本發(fā)明涉及地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地源熱泵垂直地埋管換熱器傳熱數(shù)值模型建立方法，適用于在各種不同工況現(xiàn)場熱響應(yīng)測試的巖土體熱物性參數(shù)計算與垂直地埋管換熱器設(shè)計。

背景技術(shù)：

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用循環(huán)液在地埋管中的流動來實現(xiàn)與地下巖土蓄熱體的換熱。地下巖土體相對空氣溫度更加穩(wěn)定，儲熱與傳熱能力較強，使地源熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能、經(jīng)濟環(huán)保的特點。地源垂直埋管方式由于具有相對占用地表面積較少的特點，得到較廣泛的應(yīng)用。在地源熱泵系統(tǒng)工程建造中，垂直地埋管換熱器的設(shè)計是關(guān)鍵部分，而合理設(shè)計地埋管換熱器的前提是準確測量地下巖土體的換熱能力。我國《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范《gb50366-2005》(2009年版)新增了巖土熱響應(yīng)試驗部分內(nèi)容，明確了地源熱泵系統(tǒng)的巖土熱響應(yīng)試驗相關(guān)要求，推薦“恒熱流法”作為試驗實施方法。

目前工程上常用的現(xiàn)場測試的方法有兩種：恒定熱流法與恒定進水溫度法。恒定熱流測試法通過對巖土體施加恒定的功率，采集測試過程中各時刻地埋管的進回水溫度。利用恒熱流的線熱源模型或柱熱源模型反演計算巖土體的綜合熱物性參數(shù)。求取參數(shù)過程簡便，但恒定熱流法在地埋管換熱能力測試方面略有不足，難以獲取單位延米換熱量；在恒定熱流測試過程中，恒定熱流的加載功率是隨機設(shè)定的，不能完全反映實際地源熱泵運行狀態(tài)；另外求取熱物性參數(shù)時，由于沒有使用流量參數(shù)與管道口徑參數(shù)，對流體的質(zhì)量流量和流速變化產(chǎn)生的換熱能力變化不能反映準確。恒定進水溫度熱響應(yīng)測試方法為通過控制地埋管的進水溫度和水流流量恒定，對巖土體施加冷卻或加熱的負荷。測試過程中采集地埋管出口溫度數(shù)據(jù)，可以直觀地得到一定時間時接近穩(wěn)定的換熱量。由于測試過程加載熱流非恒定，獲取巖土熱物性參數(shù)較復(fù)雜，并且目前各種求解方法尚不統(tǒng)一，難以按照規(guī)范中的計算方法設(shè)計地埋管總量。

恒定熱流法與恒定進水溫度法各有側(cè)重特征，在工程上均有較廣泛的應(yīng)用與研究。專利號cn200810201626、cn200810238160、cn201110223663對恒熱流測試方法進行模型修正，提高了求取熱物性參數(shù)的精度，但仍未定義加載功率與介質(zhì)流量對測試結(jié)果的影響。專利號cn201110224680通過對不同加載負荷、介質(zhì)流速的進行多次試驗，以得到不同結(jié)果，進行多因素分析，全面了解測試地埋管換熱孔的換熱能力。但是測試時間較長，每次測試均受到上次測試時的巖土體溫度變化影響。專利號cn201120152222針對地埋管換熱器的傳熱復(fù)雜性與傳熱求解非線性，提出一種面向設(shè)計參數(shù)應(yīng)用的孔群總熱阻測試方法，簡化了巖土熱物性參數(shù)到設(shè)計應(yīng)用的銜接步驟，但該方法仍使用基本線性熱源模型，不能辨識孔內(nèi)傳熱的非穩(wěn)態(tài)過程及垂向不同深度傳熱特征的區(qū)別。專利號cn201210026702、cn201210207869、cn201210414520、cn201410479673通過建立測試孔旁側(cè)的監(jiān)測孔與分層測試處理的方法，利用不同位置處的溫度傳感器，得到不同深度的溫度變化，可以識別不同深度處的巖土體傳熱特征差異。不足之處為監(jiān)測孔與測試孔的孔斜角度不易控制，隨深度增加二者的距離誤差增大，影響數(shù)據(jù)精度；在整個測試孔的加載功率恒定情況下，不同深度各層的加載功率并非在測試時間上恒定。這些模型中各層的加載功率在測試時間中視為恒定，使誤差進一步增大。專利號cn201510181300建立一種單孔和群孔的數(shù)值傳熱計算模型，不但可以計算單個測試孔，還可以通過模擬建筑負荷逐時變化，計算地源換熱器孔群的傳熱響應(yīng)。該方法使用進回水平均溫度概念，對鉆孔內(nèi)的傳熱視為穩(wěn)態(tài)化，忽略豎向變換及周向溫度變化，簡化的群孔邊界條件也會產(chǎn)生一定誤差。

在地埋管換熱器的測試與工程應(yīng)用中，由于其加載負荷的非穩(wěn)定性與傳熱非穩(wěn)態(tài)化，逐時數(shù)值模擬是最接近實際的傳熱計算方法。作為理論研究，一些商業(yè)軟件可以做到地下?lián)Q熱器的數(shù)值逐時模擬，對管道間距、回填材料、介質(zhì)流速等孔內(nèi)要素也可模擬計算。但作為工程應(yīng)用則過于復(fù)雜、成本較高、計算時間長，缺乏部分應(yīng)用參數(shù)，如地溫梯度、分層參數(shù)、換熱管道形式等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了綜合兩種測試工況的數(shù)據(jù)處理方法，在選取任何一種工況測試后均可求取巖土熱物性參數(shù)與換熱能力，使用同一種計算方法，便于兩種工況相互對比；提供地埋管換熱的長期逐時模擬，得到準確的溫度響應(yīng)數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供一種適當(dāng)簡化但參數(shù)齊全的數(shù)值模型，該數(shù)值模型作為地源熱泵地埋管換熱器的專用非穩(wěn)態(tài)傳熱計算工具，要求計算流程明確，多種工況輸入，單孔、群孔均可適用。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：地源熱泵垂直地埋管傳熱三維數(shù)值模型，對模型中的計算單元應(yīng)用能量守恒原理建立離散方程，每個計算單元具有固定熱容，計算單元之間用相應(yīng)的熱阻連接。模型分兩個結(jié)構(gòu)層次：水平結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)；水平結(jié)構(gòu)部分模擬計算以地埋管為中心的單元徑向與圓周方向的傳熱，垂直結(jié)構(gòu)部分模擬計算地埋管內(nèi)部流體的軸向溫度變化；

水平計算單元為分解的圈層結(jié)構(gòu)，2根或4根換熱管保持固定間距，每根管周邊的計算單元呈輻射狀、層次擴展；

在水平結(jié)構(gòu)上，基本計算公式如下：

每個計算單元單位溫度變化需要的熱量：

qv＝v0*ρc*k

qv——計算單元的體積熱容量；

v0——計算單元的體積；

ρc——計算單元的體積熱容；

k——邊界系數(shù)，在近似模擬群孔狀態(tài)時，以地埋管換熱孔間距為參照，水平模型的外部圈層相對與原有的當(dāng)量體積減少的比率，取值范圍：0＜k≤1；

每個計算單元在不同方向的熱阻：

(徑向)

(圓周方向與不規(guī)則單元的近似處理)

λs＝λ0+a*t

ri——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元的熱阻；

r0——計算單元的熱阻；

m——輻射狀分區(qū)數(shù)目，當(dāng)圈層單元在距離換熱管1-1.5m以外，m＝1；

λs——巖土體地層或管道在一定溫度下的熱導(dǎo)率；

d0——計算單元弧段所在的圓的外徑；

di——計算單元弧段所在的圓的內(nèi)徑；

l——計算單元長度或弧段長度；

s——計算單元截面積；

λ0——巖土體地層或管道在基準溫度下的熱導(dǎo)率；

a——巖土體地層或管道在不同溫度下的熱導(dǎo)率變化系數(shù)；

t——某時刻的網(wǎng)格單元溫度；

r0的計算方法與ri相同；

管道對流換熱熱阻rf由管道內(nèi)徑、流速、流體溫度與流體參數(shù)控制，使用經(jīng)驗公式擬合求出，計算需要時疊加到ri之中；

在一個時間步長內(nèi)，逐個計算所有網(wǎng)格單元的溫度響應(yīng)，而后轉(zhuǎn)入下一個時間步長重新賦值計算：

t＇——下一步長時需計算的網(wǎng)格單元溫度；

ti——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元在某時刻的溫度；

js——每一個計算步長的時間；

n——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元的數(shù)量；

在垂直結(jié)構(gòu)上，基本計算方法如下：

垂直結(jié)構(gòu)部分，將水平網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分成多組疊加構(gòu)造，用以代表不同深度巖土體地層，換熱管內(nèi)流體在實際中是連續(xù)運動的，利用微分原理，將流體切割成一系列長柱狀體，將連續(xù)流動視為斷續(xù)運動，在每一個計算步長內(nèi)，通過每一步的斷續(xù)推移，模擬管內(nèi)溫度傳遞狀態(tài)，管內(nèi)流體每一步的推移距離與流速、管徑相關(guān)，與分層模型垂直長度不一致，需要對每一步長的流體管柱重新切割，劃分為中間段、進入段、引出段。在每一個計算步長中，將引出段溫度計算得出結(jié)果后，增加一定溫差(恒熱流模式)或重新設(shè)定溫度(恒溫度模式)，賦值給予進入段，進入下一步長的計算。

首先求取轉(zhuǎn)換系數(shù)kjⁱ：

當(dāng)(xi-yj)*(yj+1-xi+1)＜0時

當(dāng)(xi-yj)*(yj+1-xi+1)≥0時

將得到的數(shù)值判別是否大于1，大于1的數(shù)取值為1，此時以下公式成立：

以tⁱ表示上一時刻各段溫度，以tj表示下一時刻各段溫度，則

上式中設(shè)置地層分層為n層，使用下標變量表示一定流量下水流柱體的長度，上部x1—x2為進入段，x2—x3為第一層，x3—x4為第二層，依次排序，至換熱管底部后層號遞減，x2n+1—x2n+2為第一層。下部y1—y2為第一層，y2—y3為第二層，依次排序，至換熱管底部后層號遞減，y2n—y2n+1為第一層，y2n+1—y2n+2為引出段。

依次求出tj后進入水平單元分別計算，計算得到tⁱ的數(shù)值結(jié)果進入下一循環(huán)。

本發(fā)明通過多種輸入方式實現(xiàn)恒定熱流法與恒定進水溫度法適用性，并模擬無功測試時流體驅(qū)動功耗對巖土體原始溫度測試的影響，對孔內(nèi)回填材料與巖土體的熱物性參數(shù)準確模擬，對換熱管排列等要素進行模擬，并引入地溫梯度變化與巖體水平分層參數(shù)，選擇計算單元體積、每個步長的時間，以體積當(dāng)量法模擬群孔邊界，對群孔傳熱情況進行長期模擬。

本發(fā)明在模型的水平結(jié)構(gòu)上，靠近傳熱管的傳熱單元設(shè)置為1cm²大小，隨距離增大，外圍部分傳熱時的溫度梯度逐漸變小，計算單元厚度適當(dāng)增大，以減少計算單元數(shù)量，將局部不規(guī)則的單元適當(dāng)變形處理，試驗數(shù)據(jù)證明對計算精度影響極小，在距離換熱管1-1.5m處，將輻射狀分層線取消，計算單元變?yōu)榻茍A形圈層結(jié)構(gòu)，進一步減少計算單元數(shù)量，也便于在更靠近外側(cè)的圈層設(shè)置孔群參數(shù)，計算時間步長設(shè)為10-30s。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明三維數(shù)值模型可以對恒熱流工況和恒溫度工況的現(xiàn)場熱響應(yīng)測試進行數(shù)值模擬，計算巖土體熱物性參數(shù)與地埋管的換熱能力，可以使用同一種方法計算兩種參數(shù)，方便設(shè)計應(yīng)用。

本發(fā)明利用數(shù)值計算模型，也可以從恒溫度模式中導(dǎo)出溫度曲線，與實際測試數(shù)據(jù)擬合，計算巖土體綜合參數(shù)，這種方法由于引入了流體流量數(shù)據(jù)，求解結(jié)果更加準確。

本發(fā)明通過對影響地埋管換熱孔傳熱主要參數(shù)的設(shè)置，可對實際工程的運行工況進行模擬，如換熱孔深度、地溫梯度變化、巖土體熱導(dǎo)率的溫變特征、換熱管間距、換熱管形式、回填材料傳熱性能、間歇負荷等，并計算回水或平均進回水溫度響應(yīng)、巖土體空間的溫度響應(yīng)。合理地忽略部分假設(shè)條件，使較為復(fù)雜的三維數(shù)值模型的計算流程相對簡潔，在保持較高計算精度同時可占用較少的計算硬件資源，加快運算速度，適用于群孔長期傳熱計算。

本發(fā)明在模擬長期負荷加載時可將換熱流體以變流速參數(shù)輸入，得到不同流速相對應(yīng)的換熱能力，適用于工程設(shè)計中調(diào)頻水泵參數(shù)的優(yōu)化取值研究。

附圖說明

圖1為單u型數(shù)值計算模型水平單元網(wǎng)格局部圖。

圖2為雙u型數(shù)值計算模型水平單元網(wǎng)格局部圖。

圖3為換熱管內(nèi)流體推移計算模型示意圖。

圖4為巖土體縱剖面溫度響應(yīng)圖。

圖5為換熱管內(nèi)部流體溫度響應(yīng)圖。

圖6為巖土體深度分層的單位延米換熱負荷變化圖。

圖7為使用常規(guī)線熱源方法求取巖土體熱導(dǎo)率的誤差示意圖。

圖8為3種流量時的深度-換熱能力圖。

圖9為單個換熱孔與完全密集群孔換熱能力圖。

具體實施方式

本發(fā)明建立地埋管換熱的三維數(shù)值模型，通過多種輸入方式實現(xiàn)恒定熱流法與恒定進水溫度法適用性，對孔內(nèi)回填材料與巖土體的熱物性參數(shù)準確模擬，對換熱管排列等要素進行模擬，并引入地溫梯度變化與巖體體水平分層參數(shù)，在保證計算精度情況下，忽略部分次要因素。以巖土體的體積當(dāng)量法模擬群孔邊界，對群孔傳熱情況進行長期模擬。

本發(fā)明三維數(shù)值模型計算基本參數(shù)：管內(nèi)流量；進水溫度；流動介質(zhì)在不同溫度下的熱導(dǎo)率、運動黏度、普朗特數(shù)變化；管道熱導(dǎo)率；管道外徑、內(nèi)徑；管道形式；管道間距；鉆孔直徑；鉆孔深度；恒溫層深度；地溫梯度；巖土體分層綜合熱導(dǎo)率、巖土體分層綜合熱導(dǎo)率在不同溫度下的變化率；回填材料熱導(dǎo)率、體積熱容；回填材料熱導(dǎo)率在不同溫度下的變化率。

本發(fā)明為簡化模型，忽略的參數(shù)有：流動介質(zhì)在不同溫度下的密度、比熱容變化；管道熱容視為與回填材料相同；管道與回填材料、回填材料與孔壁的接觸熱阻；為簡化數(shù)值計算對體積單元設(shè)置的適當(dāng)變形帶來的誤差；流動介質(zhì)在管道內(nèi)紊流時的溫度不均性；孔底u型接頭影響；地表氣溫變化影響；三維模型分層時由地溫梯度等因素在垂直方向上溫度差異引起的微小熱量傳遞。

本發(fā)明數(shù)值計算占用計算機資源較大，必須協(xié)調(diào)計算單元精細程度與計算時間之間的矛盾，選擇合理計算單元體積、每個步長的時間。在一般情況下，數(shù)值計算模型的網(wǎng)格越精細，越能提高計算精度，反映實際的傳熱狀態(tài)。但是過于精細的計算對計算機硬件的要求也較高，使計算時間變長，程序運行調(diào)試糾錯困難。

建立的模型為數(shù)值離散型，分兩個層次：水平結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)。

附圖1、附圖2為水平截面上的計算模型水平單元網(wǎng)格局部結(jié)構(gòu)。附圖1為單u型2根換熱管道，附圖2為雙u型4根換熱管道。在模型的水平結(jié)構(gòu)上，2根或4根換熱管保持固定間距，每根管周邊的計算單元呈輻射狀、層次擴展，靠近傳熱管的傳熱單元設(shè)置為1cm²大小，隨距離增大，外圍部分傳熱時的溫度梯度逐漸變小，計算單元厚度適當(dāng)增大，以減少計算單元數(shù)量。將局部不規(guī)則的單元適當(dāng)變形處理，試驗數(shù)據(jù)證明對計算精度影響極小。在距離換熱管1-1.5m處，將輻射狀分層線取消，計算單元變?yōu)榻茍A形圈層結(jié)構(gòu)，進一步減少計算單元數(shù)量，也便于在更靠近外側(cè)的圈層設(shè)置孔群參數(shù)。計算時間步長設(shè)為10-30s。該模型特點為在控制誤差合理范圍內(nèi)計算單元體積增大，計算單元數(shù)量減少，適應(yīng)于長時間(數(shù)月-數(shù)年)的傳熱計算。

數(shù)值傳熱模型基本計算公式如下：

每個計算單元單位溫度變化需要的熱量：

qv＝v0*ρc*k

qv——計算單元的體積熱容量；

v0——計算單元的體積；

ρc——計算單元的體積熱容；

k——邊界系數(shù)，在近似模擬群孔狀態(tài)時，以地埋管換熱孔間距為參照，水平模型的外部圈層相對與原有的當(dāng)量體積減少的比率，取值范圍：0＜k≤1；

每個計算單元在不同方向的熱阻：

(徑向)

(圓周方向與不規(guī)則單元的近似變形處理)

λs＝λ0+a*t

ri——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元的熱阻；

r0——計算單元的熱阻；

m——輻射狀分區(qū)數(shù)目，當(dāng)圈層單元在距離換熱管1-1.5m以外，m＝1；

λs——巖土體地層或管道在一定溫度下的熱導(dǎo)率；

d0——計算單元弧段所在的圓的外徑；

di——計算單元弧段所在的圓的內(nèi)徑；

l——計算單元長度或弧段長度；

s——計算單元截面積；

λ0——巖土體地層或管道在基準溫度下的熱導(dǎo)率；

a——巖土體地層或管道在不同溫度下的熱導(dǎo)率變化系數(shù)；

t——某時刻的網(wǎng)格單元溫度。

r0的計算方法與ri相同。

管道對流換熱熱阻由管道內(nèi)徑、流速、流體溫度與流體參數(shù)控制，使用經(jīng)驗公式擬合求出，計算需要時與ri疊加。當(dāng)換熱介質(zhì)流體為純水時的對流換熱熱阻rf如下：

λw＝-1.78*10^-5*tw²+2.84*10^-3*tw+0.55

μ＝5.91*10^-4*tw²-5.1*10^-2*tw+1.79

pr＝5.4*10^-3*tw²-4.4*10^-1*tw+13.67

λw——水的熱導(dǎo)率；

tw——水的溫度；

μ——水的流動動力黏度；

pr——水的普朗特數(shù)。

nμ＝0.027*re^0.8*pr^0.33

re——水的雷諾數(shù)；

ρ——水的密度；

v——水的流速。

d——管道內(nèi)徑；

nμ——水的努賽爾數(shù)；

η——水的對流換熱系數(shù)；

rf——水的對流換熱熱阻。

在一個時間步長內(nèi)，逐個計算所有單元的溫度響應(yīng)，而后轉(zhuǎn)入下一個時間步長重新賦值計算：

t＇——下一步長時需計算的網(wǎng)格單元溫度；

ti——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元在某時刻的溫度；

js——每一個計算步長的時間；

n——與計算網(wǎng)格單元相鄰的單元的數(shù)量。

在換熱管垂向長度上，不同位置管內(nèi)流體的溫度是有較大差別的，簡單的計算往往將這種差別平均化，如《地源熱泵工程技術(shù)規(guī)范》附錄內(nèi)容。為了在數(shù)值傳熱模型中表述這種差別與影響，將附圖1、附圖2所示網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分成多組疊加構(gòu)造，用以代表不同深度巖土體地層。

在模型的垂直方向，每個計算單元按照約5—10m設(shè)定，當(dāng)換熱管內(nèi)水的流速設(shè)為0.4—0.6m/s，在時間步長10-30s時，介質(zhì)流動距離也在一個垂直計算單元長度左右，垂直模型能使用較少的分層數(shù)目來反映出不同深度的傳熱變化。為簡化計算，將實際地溫梯度引起的垂向計算單元之間的熱傳遞不予考慮，在較大的軸向長度上，對計算結(jié)果的影響較小的，其誤差可以忽略。

換熱管內(nèi)流體在實際中是連續(xù)運動的，利用微分原理，將流體切割成一系列長柱狀體，將連續(xù)流動視為斷續(xù)運動。在每一個計算步長內(nèi)，通過每一步的斷續(xù)推移，模擬管內(nèi)溫度傳遞狀態(tài)。管內(nèi)流體每一步的推移距離與流速、管徑相關(guān)，與分層模型的垂直長度不一致，需要對每一步長的流體管柱重新切割。計算方法見附圖3。

附圖3上部表示某一時刻水流分段溫度情況，下部表示下一時刻溫度計算結(jié)果。x1、x2、y1、y2等表示一維坐標數(shù)值變量，設(shè)置地層分層為n層，使用變量表示一定流量下水流柱體的長度，上部x1—x2為進入段，x2—x3為第一層，x3—x4為第二層，依次排序，至換熱管底部后層號遞減，x2n+1—x2n+2為第一層。下部y1—y2為第一層，y2—y3為第二層，依次排序，至換熱管底部后層號遞減，y2n—y2n+1為第一層，y2n+1—y2n+2為引出段。將引出段溫度計算得出結(jié)果后，增加一定溫差(恒熱流模式)或重新設(shè)定溫度(恒溫度模式)，賦值與進入段，進入下一步長的計算。

首先求取轉(zhuǎn)換系數(shù)kjⁱ：

當(dāng)(xi-yj)*(yj+1-xi+1)＜0時

當(dāng)(xi-yj)*(yj+1-xi+1)≥0時

將得到kjⁱ的數(shù)值判別是否大于1，大于1的數(shù)取值為1。此時以下公式成立：

以tⁱ表示上一時刻各段溫度，以tj表示下一時刻各段溫度，則

依次求出tj后進入附圖1所示水平單元分別計算，計算得到tⁱ的數(shù)值結(jié)果進入下一循環(huán)。

實施例

附圖4為不同加載時間后的單個地埋管換熱孔的巖土體縱剖面溫度響應(yīng)，左圖表示在加載時間較短時，換熱孔中心的外側(cè)的顯示地溫梯度垂向?qū)訝钐卣髅黠@；右圖為加載時間較長時，地層的原始溫度梯度與加載負荷共同影響了巖土體溫度變化。

附圖5為換熱管內(nèi)部流體溫度分布狀態(tài)，左圖為恒熱流工況,自下至上4條曲線的時間分別為24h、48h、72h、96h，橫坐標深度0m處為換熱管水流進出口溫度，該處溫差在4個時間點上都是相同的；右圖為恒溫度工況，4條曲線的時間與左圖相同，在換熱管進口溫度不變的情況下，曲線下部逐漸上移，換熱管出口溫度逐漸變大，隨著恒溫度負荷加載時間延長，出口溫度變化幅度變小。

附圖6為在恒熱流模式下巖土體不同深度的平均延米換熱功率變化情況。在三維數(shù)值模型中，設(shè)置換熱孔深100m，在40-50m處存在熱導(dǎo)率較大的異常地層，其他深度均為相對較小的數(shù)值?？梢?，對整個地埋管換熱器施加完全恒定的負荷時，地埋管不同深度位置的單位換熱功率隨時間變化有較大變化，并非與進回水口所測量得到的恒定數(shù)據(jù)一致，其中約45m深度處的功率變化更加明顯。這種換熱功率隨時間的變化只有在測試時間較長時才會減小(40-50h以后)，所以直接利用恒熱流線熱源模型來分層計算巖土熱導(dǎo)率的方式會產(chǎn)生一定的誤差，必須利用參數(shù)全面的三維模型予以糾正。

附圖7為使用三維模型校正常規(guī)線熱源模型的計算誤差，常規(guī)線熱源模型在恒熱流工況下求取的巖土體熱導(dǎo)率參數(shù)時，受介質(zhì)流體流量變化與換熱孔深度影響較大。當(dāng)流量越小時，由于流體質(zhì)量流量變化與壁面換熱系數(shù)變化，所使用常規(guī)方式求取的巖土體綜合熱導(dǎo)率偏差越大，并且隨換熱井深度加大，誤差增大，隨測試的加載方式不同，夏季工況與冬季工況求取的的巖土體熱導(dǎo)率數(shù)值偏差反向。

附圖8為在恒溫度模式下，使用三維模型計算換熱孔在不同流體流量參數(shù)下受深度變化影響的程度，當(dāng)換熱孔深度加大時，需要提高流體流量，才可得到相應(yīng)增大的換熱能力。受地溫梯度影響，夏季工況與冬季工況在深度加大時的換熱能力變化有所差異，夏季工況時隨著深度加大，其換熱能力增加的幅度相對較小。

附圖9表示了對單個地埋管換熱孔與當(dāng)量體積法完全密集群孔的換熱能力的長時間模擬?？梢?，完全密集群孔狀態(tài)下，各種不同參數(shù)換熱孔的換熱能力在10-20d后均逐漸減小，其減小的幅度超過單個換熱孔；在較長時間之后，換熱能力曲線呈近似線性下降狀態(tài)，與單個換熱孔近似對數(shù)曲線下降的形態(tài)逐漸分離。在實際工程中，一定數(shù)量的群孔的換熱能力曲線介于二者之間，其溫度響應(yīng)與換熱功率可以使用三維數(shù)值模型當(dāng)量體積法模擬計算。