Ingo Sass，Clemens Lehr
達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)
Schnittspahnstr. 9
D-64287 達(dá)姆施塔特，德國
一、概述
熱響應(yīng)測試或地?zé)犴憫?yīng)測試（TRT或GRT）是一種調(diào)查鉆入軟巖或硬巖的地埋管換熱器（BHE）熱物性的野外方法（圖1）。利用熱響應(yīng)測試，以穩(wěn)態(tài)推動將熱能注入地埋管換熱器。地埋管換熱器一般包含一個或多個高密度聚乙烯換熱器管環(huán)路，其中載熱流體以固定流量泵入循環(huán)中。熱響應(yīng)測試設(shè)備的加熱器用固定功率對流體進(jìn)行加熱。連續(xù)測量出、入口溫度以及循環(huán)體積流量。工作流體通過井筒完成進(jìn)入地層的熱傳輸機(jī)理是傳導(dǎo)。評估這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)由地層和地埋管換熱器構(gòu)造本身引起的熱損失。獲得熱損失就補(bǔ)齊了整個鉆進(jìn)深度的完整數(shù)據(jù)。通常不利用單層地層的測量。熱響應(yīng)測試方法不同于新開發(fā)的改進(jìn)型地?zé)犴憫?yīng)測試方法（eGRT），改進(jìn)型熱響應(yīng)測試只需有地埋管換熱器而沒有設(shè)備需要，經(jīng)濟(jì)上可行且非常有效。
用于測量整個鉆孔深度的平均熱導(dǎo)率的熱響應(yīng)測試結(jié)構(gòu)。圖給出了大致的地質(zhì)情況
用于測量整個鉆孔深度的平均熱導(dǎo)率的熱響應(yīng)測試結(jié)構(gòu)。圖給出了大致的地質(zhì)情況
熱響應(yīng)測試的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用是收集有關(guān)較大的地埋管換熱器場地的設(shè)計和模型過程的數(shù)據(jù)。此外，利用熱響應(yīng)測試可以對建立地埋管換熱器的技術(shù)完備性進(jìn)行評估。常規(guī)評估（用線熱源法）要求測試持續(xù)時間一般超過50h，獲得準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)熱流的條件。因?yàn)樵u估為非穩(wěn)定狀態(tài)，可應(yīng)用柱熱源理論提高評估的精度，減少測試的持續(xù)時間（以及費(fèi)用）。今后地?zé)犴憫?yīng)測試方法的影響會增加，因?yàn)樾枰u估已裝有地埋管換熱器的房地產(chǎn)行業(yè)。對房產(chǎn)交易中的地埋管換熱器場地進(jìn)行檢查，是地?zé)釕?yīng)該關(guān)注的一部分。熱響應(yīng)測試得到的溫度圖說明了注入的熱能和巖土熱物性之間的關(guān)系。按照傳統(tǒng)根據(jù)簡化的線熱源理論確定巖石參數(shù)（Hellström，1991）。Kelvin（1860/61）在把埋藏的電線線路的熱傳導(dǎo)到土壤的理論中提出了他的線熱源概念。Ingersoll 和Plass（1948）對單U型地埋管換熱器，把Kelvin的理論與熱動力相聯(lián)系，并提出了數(shù)學(xué)模型。而線熱源的數(shù)學(xué)模型基于無限小的線熱源（Carslaw & Jaeger，1959）。另一方面，簡化需要根據(jù)地埋管換熱器的幾何形狀和條件進(jìn)行曲線擬合。關(guān)于地埋管換熱器，線熱源方程式的穩(wěn)態(tài)解析解的一些假設(shè)如下：
得到的地下溫度由入口和出口計算得到的流體平均溫度替代。
從鉆孔資料或評估獲得熱響應(yīng)測試前地層未受擾動的溫度。
測試距離確定等于地埋管換熱器的半徑。
引入流體與孔壁之間的導(dǎo)熱熱阻。
有效熱導(dǎo)率為在鉆孔總深度上的平均值，和熱擴(kuò)散率一樣。
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