獨家對話|亞奇百擎（北京）能源科技有限公司巖土熱物性測試負責人王春強
地源熱泵技術(shù)因其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢得到了大力推廣,巖土熱物性測試是該技術(shù)的基礎(chǔ)與保障,獲取準確的巖土熱物性參數(shù)能夠提高該技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計時的準確度,避免造成系統(tǒng)初投資過大或系統(tǒng)運行效果差的情況。那么目前常用的地源熱泵巖土熱物性測試方法有哪些？如何判斷測試數(shù)據(jù)是否準確？國外對地源熱泵工程的熱物性測試是如何要求的？就此，地源熱泵網(wǎng)記者采訪了亞奇百擎（北京）能源科技有限公司巖土熱物性測試負責人王春強，希望對讀者有所幫助。
熱物性測試是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)與保障
地源熱泵網(wǎng)：巖土熱物性測試在地源熱泵的實際應(yīng)用中扮演著什么樣的角色？是否可有可無？
王春強：巖土熱物性測試是地源熱泵室外地埋系統(tǒng)設(shè)計、熱泵機組選型、水泵選型、閥門的選型、管路系統(tǒng)設(shè)計等工作的基礎(chǔ)工作之一，就像建筑物做的地質(zhì)承載力勘查一樣，這是最基礎(chǔ)的工作。熱物性測試工作是一項簡單又復雜的工作，同時也牽涉到了很多方面的專業(yè)知識，專業(yè)知識性強，涉及面廣。一個完整的測試報告需要具備多項專業(yè)知識來完成。
熱物性測試工作是地源熱泵系統(tǒng)集成中必須要進行的工作。舉個簡單的例子，某公司在天津做地源熱泵工程，按照他們的經(jīng)驗，每米換熱量是35w/m前提來做地埋系統(tǒng)。但是這個前提他是有個先決條件的，比方說經(jīng)驗是地埋管進水不會低于4℃，但如果甲方要求設(shè)計的地埋管系統(tǒng)是8℃進地埋管，那么經(jīng)驗會按照多少來選擇每米換熱量呢？顯而易見，熱物性測試工作是必須要進行的。即使同一地區(qū)，我認為也不應(yīng)該按照經(jīng)驗來估計每米換熱量，經(jīng)驗是有前提條件的，就是在一定的時間內(nèi)它或許是可行的。要充分認識到量變到質(zhì)變導致的地下溫度變化的災害性。天津某地區(qū)，由于水源熱泵過多，導致土壤溫度變低，那么以前在這個地區(qū)做地源熱泵的經(jīng)驗都應(yīng)該改變，如果按照經(jīng)驗來說，這樣的地區(qū)以前做的地源熱泵會癱瘓，以后做的也不會成功，因此必須進行熱物性測試工作。河北黃驊某地源熱泵運行5年后整體癱瘓，沒做熱物性測試工作是其癱瘓的原因之一，但還存在其他原因，如果說5年能夠運行，那么第3年能夠算經(jīng)驗嗎？能夠按照這個經(jīng)驗來做下一個工程嗎？這樣的經(jīng)驗只會讓我們得到教訓，因此熱物性測試工作是必須要進行的，是一項最基礎(chǔ)的工作。
地源熱泵網(wǎng)：目前地源熱泵巖土熱物性測試主要有哪些方法和工具？最常用的是哪種？
王春強：巖土的熱物性作為巖土本身的一種物理性質(zhì)，無論對其進行放熱或是取熱試驗，其數(shù)據(jù)處理過程基本相同（目前排冷數(shù)據(jù)如何分析正在進行）。因此規(guī)范中只要求采用向巖土施加一定功率（這里應(yīng)該理解為冷量和熱量）的方式，來進行熱響應(yīng)試驗。
巖土體熱物性測試儀采用的“恒熱流法”，即通過電加熱器提供一個相對穩(wěn)定的加熱功率，記錄進出口溫度、熱量等數(shù)據(jù)。在地埋管換熱器中介質(zhì)與土壤的傳熱過程中，管內(nèi)流體進出口溫度逐漸升高，經(jīng)歷足夠長時間后趨向于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)上述動態(tài)變化數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的數(shù)學模型處理后，可以獲得當?shù)貛r土體的綜合導熱系數(shù)。采用“恒熱流法”確定巖土層的熱物性是國際地源熱泵協(xié)會（IGSHPA）的標準和美國采暖制冷與空調(diào)工程師學會（ASHRAE）手冊所推薦的方法，也是國際上通行的做法和我國規(guī)范認可的方法。
“穩(wěn)定工況”或“恒溫法”，冷熱源建立穩(wěn)定地埋管換熱器運行工況（進水溫度和流量為某一定值），根據(jù)巖土體的冷、熱響應(yīng)情況逐漸穩(wěn)定冷、熱源的冷量或熱量輸出（出水溫度和流量），可直觀獲得每米換熱量。這種方法的主要目標是確定在“穩(wěn)定”狀態(tài)下每米鉆孔的傳熱量。個人認為這種方法不可取，因為我們所做的測試工作的工況根本無法代替機組運行時地埋管的工況，因為機組在剛開始運行時，地埋管的實際運行工況與設(shè)計工況不一樣，例如地埋管設(shè)計工況是8℃/4℃，我們在實際運行的工程中，從來就沒有看到過哪個工程是一直按照這個溫度在運行的，機組從剛開始運行一直到運行結(jié)束，地埋管的實際運行工況是一直在變化的。如果根據(jù)設(shè)計工況去做測試工作，那么就違反了模擬機組實際運行的事實情況。
熱物性測試，因地制宜是關(guān)鍵
地源熱泵網(wǎng)：為什么有的地源熱泵系統(tǒng)容易出現(xiàn)問題？
王春強：其實所有的地源熱泵都可以運行，地埋管鉆孔數(shù)量多和少都可以運行，為什么會出現(xiàn)系統(tǒng)運行故障？主要是地埋實際的運行工況遠遠脫離的選定機組的地源側(cè)工況要求，導致了地埋管的運行工況與機組的運行工況不匹配，系統(tǒng)就會出現(xiàn)運行故障。這里所說的故障是最初級的一個錯誤。更嚴重的錯誤就是整個地源熱泵系統(tǒng)在最初幾年運行沒有問題，而后出現(xiàn)低溫保護，尤其是建筑面積較大的工程，這就是沒有考慮到逐年累積冷熱量對地下溫度造成的長期持續(xù)的影響，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)為山東以北地區(qū)出現(xiàn)運行幾年以后，地下溫度在持續(xù)降低，以南地區(qū)出現(xiàn)地下溫度在逐年上升，降低和上升的幅度超過預想溫度，導致系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題。
再者就是在水平連管設(shè)計上存在問題，出現(xiàn)比較嚴重的水力失衡。出現(xiàn)部分地埋管換熱器超負荷工作，一部分地埋管換熱器不工作或者低負荷工作，使得地埋系統(tǒng)不能夠完全發(fā)揮作用。關(guān)于水力失衡一個是設(shè)計原因，再一個就是閥門選用的問題。很多平衡閥在設(shè)計中都有，施工中也有，但他們很大一部分都是擺設(shè)。
地源熱泵網(wǎng)：國外對地源熱泵工程的熱物性測試是如何要求的？與中國有什么不同？
王春強：國外的熱物性測試基本都是按照恒功率加熱進行熱擾動，進而測得巖土熱物性參數(shù)，進而指導設(shè)計。國內(nèi)很多家都在做熱物性測試儀，也在做熱物性的測試工作，但是良莠不齊。中國人創(chuàng)造性的提出了排冷試驗、恒進水溫度試驗、變流量測試試驗等不同的測試方法，個人感覺沒有必要。尤其是模擬冬夏工況的熱物性測試，準確的說是模擬測試，這種方法不可取，首先是我們不能用3--4天的時間的模擬結(jié)果來代表整個夏天或者冬天的結(jié)果。其次，對于地埋管的運行工況是根據(jù)室內(nèi)建筑負荷變化而變化的。因此，不同的地理條件下的建筑物、建筑物不同的使用功能，是很難準確模擬的。國外的地源熱泵系統(tǒng)一般面積都不大，因此，他們的可靠性要更高一些。國內(nèi)的地源熱泵系統(tǒng)都非常大，熱泵技術(shù)本身是一套可行可靠的系統(tǒng)，如果做得過大，那么會將土壤溫度發(fā)生由量變到質(zhì)變的變化，如果不采取可行有效的措施，較大的工程就會出現(xiàn)問題。
標準不統(tǒng)一，熱物測試更不能馬虎
地源熱泵網(wǎng)：國內(nèi)的熱物性測試尚沒有統(tǒng)一的標準，我們該如何來衡量和確定一個項目該采用什么樣的地源熱泵系統(tǒng)以及埋管規(guī)模？如何判斷測試數(shù)據(jù)是否準確？
王春強：目前，地源熱泵巖土熱物性測試工作確實沒有統(tǒng)一的標準，具體可以分為兩個方面來說，第一就是巖土熱物性測試儀器本身，儀器本身最主要的就是兩個參數(shù)即流量和溫度。但是有些測試儀器制造公司在組裝之前進行流量和溫度儀器儀表的檢驗，我認為是不準確的，應(yīng)該在測試儀器整體制作完成后，進行的檢驗才具有真實性，究其原因是測試儀器內(nèi)某些儀器儀表對安裝尺寸是有嚴格要求的，否則，在未組裝之前檢驗精度很高，但是組裝后實際測量時精度就改變了。因此，對于測試儀整體的檢驗應(yīng)當在測試儀器全部組裝完畢后進行，并不是測試儀器內(nèi)部原器件合格就代表測試儀合格了。但同時也存在這樣的問題，在各省市的國家技術(shù)監(jiān)督部門很少做這樣的監(jiān)督檢驗。第二就是測試工作的具體實施沒有具體的標準，國標中也提到了一部分，個人認為有些東西確實沒有太大的必要，例如測量土壤的初始溫度一項，有建議采用循環(huán)水泵測量的方法，有采用在地埋管管壁綁扎溫度傳感器的做法。如果工程規(guī)模小，建議采用循環(huán)水泵測量初始溫度的做法，工程規(guī)模較大，可以采用綁扎溫度傳感器的做法，此種做法一舉兩得，除了測量土壤的初始溫度，同時此測溫線可以用來做后期的溫度監(jiān)測系統(tǒng)使用。通過實踐證明100米，不同深度土壤的溫度梯度變化是很小的。因此，循環(huán)水泵測量初始溫度是可行的。
針對某一特定工程，我們來如何選擇地源熱泵系統(tǒng)形式和埋管規(guī)模，最主要的還是室外地埋管的設(shè)計選型，核心就是首先確定地埋管的運行工況，針對不同的地區(qū)，地埋管的運行工況相差很多，地埋管運行工況的設(shè)計直接影響到室外地埋管的系統(tǒng)規(guī)模。進行完熱物性測試工作，首先得到第一手資料，尤其是土壤原始溫度，再配合熱泵機組的制造要求，確定地埋管的運行工況。簡單舉一個特殊的工程案例，某工程在河北省張家口崇禮縣，通過現(xiàn)場的熱物性測試，地下溫度僅為4℃多一點，那么這個工程按照常規(guī)地源熱泵來做是不能的。一般的機組低溫報警溫度是4℃，也就是說地埋管系統(tǒng)是無法從地下提取熱量的。如果要做地源熱泵，那么地埋管的運行工況設(shè)計到冰點以下運行，這種工況對機組要求比較高，當然機組造價也會很高。通過簡單的熱物性測試工作，甚至不通過熱物性測試工作，我們通過查詢當?shù)氐哪昶骄鶞囟瓤梢源致缘膩砗饬康叵峦寥赖某跏紲囟龋m然不太精確，但可以作為一個參考。當然作為奧運會滑雪場館選址之一的崇禮縣，有其獨特的地理地質(zhì)氣候條件。因此，我們做地源熱泵系統(tǒng)，一定要因地制宜的來選擇地埋管的運行工況。記得有位重慶的朋友很奇怪天津地下土壤溫度在15℃左右，地源熱泵系統(tǒng)是怎么運行的？這么低的地下溫度還能做地源熱泵嗎？這就是不同的地理位置，地下溫度是不同的，如果拿甲地的經(jīng)驗值來做乙地的工程，不做測試，整個系統(tǒng)的匹配不是很好的。即使對于同一區(qū)，也不能拿經(jīng)驗值來做。天津西青區(qū)某工程，運行5天出現(xiàn)機組低溫報警，最終認定是此地區(qū)的地下溫度低于該區(qū)的其他地方的地溫，進而導致系統(tǒng)運行不正常。
科研與市場結(jié)合，自主開發(fā)測試設(shè)備
地源熱泵網(wǎng)：請介紹一下你開發(fā)熱物測試設(shè)備產(chǎn)品的背景和原因，并介紹一下其特點和優(yōu)勢。
王春強：作為專門做機電安裝的公司，我們知道想要從事哪個行業(yè)，必須有這個行業(yè)的施工規(guī)范和設(shè)計規(guī)范，我公司從2008年開始做地源熱泵項目。室內(nèi)末端系統(tǒng)，機房系統(tǒng)可以按照國家相關(guān)規(guī)范進行，對于室外地埋管系統(tǒng)，當時只有一本規(guī)范GB50366-2005《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》，規(guī)范中明確提出要進行巖土熱物性測試工作，當初準備買一臺設(shè)備，但是當時設(shè)備造價都太高，都在20--40萬之間，因此，公司開始自己研發(fā)測試儀，通過與大學教授聯(lián)合和實踐的摸索，首先做出了冷熱工況同時進行的首臺測試儀器，不過馬上就舍棄了，通過幾年的不斷改進研制出第七代巖土熱物性測試儀器，在此過程中也參考了國外的測試儀器，測試儀器本身的技術(shù)問題克服了，然后就是后期的數(shù)據(jù)分析軟件。參閱了設(shè)計院資深設(shè)計師、大學教授以及同行業(yè)領(lǐng)頭公司的文獻，幾經(jīng)更改，使得軟件更加直觀具體化，很多東西一目了然，同時也防止了在此上面作假，現(xiàn)場測試現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，杜絕偽測試報告，并在測試報告內(nèi)附加原始測試數(shù)據(jù)，以供同行進行批評指正，在此建議規(guī)范再修訂時，把“巖土熱物性測試報告必須附帶所有測試數(shù)據(jù)”加入規(guī)范內(nèi)。
我公司生產(chǎn)的巖土熱物性測試儀的特點是綜合精度高，攜帶方便，體積小，重量輕，普通轎車可以同時攜帶最少兩臺測試儀器，對于地下土壤原始溫度的測量可以采用兩種方式，現(xiàn)場連接方式全部為不銹鋼快速接頭，連接用時時間短，20分鐘內(nèi)即可完成連接，電源可以是220V和380V，現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集采用電腦顯示，能夠?qū)崟r反饋數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)一目了然。后期軟件數(shù)據(jù)分析，采用參數(shù)輸入法，軟件封裝，無法作假。儀器方便攜帶，給業(yè)主及使用單位減少了大量的運輸費用，儀器本身價格便宜，易于地源熱泵巖土熱物性測試儀器本身的推廣和測試工作的展開。
喜憂參半的熱物性測試前景
地源熱泵網(wǎng)：您如何看待地源熱泵行業(yè)熱物測試前景？
王春強：關(guān)于熱物性測試前景如何，一句話慨括就是“讓人歡喜讓人憂”，高興的是很多公司、單位、業(yè)主已經(jīng)認識到熱物性測試工作的重要性了，此時對我們的系統(tǒng)設(shè)計集成提出了更高的要求，需要我們有強有力的設(shè)計思路和思想，要有全局觀念、可持穩(wěn)長期穩(wěn)定運行的手段。同時也應(yīng)該認識到，只要做了熱物性測試工作，工程就沒有問題了，這是錯誤的，是不全面的。要認識到熱物性測試工作只是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計的最基礎(chǔ)的一項工作。認識到地源熱泵需要前期做巖土熱物性測試工作這點就是個提高，但是并不能認為做了巖土熱物性測試工程就肯定ok，做完了熱物性測試工作，還需要進行軟件模擬分析，分析年累積冷熱負荷對地下土壤溫度的影響，動態(tài)模擬不同年份地下土壤的溫度變化情況，使得土壤的溫度變化在系統(tǒng)設(shè)計運行年限范圍內(nèi)。地溫年溫度模擬軟件的幾個參數(shù)是需要巖土熱物性測試給出的，模擬完成后，就需要對地埋管系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)模擬結(jié)果采取地溫監(jiān)測及系統(tǒng)監(jiān)測，然后根據(jù)實際的地溫監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取相應(yīng)的輔助冷熱源措施，同時根據(jù)實際情況調(diào)整運行方案。因此可以看到，巖土熱物性測試是最基礎(chǔ)的工作，但他不是萬能的。只有如上三個方面做到了，地源熱泵系統(tǒng)才是比較完善的一套系統(tǒng)，只有巖土熱物性測試工作展開了，才能進行下邊的工作，因此，巖土熱物性測試會越來越多的得到業(yè)內(nèi)及業(yè)主的認可。
地源熱泵網(wǎng)：您能不能介紹一下貴公司比較成功的地源熱泵巖土熱物測試項目。
王春強：我公司參與的巖土熱物性測試的項目很多，從南邊的廣西南寧到北邊的東北吉林長春，但不能因此就說地源熱泵項目成功。熱物性測試本身的成功并不代表整個地源熱泵系統(tǒng)運行也會成功，里邊還得附加其他的設(shè)計因素和考慮因素。項目運行是否成功需要長時間去考量，只能說通過巖土熱物性測試以及相關(guān)比較成熟的設(shè)計理念，我們離成功越來越近。
我們曾經(jīng)測試過的工程有：1、北京大興方城子二??；2、北京大興后安定小學；3、北京新國展別墅區(qū)；4、福建平潭島；5、福建平潭一中；6、河南商丘；7、河北石家莊米蘭春天；8、河北石家莊某藥廠；9、河北石家莊無極縣商場；10、河北唐山寶馬4s店；11、河北唐山押運公司；12、河北張家口崇禮縣；13、河北張家口沙城服務(wù)中心；14、河南建設(shè)大廈；15、河南洛陽；16、河南新鄉(xiāng)隆基玫瑰園；17、河南新鄉(xiāng)中醫(yī)院；18、河南鄭州學院；19、遼寧沈陽藍旗堡服務(wù)區(qū)；20、河北秦皇島國家網(wǎng)球館訓練基地；21、山東濱州港；22、山東臨沂方城商場；23、山東蓬萊長興島；24、山西太原煙草公司；25、河北唐山宏尚文化產(chǎn)業(yè)園；26、天津大眾DQ500雙離合變速器；27、中國民航大學；28、遼寧大連莊河服務(wù)區(qū)；29、吉林長春遠達生產(chǎn)資料市場等項目。
受訪人簡介：
王春強，男，1979出生，吉林大學工商管理專業(yè)，主要從事地源熱泵巖土熱物性測試、地埋管若干年后溫度模擬、復合型地源熱泵的設(shè)計安裝，地源熱泵系統(tǒng)可行性及可靠性運行分析。
（注：本欄目為地源熱泵網(wǎng)開辟專欄，將邀請眾多業(yè)內(nèi)一線人員參與地源熱泵相關(guān)的熱點話題探討。本欄目嘉賓表述內(nèi)容僅代表其個人觀點，不代表本網(wǎng)及《地源熱泵》雜志立場，歡迎大家一起參與交流。本刊編輯部郵箱：dyrbw@dyrbw.com）
責編：dhl
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直線電話：18515158288（同微信）
