地表水換熱器換熱量測試儀的製作方法

2023-07-20 16:10:41

專利名稱：地表水換熱器換熱量測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及地表水水源熱泵系統地表水換熱器換熱量測試儀器，尤其是涉及一種地表水換熱器換熱量測試儀。
背景技術：
水源熱泵是一種利用地球表面或淺層水源(如地下水、河流和湖泊)，或者是人工再生水源(工業廢水、地熱尾水等)的既可供熱又可製冷的高效節能空調系統。水源熱泵技術利用熱泵機組實現低溫位熱能向高溫位轉移，將水體和地層蓄能分別在冬、夏季作為供暖的熱源和空調的冷源。在冬季，把水體和地層中的熱量"取"出來，提高溫度後，供給室內採暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到水體和地層中去。地表淺層溫度較為恆定的特性，使得熱泵機組的運行更加可靠和穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。由於地表水水源熱泵空調系統具有高效節能和經濟性的特點，近年水源熱泵得到了廣泛的應用。水源熱泵系統中地表水換熱器的性能對該系統高效運行有決定性的影響， 所以地表水換熱器的優化設計至關重要。但是，地表水換熱器換熱性能與現場條件如水面積大小、深度、全年水溫、水流速、水質以及換熱器形式等因素相關，所以準確地測量地表水換熱器換熱量，並與熱泵機組進行匹配設計是地表水源熱泵系統推廣和應用中的關鍵技術和核心問題。目前，關於地埋管換熱器換熱量測試技術已有不少了，如土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數位化測試裝置(專利號ZL 200720096974. X)、一種可攜式測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置(專利號ZL 200820151891.0)、一種地源熱泵地埋管換熱量測試儀 (專利號ZL 200820065709. X)等，但是這些測試技術只能針對土壤源埋管換熱器的換熱量測試，不能測試地表水如海水、江水、湖水的換熱器換熱量，主要原因是在部分地區如哈爾賓、大連如海水、江水、湖水等的水面出現結冰的現象或地表水溫度接近零度時，地表水換熱器管內的水一般加入防凍液，而且水源熱泵機組運行制熱工況時，地表水換熱器管內水溶液溫度可能低於零度以下。所以以上測試技術是不能用於測量地表水換熱器換熱量。而關於地表水換熱器換熱量的檢測技術目前還是一片空白，缺乏相應檢測方法和手段。所以研究開發地表水換熱器換熱量測試儀是優化水源熱泵設計與施工的關鍵，也是推廣應用水源熱泵系統的趨勢所在。

實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以準確地用於現場直接測量不同形式地表水換熱器單位管長換熱量和總換熱量的測試儀，可以測試水源熱泵空調系統向地表水放熱或取熱量兩種模式下的地表水換熱器的換熱量。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，該測試儀包括風冷制冷機組、循環水泵、閥門、水-水換熱器、帶溫控電加熱器、保溫水箱、流量計、溫度傳感器、地表水換熱器及制冷機組控制器，所述的風冷制冷機組經管道與水-水換熱器連接，該水-水換熱器設在保溫水箱中，保溫水箱中設有帶溫控電加熱器，風冷制冷機組與水-水換熱器之間的管道上設有閥門及循環水泵，保溫水箱經管道與地表水換熱器連接，管道上設有循環水泵、流量計、閥門及溫度傳感器，所述的地表水換熱器設在保溫水箱內。所述的風冷制冷機組可以製取-10°C乙二醇水溶液，該風冷制冷機組採用變頻控制可以調節製冷量，滿足不同吸熱量測試要求。所述的循環水泵採用變頻控制可以調節水流量，滿足地表水換熱器不同流量的測試要求。所述的帶溫控電加熱器採用分級控制加熱，不僅可以微調保溫水箱水溫，而且可以滿足地表水換熱器不同釋熱量和不同水溫的測試要求。所述的製冷時，冷凍水管內、水-水換熱器、保溫水箱和被測水系統管內以及被測換熱器的水溶液都添加防凍劑。所述的防凍劑包括乙二醇。所述的流量計及溫度傳感器與數據採集器或電腦連接，實現地表水換熱器進出水溫度和流量數據實現自動採集。模擬夏季工況時，向地表水放熱的裝置為電加熱器，啟動電加熱器把水箱中的水加熱到設定溫度，循環水泵驅動水流至地表水換熱器中，通過地表水換熱後又流回保溫水箱中，測得循環水流經地表水換熱器前後的溫差和流量，即可計算得到地表水換熱器換熱量或單位管長換熱量。模擬冬季工況時，向地表水吸取熱量的裝置為風冷制冷機組，啟動風冷制冷機組把水箱中的水冷卻到設定溫度，循環水泵驅動水流至地表水換熱器中，通過地表水換熱後又流回保溫水箱中，測得循環水流經地表水換熱器前後的溫差和流量，即可計算得到地表水換熱器換熱量或單位管長換熱量。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點地表水換熱器換熱量測試儀可準確測量水源熱泵系統地表水換熱器向地表水散熱和吸熱兩種模式下的換熱器換熱量大小，可為水源熱泵系統的設計提供準確的基本資料和依據，有利於地表水淺層地熱資源的合理開發利用，而且測試設備機構結構簡單，具有一定的應用推廣價值。

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例地表水換熱器換熱量測試儀，其結構如圖1所示，該測試儀包括風冷制冷機組1、 循環水泵、閥門、水-水換熱器5、帶溫控電加熱器6、保溫水箱14、循環水泵7、流量計8、溫度傳感器、地表水換熱器13及制冷機組控制器16，風冷制冷機組1經管道與水-水換熱器 5連接，該水-水換熱器5設在保溫水箱14中，保溫水箱14中設有帶溫控電加熱器6，頂部設有攪拌器15。風冷制冷機組1與水-水換熱器5之間的管道上設有閥門3、閥門4及循環水泵2，保溫水箱14經管道與地表水換熱器13連接，管道上設有循環水泵7、流量計8、溫度傳感器9、閥門10及閥門11、溫度傳感器12，地表水換熱器13設在保溫水箱14內，制冷機組控制器16設在風冷制冷機組1及設有水-水換熱器5的保溫水箱14之間。風冷制冷機組1可以製取-10°C冷凍水(加有防凍液)，該風冷制冷機組採用變頻控制可以調節製冷量，滿足不同吸熱量測試要求。循環水泵採用變頻控制可以調節水流量， 滿足地表水換熱器不同流量的測試要求。帶溫控電加熱器採用分級控制加熱，不僅可以微調保溫水箱水溫，而且可以滿足地表水換熱器不同釋熱量和不同水溫的測試要求。風冷制冷機組1的冷凍水管內、水-水換熱器5、保溫水箱14和被測水系統管內以及被測換熱器的水溶液都添加防凍劑乙二醇。流量計及溫度傳感器與數據採集器或電腦連接，實現地表水換熱器進出水溫度和流量數據實現自動採集。冬季地表水換熱器吸熱時測量換熱器換熱量工作流程測量地表水換熱器冬季換熱量時，開啟閥門3、閥門4，啟動循環水泵2和風冷制冷機組1，通過水-水換熱器5把保溫水箱14中的水冷卻到設定溫度；然後開啟閥門10、閥門 11，啟動循環水泵7驅動水流至地表水換熱器13中，與地表水進行換熱後又流回保溫水箱 14中，當地表水換熱器13與地表水換熱穩定後，測得溫度傳感器9和溫度傳感器12溫度和流量計8，即可計算得到地表水換熱器換熱量或單位管長換熱量。夏季地表水換熱器釋熱時測量換熱器換熱量工作流程測量地表水換熱器夏季換熱量時，開啟閥門10、閥門11，啟動帶溫控電加熱器6， 啟動循環水泵7驅動水流至地表水換熱器13中，與地表水進行換熱後又流回保溫水箱14 中，當地表水換熱器與地表水換熱穩定後，測得溫度傳感器9和溫度傳感器12溫度和流量計8，即可計算得到地表水換熱器換熱量或單位管長換熱量。地表水換熱器換熱量計算Q = CpX P XLX At式中，Q-地表水換熱器換熱量，kff ;Cp-水的比熱，kj/kg. °C;P-水的密度，kg/m3 ； L-循環水流量，m3/s ； Δ t-換熱器出水與進水溫差，V。(2)地表水換熱器單位長度的平均換熱量計算q = Q/1式中，Q-地表水換熱器單位長度換熱量，kff ；1-地表水換熱器總長度，m。
權利要求1.地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，該測試儀包括風冷制冷機組、循環水泵、 閥門、水-水換熱器、帶溫控電加熱器、保溫水箱、流量計、溫度傳感器、地表水換熱器及制冷機組控制器，所述的風冷制冷機組經管道與水-水換熱器連接，該水-水換熱器設在保溫水箱中，保溫水箱中設有帶溫控電加熱器，風冷制冷機組與水-水換熱器之間的管道上設有閥門及循環水泵，保溫水箱經管道與地表水換熱器連接，管道上設有循環水泵、流量計、 閥門及溫度傳感器，所述的地表水換熱器測試儀測量地表水換熱器吸熱量時保溫水箱中加入防凍劑。
2.根據權利要求1所述的地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，所述的風冷制冷機組為變頻控制的制冷機組。
3.根據權利要求1所述的地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，所述的循環水泵為變頻控制的循環水泵。
4.根據權利要求1所述的地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，所述的帶溫控電加熱器為分級控制加熱的電加熱器。
5.根據權利要求1所述的地表水換熱器換熱量測試儀，其特徵在於，所述的流量計及溫度傳感器與數據採集器或電腦連接。
專利摘要本實用新型涉及地表水換熱器換熱量測試儀，包括風冷制冷機組、循環水泵、閥門、水-水換熱器、帶溫控電加熱器、保溫水箱、流量計、溫度傳感器、地表水換熱器及制冷機組控制器，冷凍水系統和被測水系統添加防凍劑。與現有技術相比，本實用新型可準確測量地表水水源熱泵系統地表水換熱器向地表水散熱和吸熱兩種模式下的換熱器換熱量大小，可為水源熱泵系統的設計提供準確的基本資料，本測試儀器有利於地表水淺層地熱資源的合理開發利用，而且測試設備機構結構簡單，具有一定的應用推廣價值。
文檔編號G01K17/08GK202119617SQ201120153729
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者傅允準 申請人:上海工程技術大學