一種巖土熱物性測試儀的製作方法
2023-06-05 23:33:51
專利名稱：一種巖土熱物性測試儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於地熱測試技術領域，具體涉及ー種巖土熱物性測試儀。
背景技術：
地源熱泵系統設計時的ー個重要參數就是埋管或鑽孔總長度，它主要決定系統供熱(冷)能力或容量。埋管不足將使空調效果得不到保證，埋管過多將増大初期投資。而影響埋管長度的最大因素為巖土熱物性參數，即巖土導熱係數。目前國際上較典型的熱物性測試方法為熱響應方法，該方法是國際地源熱泵協會(IGSHPA)的標準和美國採暖製冷與空調工程師協會(ASHRAE)手冊都推薦這一方法。我國在2009年頒布的《地源熱泵系統工程技術規範》中明確規定地理管地源熱泵系統方案設計前，應用建築面積在3000m2 5000m2時，宜進行巖土熱響應試驗；當應用建築面積大於等於5000m2時，應進行熱響應試驗。利用熱響應原理，在1996年研製了第一臺土壤的熱容測試設備，並將此設備估計的熱物性值應用於地源熱泵工程。隨後德國、美國，加拿大等國相繼開發出多種樣式的測試裝置(如車載式、可攜式等)。2000年後，我國有關研究所和企業也開始研製巖土體熱物性測試儀，它們在地源熱泵工程設計中發揮了很大的作用。熱響應測試設備從裝載形式上可分為車載式、拖車式和可攜式三類，從熱(冷)源類型上可分為加熱器型和熱泵型兩種。主流的測試方法為控制埋管換熱器進出水溫差恆定法，通過控制埋管換熱器進出水溫差恆定法是通過控制加熱(製冷)設備的輸出功率，來保證埋管換熱器進出井溫差恆定，然後採集循環水的平均溫度，通過線熱源或圓柱熱源傳熱模型計算土壤傳熱係數、熱交換井熱阻、土壤比熱容等熱物性參數。此方法在行業中應用較為普遍。綜合分析、考慮目前國內外相關測試儀的特性和功能，還存在一些有待解決和改進的問題，主要體現在I)熱響應測試儀測算精度低。我國常用的地埋管換熱器構造均為U形或雙U形管構造，在解析上把此地埋管換熱器的斷面的中心軸為熱源，將兩根或四根管道假。設為ー根等效圓管，以該圓管軸心為中心呈輻射狀向周圍傳熱，從而利用線源模型求得土壤導熱係數。由於U形或雙U形管的管徑以及埋管間距在不同的設計或施工時存在著差距，因此造成等效圓管半徑尺寸的確定也有差異，使得計算出的土壤導熱係數的普適性不強。2)熱響應測試儀的構造龐大及運行複雜。為了提高精度，目前國內較多的熱響應測試系統傾向於採用冷、熱兩種エ況，使測試設備體積較大，不方便移動；亦存在系統控制控制自動化程度不高。
發明內容
針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了ー種巖土熱物性測試儀，普適性強，且器件體積小，便於移動。 ー種巖土熱物性測試儀，包括
換熱器，其由外管和內管組成，外管底部封閉，內管設於外管內；進水管，其一端與內管連接；出水管，其一端插入外管內；加熱器，其一端與出水管另一端相連，另一端與進水管另一端相連；用於加熱液體水溫；離心水泵，安裝於出水管上；用 於為系統中水循環提供驅動カ；流量計，安裝於進水管上；用於檢測進水管內的水流量；進水管溫度計，安裝於進水管上；用於檢測進水管內的水溫；出水管溫度計，安裝於出水管上；用於檢測出水管內的水溫；檢測器，與流量計、加熱器、進水管溫度計和出水管溫度計相連。優選地，所述的進水管上安裝有進水止回閥，所述的進水止回閥與加熱器相鄰，其用於防止水回流至加熱器。優選地，所述的進水管上安裝有膨脹罐，其用於減緩水受溫度影響而產生壓カ波動。優選地，所述的換熱器與鑽孔內壁之間的空隙中埋設有多個溫度傳感器並採用細骨料填充，所述的溫度傳感器與檢測器相連，多個溫度傳感器沿鑽孔縱向均勻分布；用於測試不同深度地溫，能夠真實反映巖土實際溫度，有助於提高導熱係數的計算精度和驗證。所述的出水管連接有補水管；出水管與補水管的連接處位於離心水泵和出水管溫度計之間；補水管上安裝有補水止回閥；用於對循環管路補充水液體。所述的檢測器包括信息採集單元和信息處理單元；所述的信息採集單元用於採集進出水管和巖土的溫度信息以及進水管的流量信息，並將這些信息提供給信息處理單元；所述的信息處理單元用於根據這些信息計算出巖土熱物性參數。所述的信息處理單元採用PLC。優選地，所述的流量計兩側管路每側具有不小於0.1m的直線管路，能夠提高測量數據穩定性。優選地，鄰近進水管溫度計的進水管上以及鄰近出水管溫度計的出水管上均安裝有水壓計；所述的水壓計與檢測器相連；能夠實時監控循環管路內壓カ穩定狀況，方便判斷由於循環管是否漏水、漏壓等對測試造成的影響。優選地，所述的進水管、出水管和補水管上均安裝有球閥；便於控制進出循環管路水流以及管路維修。優選地，所述的信息處理單元連接有上位機，且信息處理單元與離心水泵和加熱器相連；便於通過上位機設定加熱功率和水泵功率，控制系統開啟與關閉以及選擇測試模式，實時監測各測點溫度、水壓、加熱器和水泵功率、流量等時間變化，進而計算巖土熱物性參數。所述的信息處理單元基於以下算式計算出巖土熱物性參數
r I 3O=, ~
47±L
Tr - mk =—-
權利要求
1.一種巖土熱物性測試儀，其特徵在於，包括換熱器，其由外管和內管組成，外管底部封閉，內管設於外管內；進水管，其一端與內管連接；出水管，其一端插入外管內；加熱器，其一端與出水管另一端相連，另一端與進水管另一端相連；離心水泵，安裝於出水管上；流量計，安裝於進水管上；進水管溫度計，安裝於進水管上；出水管溫度計，安裝於出水管上；檢測器，與流量計、加熱器、進水管溫度計和出水管溫度計相連。
2.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的進水管上安裝有進水止回閥，所述的進水止回閥與加熱器相鄰。
3.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的進水管上安裝有膨脹罐。
4.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的出水管連接有補水管；出水管與補水管的連接處位於離心水泵和出水管溫度計之間，補水管上安裝有補水止回閥。
5.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的換熱器與鑽孔內壁之間的空隙中埋設有多個溫度傳感器，多個溫度傳感器沿鑽孔縱向均勻分布，所述的溫度傳感器與檢測器相連。
6.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的檢測器包括信息採集單元和信息處理單元；所述的信息採集單元用於採集進出水管和巖土的溫度信息以及進水管的流量信息，並將這些信息提供給信息處理單元；所述的信息處理單元用於根據這些信息計算出巖土熱物性參數。
7.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的流量計兩側管路每側具有不小於O.1m的直線管路。
8.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於鄰近進水管溫度計的進水管上以及鄰近出水管溫度計的出水管上均安裝有水壓計，所述的水壓計與檢測器相連。
9.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於所述的進水管、出水管和補水管上均安裝有球閥。
10.根據權利要求6所述的測試儀，其特徵在於所述的信息處理單元連接有上位機，且信息處理單元與離心水泵和加熱器相連。
全文摘要
本發明公開了一種巖土熱物性測試儀，包括換熱器、進水管、出水管、加熱器、離心水泵、流量計、進水管溫度計、出水管溫度計和檢測器；本發明中換熱器採用套管式換熱器，其由內管和外管組成，即內外兩根圓柱，理論上更接近甚至完全符合傳熱模型所假設的物理模型，有效提高了所測算的巖土導熱係數的精度；同時通過地埋設多個溫度傳感器實時監測地溫梯度，能真實反映巖土實際溫度，有助於提高導熱係數的計算精度和驗證；且結構緊湊、便攜，且現場運行穩定，測試精度均符合規範要求，整個測試過程自動運行，操作便利，性能穩定，亦適用地源熱泵地埋換熱管的長期運行測試研究。
文檔編號G01N25/20GK103018274SQ20121053262
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者何超 申請人:浙江建設職業技術學院