基于地源热泵的便携式岩土热物性测试仪的研制与应用

程序存储器27C128和数据存储器AT24C64用于存放部分工作程序和测试数据。而AT24C64存储的测试数据在系统停电后不丢失。

MAX232作为串行通讯的专用芯片，用作向上位机传输测试数据。

AT89C52是具有内部程亭存储器的CPU，它控制整个系统的工作，内部的程序存储器存放主要的工作程序和参数，而内部RAM作为系统的寄存器区、标志区、打印及显示缓冲区。

开关量的辅出通过继电器控制加热器的电源，当某种原因导致加热温度过高时则断开加热器电源，达到保护设备的目的。打印机用于保存永久数据。

1．2主机软件

该系统软件采用汇编语言和C语言混合编程，采用功能模块和子程序结构。软件的主要程序由数据采集、键盘、显示、时钟、通讯、打印等组成。

2 测试结果

为了计算周围岩土的热物性参数，可采用参数估计结合非稳态传热模型的方法。将通过传热模型得到的结果与实际测量的结果进行对比，使得方差和f=Σ(Tcal，i -Texp，i)2取得最小值时。调整后的热物性参数数值即是所求的结果。其中，Tcal，i为第I时刻由模型计算出的导管中流体的平均温度；Texp，i为第i时刻实际测量的导管中流体的平均温度；N为实验测量数据的组数。

以下是利用岩土热物性测试仪及开发的软件对山东建筑工程学院学术报告厅地源热泵空调系统工程现场的地下岩土热物性参数进行测试的测试结果；

钻孔孔径115mm，深度60m，埋管内径25mm、外径32mm，管间距70mm，地下岩土初始温度14．5℃管壁导热系数0．33W／m℃，钻孔回填材料导热系数1．5W／m℃，加热功率48W／m。

测试时间对测试结果的影响如图3所示。由图3可以看出，测试时间不同，计算出的钻孔周围地下岩土的平均导热系数也不同。当测试时间达到约50小时后，测出的导热系数趋于稳定，维持在1．530～1．538 W／m℃的范围之间。通常测试时间可以选取60小时左右，这样既可以保证获得正确的导热系数，又可以避免测试时间过长。

维持其它条件不变，只改变导管上升管与下降管之间的间距，其对岩土导热系数的影响见图4。当管间距变化约为0．0lm时．计算出的导热系数变化约为4～8%。由图中可以看出，间距越大，计算出的导热系数越小：这是由于间距越大，钻孔内的热阻越小，在总热阻不变的情况下．周围岩土的导热热阻大。即导热系数小。因此如何确定管于间距是设计地源热泵系统中值得认真探讨的问题。

3 应用前景

多年来我国在热泵技术的应用方面一直处于理论探讨阶段，对地源热泵更缺乏系统的研究。在供热空调中应用热泵技术的主要制约因素曾经是电力供应不足和人民群众消费水平较低，热泵空调系统的市场需求尚未形成。改革开放以来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，以上两个制约因素已不复存在，空调和供热已成为普通百姓的需求，而地源热泵由于其具有技术上的优势和节能的优点，将成为供热和空调系统的最佳选择方案。研究开发地源热泵空调系统并使之产业化，有可能成为我国经济发展的一个新的增长点。