專利名稱：一種測試地埋管換熱器換熱能力的新方法及專用測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及暖通空調(diào)工程技術(shù)中埋管式地源熱泵的地下埋管換熱器換熱能力的測試方法及其專用測試裝置。
背景技術(shù)：
地源熱泵(GSHP)系統(tǒng)包括使用土壤、地下水和地表水作為熱源和冷源的熱泵系統(tǒng)。使用土壤的也叫地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)或稱埋管式地源熱泵系統(tǒng)；它是三種形式地源熱泵系統(tǒng)中技術(shù)難度最大，但也是應(yīng)用最廣泛的形式?！冬F(xiàn)代空調(diào)》2001年第3期刊登了一篇題為“地源熱泵在中國”的文章，指出在國外，地源熱泵的主要研究和應(yīng)用對象還是地下埋管換熱器地源熱泵系統(tǒng)；國內(nèi)理論研究和實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)也是如此。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是(1)單位管長的換熱量確定；(2)系統(tǒng)的性能系數(shù)值(COP值)的確定等。同一期還刊登了一篇題為《地源熱泵的實(shí)驗(yàn)及相關(guān)基礎(chǔ)理論研究》的文章，指出由于埋地?fù)Q熱器與土壤實(shí)際換熱過程受到多方面因素耦合影響，地下埋管換熱器運(yùn)行時(shí)熱交換過程和換熱量與實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的導(dǎo)熱系數(shù)測定的數(shù)值存在較大偏差，所以必須通過實(shí)驗(yàn)確定埋地?fù)Q熱器的實(shí)際換熱量。該文還介紹了地下埋管換熱器能力的測試裝置，該裝置的不足之處有以下三點(diǎn)1、只能在同一時(shí)間測一種工況下埋管換熱器的換熱能力，而不能在同一時(shí)間測試兩種工況下埋管換熱器的換熱能力；2、必須配備另一套空氣冷熱源設(shè)施；3、所報(bào)導(dǎo)的測試裝置都是大學(xué)或研究院實(shí)驗(yàn)研究室用的，不適于工程施工測試，移動非常不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開一種測試地埋管換熱器換熱能力的新方法及其專用測試裝置，適用于工程現(xiàn)場測試，可以同時(shí)測試多個(gè)埋管換熱器兩種工況的換熱能力，結(jié)構(gòu)簡單，無須配備另一套空氣冷熱源設(shè)施，便于組裝，移動方便，接上水管和電源即可運(yùn)行測試。
本發(fā)明技術(shù)方案如下測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，包括四個(gè)相對獨(dú)立的分系統(tǒng)——地源熱泵空調(diào)機(jī)組[1]，吸熱埋管換熱系統(tǒng)[2]，放熱埋管換熱系統(tǒng)[3]和測試系統(tǒng)[4]；其中，吸熱埋管換熱器系統(tǒng)是由吸熱埋管換熱器[A]，水循環(huán)泵[22]，集水器[23]，分水器[24]及其管道[25]、閥門[26]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；放熱埋管換熱器系統(tǒng)是由放熱埋管換熱器[C]，水循環(huán)泵[32]，集水器[33]，分水器[34]及其管道[35]、閥門[36]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；測試系統(tǒng)則由分別設(shè)在吸熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中和放熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中的溫度計(jì)[T]、渦輪流量計(jì)[V]構(gòu)成；上述吸熱埋管換熱系統(tǒng)是和地源熱泵空調(diào)機(jī)組的冷凍水進(jìn)接口[12]、出接口[13]相連接的，放熱埋管換熱系統(tǒng)和地源熱泵空調(diào)機(jī)組的冷卻水進(jìn)接口[14]、出接口[15]相連接的。
上述的吸熱埋管放熱器和放熱埋管換熱器可以有2~10個(gè)。上述的測試系統(tǒng)為相應(yīng)的2~10套。
地源熱泵機(jī)組系統(tǒng)的功能為將吸熱埋管換熱器吸收的土壤中的低溫?zé)崃?3～10℃)，經(jīng)熱泵提升為較高溫度的熱量(30～50℃)。
吸熱埋管換熱器系統(tǒng)的功能為水流在吸熱埋管換熱器中吸收土壤的熱量，然后流經(jīng)熱泵內(nèi)，將這部分熱量傳給熱泵。
放熱埋管換熱器系統(tǒng)的功能為水流在熱泵內(nèi)吸收較高溫度的熱量，然后由放熱埋管換熱器將這部分熱量傳給土壤。
測試系統(tǒng)，溫度測試由安裝在管道中的溫度計(jì)顯示，溫度計(jì)分度值為0.1℃，流量測試由管道中安裝的渦輪流量計(jì)測得，流量范圍0.3~3m3/h，精度等級5‰；系統(tǒng)的測試誤差≤5％。
所述機(jī)組可以全天候地長期運(yùn)行。
測試地埋管換熱器換熱能力的方法，在需要測定的地域內(nèi)，先埋好上述的測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，向管道中充滿水后即可開機(jī)運(yùn)行并對全系統(tǒng)兩種工況下——即放熱埋管換熱器的放熱能力和吸熱埋管換熱器的吸熱能力進(jìn)行測試，具體測試參數(shù)為溫度、流量。
采用上述測試地埋管換熱器換熱能力的方法時(shí)，可以通過調(diào)整每個(gè)地埋管換熱器管路中的閥門開度來調(diào)整該回路的水流量及溫度變化。
采用上述測試地埋管換熱器換熱能力的方法時(shí)，還可以通過打開或關(guān)閉閥門調(diào)整吸熱及放熱埋管換熱器運(yùn)行的數(shù)量來調(diào)整兩系統(tǒng)換熱器 水流量和溫度的變化，以及負(fù)荷變化。
在運(yùn)行過程中根據(jù)需要的時(shí)間間隔，定時(shí)記錄系統(tǒng)的溫度、流量；根據(jù)測試的要求，可以間歇運(yùn)行測試，也可以不間斷地在任意時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行測試。
根據(jù)記錄的測定數(shù)據(jù)，計(jì)算單位管長換熱量的q值。
常用計(jì)算公式如下每個(gè)換熱器單位管長換熱量q(大卡/米管·每小時(shí))q＝(Δt×v×c)/L其中，Δt-每個(gè)換熱器的進(jìn)出水溫度差的絕對值(℃)。
v-每個(gè)換熱器的單位時(shí)間內(nèi)水循環(huán)量(升/小時(shí))。
c-水的比熱值，取1(大卡/升·度)。
L-埋管換熱器的長度，對豎直埋管換熱器來說，L＝2倍埋管深度(米)。
通過以上的測試和計(jì)算，即可確定施工現(xiàn)場的埋管換熱器單位管長換熱量，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。
本發(fā)明的測試地埋管換熱器換熱能力的新方法及其專用測試裝置，原理正確清晰，適用于工程現(xiàn)場測試，可以達(dá)到同時(shí)測試多個(gè)埋管換熱器兩種工況的換熱能力，結(jié)構(gòu)簡單，無須配備另一套空氣冷熱源設(shè)施，便于移動，是地埋管熱泵工程設(shè)計(jì)與施工必不可少的測試裝置，為大力推廣地埋管換熱器這種節(jié)能環(huán)保工程創(chuàng)造了條件。


圖1為地埋管換熱器測試裝置原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的測試地埋管換熱器換熱能力的新方法及其專用測試裝置作進(jìn)一步說明參見附圖1，本例中1、地源熱泵主機(jī)，1臺；22、32、循環(huán)水泵，2臺；23、24、33、34、分水器與集水器，4臺；4、Y型除污器，4個(gè)；5、壓力表，4塊；T溫度計(jì)插孔及溫度計(jì)，8支；V、渦輪流量計(jì)，4臺；26、36、球閥，8個(gè)；9、膨脹水箱，1個(gè)；10、自動排氣閥，2個(gè)；25、35、系統(tǒng)管道；A、B、吸熱埋管放熱器，2個(gè)；C、D、放熱埋管換熱器，2個(gè)。
本例中共有換熱器4個(gè)，其中兩個(gè)為吸熱換熱器，兩個(gè)為放熱換熱器；本例中共有除污器4個(gè)，除污器的作用是過濾掉管道循環(huán)水中的雜質(zhì)顆粒。
本例中膨脹水箱的作用是，當(dāng)系統(tǒng)中由于水溫變化引起水體積變化時(shí)，起到吸收或補(bǔ)充水量的作用。
本例中溫度的測試采用的是ACG-22型電子溫度計(jì)，分度等級0.1℃。
本例中流量的測試采用的是LWGY-15A型渦輪流量計(jì)，流量范圍0.3～3m3/h，精度等級5‰。
本例中每個(gè)埋管換熱器的孔深是100m。
測試方法在需要測定的地域內(nèi)，先埋好設(shè)計(jì)所要求形式的埋管換熱器4個(gè)，其中兩個(gè)為吸熱換熱器，兩個(gè)為放熱換熱器；配以相應(yīng)的地面管道和閥門，安裝好地源熱泵空調(diào)機(jī)組1，再將溫度計(jì)T、渦輪流量計(jì)V安放在埋管換熱器系統(tǒng)設(shè)定位置，然后將埋管換熱器管道與各個(gè)測試儀器接口聯(lián)接好，向管道系統(tǒng)中充滿水后即可開機(jī)運(yùn)行，并對全系統(tǒng)兩種工況下即放熱地埋管換熱器的放熱能力和吸熱地埋管換熱器的吸熱能力進(jìn)行測試，本例中具體測試參數(shù)為溫度、流量。
測試數(shù)據(jù)

計(jì)算本例中，9:00～11:00之間地埋管換熱器單位管長換熱量吸熱換熱器A的出水平均溫度T2＝(8.6+8.4+8.4+8.5+8.6)/5＝8.5℃吸熱換熱器B的出水平均溫度T3＝(8.5+8.3+8.4+8.8+8.7)/5＝8.5℃吸熱換熱器A和B的進(jìn)水平均溫度T4＝(3.3+3.2+3.2+3.3+3.4)/5＝3.3℃放熱換熱器C和D的進(jìn)水平均溫度T5＝(31.5+31.6+31.7+31.6+31.8)/5＝31.6放熱換熱器C的出水平均溫度T6＝(25.2+25.3+25.5+25.4+25.6)/5＝25.4℃放熱換熱器D的出水平均溫度T7＝(25.3+25.4+25.6+25.5+25.5)/5＝25.5℃吸熱換熱器A的平均水流量V1＝(1246+1230+1211+1238+1251)/5＝1235升/小時(shí)吸熱換熱器B的平均水流量V2＝(1285+1265+1273+1260+1256)/5＝1268升/小時(shí)放熱換熱器C的平均水流量V3＝(1338+1320+1326+1311+1335)/5＝1326升/小時(shí)放熱換熱器D的平均水流量V4＝(1238+1248+1276+1266+1262)/5＝1258升/小時(shí)吸熱換熱器A的單位管長換熱量qA＝〔(T2-T4)×V1×C〕/L＝〔(8.5-3.3)×1235×1〕/2×100＝32.11大卡/米管·每小時(shí)吸熱換熱器B的單位管長換熱量qB＝〔(T3-T4)×V2×C〕/L＝〔(8.5-3.3)×1268×1〕/2×100＝32.97大卡/米管·每小時(shí)放熱換熱器C的單位管長換熱量qC＝〔(T5-T6)×V3×C〕/L＝〔(31.6-25.4)×1326×1〕/2×100＝41.11大卡/米管·每小時(shí)放熱換熱器D的單位管長換熱量qD＝〔(T5-T7)×V4×C〕/L＝〔(31.6-25.5)×1258×1〕/2×100＝38.37大卡/米管·每小時(shí)
權(quán)利要求
1.測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，其特征為包括四個(gè)相對獨(dú)立的分系統(tǒng)——地源熱泵空調(diào)機(jī)組[1]，吸熱埋管換熱系統(tǒng)[2]，放熱埋管換熱系統(tǒng)[3]和測量系統(tǒng)[4]；其中，吸熱埋管換熱器系統(tǒng)是由吸熱埋管換熱器[A]，水循環(huán)泵[22]，集水器[23]，分水器[24]及其管道[25]、閥門[26]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；放熱埋管換熱器系統(tǒng)是由放熱埋管換熱器[C]，水循環(huán)泵[32]，集水器[33]，分水器[34]及其管道[35]、閥門[36]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；測量系統(tǒng)則由分別設(shè)在吸熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中和放熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中的溫度計(jì)[T]、渦輪流量計(jì)[V]、構(gòu)成；上述吸熱埋管換熱系統(tǒng)是和地源熱泵空調(diào)機(jī)組的冷凍水進(jìn)接口[12]、出接口[13]相連接的，放熱埋管換熱系統(tǒng)和地源熱泵空調(diào)機(jī)組的冷卻水進(jìn)接口[14]、出接口[15]相連接的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，其特征為所述的吸熱埋管放熱器和放熱埋管換熱器共有2~10個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，其特征為所述的測量系統(tǒng)為相應(yīng)的2~10套。
4.測試地埋管換熱器換熱能力的方法，其特征為，在需要測定的地域內(nèi)，先埋設(shè)好如權(quán)利要求1所述的測試地埋管換熱器換熱能力的測試裝置，再向管道中充滿水后即可開機(jī)運(yùn)行，并對全系統(tǒng)兩種工況下——即放熱埋管換熱器的放熱能力和吸熱埋管換熱器的吸熱能力進(jìn)行測量，具體測量參數(shù)為溫度、流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試地埋管換熱器換熱能力的方法，其特征為，可以通過調(diào)整每個(gè)地埋管換熱器管路中的閥門開度來調(diào)整該回路的水流量及溫度變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試地埋管換熱器換熱能力的方法，其特征為，可以通過打開或關(guān)閉閥門調(diào)整吸熱及放熱埋管換熱器運(yùn)行的數(shù)量來調(diào)整兩系統(tǒng)換熱器的水流量和溫度的變化，以及負(fù)荷變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及暖通空調(diào)工程技術(shù)中埋管式地源熱泵的地下埋管換熱器換熱能力的測試方法及其專用測試裝置。它包括四個(gè)相對獨(dú)立的分系統(tǒng)——地源熱泵空調(diào)機(jī)組[1]，吸熱埋管換熱系統(tǒng)[2]，放熱埋管換熱系統(tǒng)[3]和測試系統(tǒng)[4]；其中，吸熱埋管換熱器系統(tǒng)是由吸熱埋管換熱器[A]，水循環(huán)泵[22]，集水器[23]，分水器[24]及其管道[25]、閥門[26]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；放熱埋管換熱器系統(tǒng)是由放熱埋管換熱器[C]，水循環(huán)泵[32]，集水器[33]，分水器[34]及其管道[35]、閥門[36]組成的獨(dú)立水循環(huán)回路；測試系統(tǒng)則由分別設(shè)在吸熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中和放熱埋管換熱器系統(tǒng)管道中的溫度計(jì)[T]、渦輪流量計(jì)[V]構(gòu)成。
文檔編號G01M99/00GK1645087SQ200410072380
公開日2005年7月27日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者左明耀, 張強(qiáng), 王建生 申請人:天津中冷暖通潔凈工程技術(shù)有限公司