同步冷熱響應巖土熱物性測試儀的製作方法

2023-06-04 19:55:16

專利名稱：同步冷熱響應巖土熱物性測試儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種巖土熱物性測試儀。
背景技術：
地埋管地源熱泵系統作為一種利用淺層地熱資源進行供熱、空調和生活熱水供應 的節能環保型熱泵系統，得到越來越多的應用，但在實際應用過程中，如何準確的確定地下 巖土的熱物性參數對系統的設計尤為重要。目前對巖土熱物性測量的儀器主要有電加熱式 測試儀或空氣源熱泵式測試儀兩種，其中電加熱式測試儀只能進行夏季排熱工況的測試， 而不能進行冬季吸熱工況的測試，因此，電加熱式測試儀具有局限性；而空氣源熱泵式測 試儀可以進行夏季排熱工況和冬季吸熱工況的測試，但是，空氣源熱泵式測試儀還存在以 下缺點1、空氣源熱泵式測試儀一次只能測試一種工況，當需要進行兩種工況的測量孔測 試時，需要依次進行測試，由於前一次測試對地下巖土的溫度場進行了幹擾，在有限的測試 時間內如果巖土溫度未充分恢復，會對後一次的測試結果產生較大的影響或得出錯誤的結 論；2、容易受測試時周圍氣象條件變化的影響，不易實現恆熱流條件。

發明內容
本發明的目的是為解決巖土熱物性測量採用空氣源熱泵式測量儀進行夏季排熱 工況和冬季吸熱工況的測試時，一次只能測試一種工況，需要依次進行，且兩次測試過程中 前一次的測試會對後一次的測試結果產生影響，得出錯誤的結論及由於採用空氣源熱泵受 測試周圍的氣象條件的影響，不易實現恆熱流條件的問題，提供一種同步冷熱響應巖土熱 物性測試儀。本發明包括水_水熱泵機組、冷響應側循環泵、冷響應側回水溫度傳感器、冷響應 側供水溫度傳感器、冷響應側U形管、冷響應側流量計、熱響應側循環泵、熱響應側回水溫 度傳感器、熱響應側供水溫度傳感器、熱響應側U形管、熱響應側流量計、散熱器調節閥、加 熱器調節閥、數據採集裝置、冷響應側回水管、冷響應側供水管、熱響應側回水管、熱響應側 供水管、第一加熱器間閥、第二加熱器間閥、電加熱器、第一散熱器間閥、第二散熱器間閥和 翅片散熱器，冷響應側回水管的一端與冷響應側U形管上端的一個管口連接，冷響應側回 水管的另一端通過冷響應側循環泵與水-水熱泵機組連接，冷響應側供水管的一端與冷 響應側U形管上端的另一個管口連接，冷響應側供水管的另一端通過冷響應側流量計與 水-水熱泵機組連接，冷響應側回水溫度傳感器裝在冷響應側回水管上且位於冷響應側循 環泵與冷響應側U形管之間，冷響應側供水溫度傳感器裝在冷響應側供水管上且位於冷響 應側流量計與冷響應側U形管之間，熱響應側回水管的一端與熱響應側U形管上端的一個 管口連接，熱響應側回水管的另一端通過熱響應側循環泵與水-水熱泵機組連接，熱響應 側供水管的一端與熱響應側U形管上端的另一個管口連接，熱響應側供水管的另一端通過 熱響應側流量計與水-水熱泵機組連接，熱響應側回水溫度傳感器裝在熱響應側回水管上 且位於熱響應側循環泵與熱響應側U形管之間，熱響應側供水溫度傳感器裝在熱響應側供水管上且位於熱響應側流量計與熱響應側U形管之間，熱響應側供水管上沿水_水熱泵機 組至熱響應側流量計的方向上依次裝有散熱器調節閥和加熱器調節閥，翅片散熱器與散熱 器調節閥並聯，且翅片散熱器的兩端分別通過第一散熱器間閥和第二散熱器間閥連接在熱 響應側供水管上，散熱器調節閥通過數據線與熱響應側供水溫度傳感器連接，電加熱器與 加熱器調節閥並聯，且電加熱器的兩端分別通過第一加熱器間閥和第二加熱器間閥連接在 熱響應側供水管上，加熱器調節閥分別通過數據線與熱響應側供水溫度傳感器和熱響應側 回水溫度傳感器連接，數據採集裝置分別通過數據線與冷響應側回水溫度傳感器、冷響應 側供水溫度傳感器、冷響應側流量計、熱響應側回水溫度傳感器、熱響應側供水溫度傳感器 和熱響應側流量計連接。本發明的優點是一、本發明能同步對冷響應側測量孔33和熱響應側測量孔34 進行冬季吸熱和夏季排熱兩種工況的測試，根據測量結果計算出所測地域的巖土熱物性參 數；由於水-水熱泵機組1能夠同時提供冷熱水，即能同時對兩個測試孔進行夏季排熱工 況的測試及冬季吸熱工況的測試，同時進行兩種工況下的冷熱響應測試試驗，根本上解決 了由於測試時間不同和測試環境不同導致測試結果的誤差，並且可以更好的利用同時測定 的兩組結果進行對比，對試驗的成功與否進行判斷，對結果的準確性進行校核；並且採用 水-水熱泵機組1不受測試氣象條件的影響，更易保證恆熱流的測試條件，提高了測試結果 的準確性。二、利用本發明的測試儀對地下巖土進行測試，使得測試的程序大大簡化，測試 的時間大幅縮短(不需要較長的地溫恢復期)，這對於專業的勘測隊伍來說很重要，測試程 序的簡化和測試時間的縮短減少了測試的費用，降低了測試成本。三、同時由於水-水熱泵 機組不像空氣源熱泵那樣與周圍的空氣進行熱量的交換，因此，不受測試周圍氣象條件的 影響。


圖1是本發明的整體結構主視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括水-水熱泵機組1、 冷響應側循環泵2、冷響應側回水溫度傳感器3、冷響應側供水溫度傳感器4、冷響應側U形 管5、冷響應側流量計6、熱響應側循環泵7、熱響應側回水溫度傳感器8、熱響應側供水溫度 傳感器9、熱響應側U形管10、熱響應側流量計11、散熱器調節閥12、加熱器調節閥13、數據 採集裝置14、冷響應側回水管15、冷響應側供水管16、熱響應側回水管17、熱響應側供水管 18、第一加熱器閘閥19、第二加熱器閘閥20、電加熱器21、第一散熱器閘閥22、第二散熱器 閘閥23和翅片散熱器24，冷響應側回水管15的一端與冷響應側U形管5上端的一個管口 連接，冷響應側回水管15的另一端通過冷響應側循環泵2與水-水熱泵機組1連接，冷響 應側供水管16的一端與冷響應側U形管5上端的另一個管口連接，冷響應側供水管16的 另一端通過冷響應側流量計6與水-水熱泵機組1連接，冷響應側回水溫度傳感器3裝在 冷響應側回水管15上且位於冷響應側循環泵2與冷響應側U形管5之間，冷響應側供水溫 度傳感器4裝在冷響應側供水管16上且位於冷響應側流量計6與冷響應側U形管5之間， 熱響應側回水管17的一端與熱響應側U形管10上端的一個管口連接，熱響應側回水管17的另一端通過熱響應側循環泵7與水-水熱泵機組1連接，熱響應側供水管18的一端與熱 響應側U形管10上端的另一個管口連接，熱響應側供水管18的另一端通過熱響應側流量 計11與水-水熱泵機組1連接，熱響應側回水溫度傳感器8裝在熱響應側回水管17上且 位於熱響應側循環泵7與熱響應側U形管10之間，熱響應側供水溫度傳感器9裝在熱響應 側供水管18上且位於熱響應側流量計11與熱響應側U形管10之間，熱響應側供水管18 上沿水-水熱泵機組1至熱響應側流量計11的方向上依次裝有散熱器調節閥12和加熱器 調節閥13，翅片散熱器24與散熱器調節閥12並聯，且翅片散熱器24的兩端分別通過第一 散熱器間閥22和第二散熱器間閥23連接在熱響應側供水管18上，散熱器調節閥12通過 數據線與熱響應側供水溫度傳感器9連接，電加熱器21與加熱器調節閥13並聯，且電加熱 器21的兩端分別通過第一加熱器間閥19和第二加熱器間閥20連接在熱響應側供水管18 上，加熱器調節閥13分別通過數據線與熱響應側供水溫度傳感器9和熱響應側回水溫度傳 感器8連接，數據採集裝置14分別通過數據線與冷響應側回水溫度傳感器3、冷響應側供水 溫度傳感器4、冷響應側流量計6、熱響應側回水溫度傳感器8、熱響應側供水溫度傳感器9 和熱響應側流量計11連接。水-水熱泵機組1為現有技術，水_水熱泵機組1是以水作為 熱源或熱匯來生產冷熱水的熱泵機組。水-水熱泵機組1的一端為冷相應側、另一端為熱 響應側，且冷相應側由冷響應側供水管16、冷響應側流量計6、冷響應側供水溫度傳感器4、 冷響應側U形管5、冷響應側回水溫度傳感器3、冷響應側循環泵2和冷響應側回水管15構 成迴路；熱響應側由熱響應側供水管18、散熱器調節閥12、加熱器調節閥13、熱響應側流量 計11、熱響應側供水溫度傳感器9、熱響應側U形管10、熱響應側回水溫度傳感器8、熱響應 側循環泵7和熱響應側回水管17構成迴路。測試時，將本發明測試儀上的冷響應側U形管 5和熱響應側U形管10分別置於冷響應側測量孔33和熱響應側測量孔34中。在進行冬季 吸熱工況的冷響應側測試時，應保證恆定的製冷功率，具體的控制根據冷響應側U形管5的 進出水溫差，保證進出水的溫差為定值。在進行夏季排熱工況熱響應側測試時，需要根據測 試要求保證熱響應側U形管10進出水溫差為定值，當不能滿足要求時，通過該側的翅片式 散熱器24和電加熱器21來實現散熱和補充加熱，以保證熱響應側的恆熱流條件。本發明的具體的控制方法為⑴、冷響應側控制單元根據冷響應側回水溫度傳 感器3、冷響應側供水溫度傳感器4採集的冷響應側的供回水溫度計算得到的溫差與設定 的冬季工況下的溫差進行比對，控制熱泵機組的製冷功率，存儲並輸出該側時時的供回水 溫度和流量變化情況；⑵、熱響應側的控制單元根據熱響應側回水溫度傳感器8、熱響應 側供水溫度傳感器9採集的熱響應側的供回水溫度計算得到的溫差與設定的夏季工況下 的溫差進行比對，控制電加熱器和翅片式散熱器的啟停(當計算得到的溫差大於設定溫差 時開啟散熱器，當計算得到的溫差小於設定的溫差時開啟電加熱器)，存儲並輸出該側時時 的供回水溫度和流量變化情況。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同 的是它還增加有冷響應側膨脹水箱25、冷響應側水箱接管26、熱響應側膨脹水箱27和熱響 應側水箱接管28，冷響應側水箱接管26的一端與冷響應側回水管15連接，冷響應側水箱接 管26的另一端與冷響應側膨脹水箱25連接，熱響應側水箱接管28的一端與熱響應側回水 管17連接，熱響應側水箱接管28的另一端與熱響應側膨脹水箱27連接。採用膨脹水箱可 以容納儀器系統中膨脹的循環介質和補充儀器系統中的循環介質，提高了系統的穩定性。其它組成與連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同 的是它還增加有冷響應側回水管壓力表29、冷響應側供水管壓力表30、熱響應側回水管壓 力表31和熱響應側供水管壓力表32，冷響應側回水管壓力表29裝在冷響應側回水管15 上，且位於冷響應側回水溫度傳感器3和冷響應側U形管5之間，冷響應側供水管壓力表30 裝在冷響應側供水管16上，且位於冷響應側供水溫度傳感器4和冷響應側U形管5之間， 熱響應側回水管壓力表31裝在熱響應側回水管17上，且位於熱響應側回水溫度傳感器8 與熱響應側U形管10之間，熱響應側供水管壓力表32裝在熱響應側供水管18上，且位於 熱響應側供水溫度傳感器9與熱響應側U形管10之間。利用壓力表監測各管路壓力，有利 於直接檢測系統是否洩露或堵塞。其它組成與連接關係與具體實施方式
一或二相同。 本發明的工作原理1、冬季吸熱工況的冷響應側測試時，此時循環介質(冷響應側的冷水)的流程 依次為水_水熱泵機組1—冷響應側流量計6 —冷響應側供水溫度傳感器4 —冷響應側 供水管壓力表30 —冷響應側U形管5 —冷響應側回水管壓力表29 —冷響應側回水溫度傳 感器3 —冷響應側循環泵2 —水-水熱泵機組1。2、夏季排熱工況的熱響應側測試時，循環介質的流程分為三種情形⑴、當地埋管地源熱泵系統的制熱量剛好滿足熱響應側的設定溫差所需的熱 量時，關閉第一加熱器閘閥19、第二加熱器閘閥20、第一散熱器閘閥22和第二散熱器閘閥 23，打開散熱器調節閥12和加熱器調節閥13，此時的循環介質(熱響應側的熱水)的流程依 次為水-水熱泵機組1 —散熱器調節閥12 —加熱器調節閥13 —熱響應側流量計11 —熱 響應側供水溫度傳感器9 —熱響應側供水管壓力表32 —熱響應側U形管10 —熱響應側回 水管壓力表31 —熱響應側回水溫度傳感器8 —熱響應側循環泵7 —水-水熱泵機組1。 ⑵、當地埋管地源熱泵系統的制熱量大於熱響應側的設定溫差所需的熱量時，關閉第一加 熱器閘閥19和第二加熱器閘閥20，打開加熱器調節閥13、第一散熱器閘閥22和第二散熱 器閘閥23，並調節散熱器調節閥12的開關程度使供回水管路的溫差滿足設定的溫差，此時 的循環介質(熱響應側的熱水)的流程依次為水-水熱泵機組1 —第二散熱器閘閥23 —翅 片散熱器24 —第一散熱器間閥22(同時有部分循環介質通過與翅片散熱器24並行的散熱 器調節閥12，再與經過翅片散熱器24的循環介質匯合)一加熱器調節閥13 —熱響應側流量 計11 —熱響應側供水溫度傳感器9 —熱響應側供水管壓力表32 —熱響應側U形管10 — 熱響應側回水管壓力表31 —熱響應側回水溫度傳感器8 —熱響應側循環泵7 —水-水熱 泵機組1。⑶、當地埋管地源熱泵系統的制熱量小於熱響應側設定的溫差所需的熱量時，關 閉第一散熱器閘閥22和第二散熱器閘閥23，打開散熱器調節閥12、第一加熱器閘閥19和 第二加熱器閘閥20，並調節加熱器調節閥13的開關程度使供回水管路的溫差滿足設定的 溫差，此時的循環介質(熱響應側的熱水)的流程依次為水-水熱泵機組1 —散熱器調節 閥12 —第二加熱器閘閥20 —電加熱器21 —第一加熱器閘閥19 (同時有部分循環介質通 過與電加熱器21並行的加熱器調節閥13，再與經過電加熱器21的循環介質匯合)一熱響 應側流量計11 —熱響應側供水溫度傳感器9 —熱響應側供水管壓力表32 —熱響應側U形 管10 —熱響應側回水管壓力表31 —熱響應側回水溫度傳感器8 —熱響應側循環泵7 — 水-水熱泵機組1。
權利要求
一種同步冷熱響應巖土熱物性測試儀，其特徵在於所述測試儀包括水-水熱泵機組(1)、冷響應側循環泵(2)、冷響應側回水溫度傳感器(3)、冷響應側供水溫度傳感器(4)、冷響應側U形管(5)、冷響應側流量計(6)、熱響應側循環泵(7)、熱響應側回水溫度傳感器(8)、熱響應側供水溫度傳感器(9)、熱響應側U形管(10)、熱響應側流量計(11)、散熱器調節閥(12)、加熱器調節閥(13)、數據採集裝置(14)、冷響應側回水管(15)、冷響應側供水管(16)、熱響應側回水管(17)、熱響應側供水管(18)、第一加熱器閘閥(19)、第二加熱器閘閥(20)、電加熱器(21)、第一散熱器閘閥(22)、第二散熱器閘閥(23)和翅片散熱器(24)，冷響應側回水管(15)的一端與冷響應側U形管(5)上端的一個管口連接，冷響應側回水管(15)的另一端通過冷響應側循環泵(2)與水-水熱泵機組(1)連接，冷響應側供水管(16)的一端與冷響應側U形管(5)上端的另一個管口連接，冷響應側供水管(16)的另一端通過冷響應側流量計(6)與水-水熱泵機組(1)連接，冷響應側回水溫度傳感器(3)裝在冷響應側回水管(15)上且位於冷響應側循環泵(2)與冷響應側U形管(5)之間，冷響應側供水溫度傳感器(4)裝在冷響應側供水管(16)上且位於冷響應側流量計(6)與冷響應側U形管(5)之間，熱響應側回水管(17)的一端與熱響應側U形管(10)上端的一個管口連接，熱響應側回水管(17)的另一端通過熱響應側循環泵(7)與水-水熱泵機組(1)連接，熱響應側供水管(18)的一端與熱響應側U形管(10)上端的另一個管口連接，熱響應側供水管(18)的另一端通過熱響應側流量計(11)與水-水熱泵機組(1)連接，熱響應側回水溫度傳感器(8)裝在熱響應側回水管(17)上且位於熱響應側循環泵(7)與熱響應側U形管(10)之間，熱響應側供水溫度傳感器(9)裝在熱響應側供水管(18)上且位於熱響應側流量計(11)與熱響應側U形管(10)之間，熱響應側供水管(18)上沿水-水熱泵機組(1)至熱響應側流量計(11)的方向上依次裝有散熱器調節閥(12)和加熱器調節閥(13)，翅片散熱器(24)與散熱器調節閥(12)並聯，且翅片散熱器(24)的兩端分別通過第一散熱器閘閥(22)和第二散熱器閘閥(23)連接在熱響應側供水管(18)上，散熱器調節閥(12)通過數據線與熱響應側供水溫度傳感器(9)連接，電加熱器(21)與加熱器調節閥(13)並聯，且電加熱器(21)的兩端分別通過第一加熱器閘閥(19)和第二加熱器閘閥(20)連接在熱響應側供水管(18)上，加熱器調節閥(13)分別通過數據線與熱響應側供水溫度傳感器(9)和熱響應側回水溫度傳感器(8)連接，數據採集裝置(14)分別通過數據線與冷響應側回水溫度傳感器(3)、冷響應側供水溫度傳感器(4)、冷響應側流量計(6)、熱響應側回水溫度傳感器(8)、熱響應側供水溫度傳感器(9)和熱響應側流量計(11)連接。
2.根據權利要求1所述同步冷熱響應巖土熱物性測試儀，其特徵在於所述測試儀還 包括冷響應側膨脹水箱(25)、冷響應側水箱接管(26)、熱響應側膨脹水箱(27)和熱響應側 水箱接管(28)，冷響應側水箱接管(26)的一端與冷響應側回水管(15)連接，冷響應側水箱 接管(26)的另一端與冷響應側膨脹水箱(25)連接，熱響應側水箱接管(28)的一端與熱響 應側回水管(17)連接，熱響應側水箱接管(28)的另一端與熱響應側膨脹水箱(27)連接。
3.根據權利要求1或2所述同步冷熱響應巖土熱物性測試儀，其特徵在於所述測試 儀還包括冷響應側回水管壓力表(29)、冷響應側供水管壓力表(30)、熱響應側回水管壓力 表(31)和熱響應側供水管壓力表(32)，冷響應側回水管壓力表(29)裝在冷響應側回水管 (15)上，且位於冷響應側回水溫度傳感器(3)和冷響應側U形管(5)之間，冷響應側供水管 壓力表(30)裝在冷響應側供水管(16)上，且位於冷響應側供水溫度傳感器(4)和冷響應側U形管(5)之間，熱響應側回水管壓力表(31)裝在熱響應側回水管(17)上，且位於熱響應 側回水溫度傳感器(8)與熱響應側U形管(10)之間，熱響應側供水管壓力表(32)裝在熱響 應側供水管(18)上，且位於熱響應側供水溫度傳感器(9)與熱響應側U形管(10)之間。
全文摘要
同步冷熱響應巖土熱物性測試儀，它涉及一種巖土熱物性測試儀。本發明為解決巖土熱物性測量採用空氣源熱泵式測量儀對夏季排熱工況和冬季吸熱工況測試時，一次只能測試一種工況，測試結果不準的問題。水-水熱泵機組的冷響應側由冷響應側供水管、冷響應側流量計、冷響應側供水溫度傳感器、冷響應側U形管、冷響應側回水管、冷響應側回水溫度傳感器和冷響應側循環泵構成迴路；水-水熱泵機組的熱響應側由熱響應側供水管、散熱器調節閥、翅片散熱器、加熱器調節閥、電加熱器、熱響應側流量計、熱響應側供水溫度傳感器、熱響應側U形管、熱響應側回水管、熱響應側回水溫度傳感器和熱響應側循環泵構成迴路。本發明用於地下巖土熱物性參數的測量。
文檔編號G01N25/20GK101887040SQ20101020299
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者周群, 姚楊, 姜益強 申請人:哈爾濱工業大學