾表述内容仅代表其个人观点，不代表本网及《地源热泵》杂志立场，欢迎大家一起参与交流。本刊编辑部邮箱：dyrbw@dyrbw.com）
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