專利名稱：一種巖土傳熱性能測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱性能測(cè)試儀，具體一種為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定巖土體傳熱、儲(chǔ)熱性能的巖土傳 熱性能測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
近年來，基于地埋管鉆孔形式的淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)應(yīng)用技術(shù)在建筑節(jié)能領(lǐng)域倍 受青睞，尤其是巖土體高溫儲(chǔ)熱技術(shù)為最大程度利用太陽能、工業(yè)廢熱等資源提供了有效 的實(shí)現(xiàn)方式。掌握巖土體的傳熱性能對(duì)于實(shí)施上述技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。巖土體的傳 熱性能指標(biāo)主要包括巖土平均熱導(dǎo)率和單位深度換熱量，其中單位深度換熱量按傳熱方式 還可分為排熱換熱量和取熱換熱量。目前市場(chǎng)上使用的巖土熱響應(yīng)測(cè)試儀僅僅采用絕熱型電加熱器來提供測(cè)試熱源， 以恒熱流排熱方式來獲得巖土的平均熱導(dǎo)率，并以該參數(shù)來指導(dǎo)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該測(cè) 試儀儀器存在工況調(diào)節(jié)性差(適用于夏季工況)，加熱熱流受現(xiàn)場(chǎng)電壓波動(dòng)影響嚴(yán)重，經(jīng)常 導(dǎo)致很大的后期數(shù)據(jù)處理誤差，且該儀器只能進(jìn)行單工況測(cè)試，測(cè)溫范圍小(僅為常溫至 400C )，無法獲得取熱工況的換熱量數(shù)據(jù)，使用受到很大限制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種巖土傳熱性能測(cè)試 儀，該測(cè)儀通過排熱和取熱工況試驗(yàn)來獲得巖土體的單位深度換熱量和平均熱導(dǎo)率，可為 淺層地?zé)崮軆?chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供實(shí)際參數(shù)依據(jù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫范圍廣，適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際 使用等特點(diǎn)。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征 在于該測(cè)試儀包括箱體、熱源部分、冷源部分和用戶部分；所述熱源部分包括內(nèi)部設(shè)置加熱 器的恒溫水箱，加熱器與恒溫水箱外的控制器相連接；所述冷源部分包括恒溫水箱內(nèi)部設(shè) 置的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的兩端分別與恒溫水箱外的壓縮機(jī)的一端和膨脹閥的一端相連接；壓 縮機(jī)的另一端和膨脹閥的另一端分別連接在冷凝器的兩端上；壓縮機(jī)通過信號(hào)線還與控制 器相連接；所述用戶部分包括地埋管換熱器的接口閥門，接口閥門的兩端分別通過循環(huán)水 泵和熱量表與恒溫水箱連接，熱量表還與數(shù)據(jù)記錄儀相連接，循環(huán)水泵通過信號(hào)線也與控 制器相連接；除所述接口閥門設(shè)置在箱體的外邊之外，其余零部件均安裝在箱體之內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明測(cè)試儀由于采取冷熱補(bǔ)償技術(shù)，通過高精度PID控制技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)恒定水箱溫度，可調(diào)節(jié)性良好，穩(wěn)定性可達(dá)到士0. 5°C，從而保證穩(wěn)定的換熱條件， 以減小測(cè)試誤差；本發(fā)明測(cè)試儀結(jié)構(gòu)緊湊，安裝靈活，操作簡(jiǎn)便，適合批量化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明巖土傳熱性能測(cè)試儀一種實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的巖土傳熱性能測(cè)試儀(簡(jiǎn)稱測(cè)試儀，參見圖1)，其特征在于該測(cè)試 儀包括箱體13、熱源部分、冷源部分和用戶部分；所述熱源部分包括內(nèi)部設(shè)置加熱器5的恒 溫水箱1，加熱器5與恒溫水箱1外的控制器6 (PID)相連接；所述冷源部分包括恒溫水箱 1內(nèi)部設(shè)置的蒸發(fā)器4，蒸發(fā)器4的兩端分別與恒溫水箱1外的壓縮機(jī)7的一端和膨脹閥8 的一端相連接；壓縮機(jī)7的另一端和膨脹閥8的另一端分別連接在冷凝器9的兩端上；壓縮 機(jī)7通過信號(hào)線還與控制器6相連接；冷卻風(fēng)機(jī)10安裝在冷凝器9的上方位置；所述用戶 部分包括地埋管換熱器的接口閥門2，接口閥門2的兩端分別通過循環(huán)水泵3和熱量表11 與恒溫水箱1連接，熱量表11還與數(shù)據(jù)記錄儀12相連接，循環(huán)水泵3通過信號(hào)線也與控制 器6相連接；除所述接口閥門2設(shè)置在箱體13的外邊之外，其余零部件均安裝在箱體13之 內(nèi)。現(xiàn)有技術(shù)測(cè)試儀采用絕熱型電加熱器來提供熱源，只能測(cè)試巖土夏季儲(chǔ)熱性能， 測(cè)溫范圍僅為常溫-40°c。本發(fā)明測(cè)試儀進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，采用基于制冷循環(huán)和可調(diào)加熱器 的PID冷熱補(bǔ)償技術(shù)，來維持穩(wěn)定的換熱條件，可以獲得巖土夏季儲(chǔ)熱性能和冬季取熱性 能，且測(cè)溫范圍擴(kuò)大至5-80°C，從而使該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域變得更加廣闊。本發(fā)明測(cè)試儀包括兩個(gè)循環(huán)回路一個(gè)是蒸發(fā)器4與壓縮機(jī)7、膨脹閥8、冷凝器9 構(gòu)成的制冷循環(huán)回路；另一個(gè)恒溫水箱1通過循環(huán)水泵3與地埋管換熱器構(gòu)成換熱循環(huán)回 路。本發(fā)明測(cè)試儀恒溫水箱1的工作或測(cè)試溫度范圍為5-80°C，大于現(xiàn)有技術(shù)的常 溫-40°C。本發(fā)明測(cè)試儀的進(jìn)一步特征在于，所述蒸發(fā)器4安裝在加熱器5的上方位置；所述 冷卻風(fēng)機(jī)10安裝在冷凝器9的上方位置。所述蒸發(fā)器4安裝在加熱器5上方位置的好處 是更有利于冷熱補(bǔ)償，維持恒溫水箱1內(nèi)的溫度穩(wěn)定。所述冷卻風(fēng)機(jī)10安裝在冷凝器9的 上方位置的好處是更便于與室外空氣進(jìn)行充分換熱。本發(fā)明測(cè)試儀的進(jìn)一步特征還在于，所述的蒸發(fā)器4采用多層套管式結(jié)構(gòu)。這種 結(jié)構(gòu)有利于提高單位體積的制冷效率，實(shí)現(xiàn)緊湊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；所述的冷凝器9采用翅片管 式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有利于增大與室外空氣的換熱面積，提高制冷效率。本發(fā)明測(cè)試儀適用于150m深度以內(nèi)巖土體的傳熱性能測(cè)試。所述地埋管換熱器 的匹配形式包括單U型、雙U型以及套管型等。本發(fā)明測(cè)試儀的工作原理和過程如下首先，將單U型或雙U型地埋管換熱器與所 述測(cè)試儀的接口閥門2相連接，再將恒溫水箱1中注滿水或防凍液，并確認(rèn)氣密性良好，然 后開始測(cè)試工作。本發(fā)明測(cè)試儀包括兩種測(cè)試工作模式排熱模式和取熱模式。排熱模式適用于測(cè) 試巖土體的夏季儲(chǔ)熱性能，而取熱模式適用于測(cè)試巖土體的冬季取熱性能。這種設(shè)計(jì)擴(kuò)大 了測(cè)試儀的工況范圍，更適用于實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于排熱模式，先通過控制器6 (PID)設(shè)定恒溫水箱1的溫度，溫度范圍為常溫至 80°c ；再開啟循環(huán)水泵3，進(jìn)行巖土體排熱。在控制器6的干預(yù)下，恒溫水箱1中的流體溫 度會(huì)保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定數(shù)值。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定換熱狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉循環(huán)水泵3 ；然后重新設(shè)定恒溫水箱1的溫度，進(jìn)入另一工況測(cè)試。對(duì)于取熱模式，先通過控制器6設(shè)定恒溫水箱1的溫度，溫度范圍為5°C至常溫； 再開啟循環(huán)水泵3和壓縮機(jī)7，所述膨脹閥8、冷凝器9和冷卻風(fēng)機(jī)10同時(shí)也處于工作狀態(tài)。 在加熱器5的溫度補(bǔ)償和控制器6的干預(yù)下，恒溫水箱1中的流體溫度會(huì)保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn) 定數(shù)值。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定換熱狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉循環(huán)水泵3和壓縮機(jī)7 ；然后重新設(shè)定恒溫水箱1的 溫度，進(jìn)入另一工況測(cè)試。在上述測(cè)試工作過程中，熱量表11可實(shí)時(shí)記錄地埋管換熱器的接口閥門2處的溫 度和循環(huán)流量，并通過數(shù)據(jù)記錄儀12打印輸出，以供后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。本發(fā)明測(cè)試儀設(shè)計(jì)了一個(gè)恒溫水箱1，并通過循環(huán)水泵3與地埋管換熱器構(gòu)成循 環(huán)回路，可通過一定流量下進(jìn)出口溫度的變化情況來獲得巖土體的傳熱性能；在恒溫水箱 1內(nèi)設(shè)置了加熱器5，并與控制器6相連接，可以實(shí)現(xiàn)室溫至80°C范圍內(nèi)的恒定排熱流體溫 度；在恒溫水箱1內(nèi)還設(shè)置了蒸發(fā)器4，與壓縮機(jī)7、膨脹閥8、冷凝器9和冷卻風(fēng)機(jī)10 —起 構(gòu)成冷卻循環(huán)，并通過控制器6和加熱器5的協(xié)調(diào)作用，可以實(shí)現(xiàn)5°C至室溫范圍內(nèi)的恒定 取熱流體溫度測(cè)試。本發(fā)明設(shè)計(jì)的測(cè)試儀突破了傳統(tǒng)技術(shù)的測(cè)溫范圍有限，且只能測(cè)試夏 季工況的限制，并將應(yīng)用范圍擴(kuò)展至巖土體高溫儲(chǔ)熱領(lǐng)域，測(cè)溫范圍擴(kuò)展至5-80°C，可以獲 得巖土的夏季儲(chǔ)熱和冬季取熱性能參數(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)淺層地?zé)崮艿母咝Ю靡约疤柲?、?業(yè)廢熱的跨季節(jié)利用具有實(shí)際指導(dǎo)作用。
權(quán)利要求
1.一種巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征在于該測(cè)試儀包括箱體、熱源部分、冷源部分和用 戶部分；所述熱源部分包括內(nèi)部設(shè)置加熱器的恒溫水箱，加熱器與恒溫水箱外的控制器相 連接；所述冷源部分包括恒溫水箱內(nèi)部設(shè)置的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的兩端分別與恒溫水箱外的 壓縮機(jī)的一端和膨脹閥的一端相連接；壓縮機(jī)的另一端和膨脹閥的另一端分別連接在冷凝 器的兩端上；壓縮機(jī)通過信號(hào)線還與控制器相連接；所述用戶部分包括地埋管換熱器的接 口閥門，接口閥門的兩端分別通過循環(huán)水泵和熱量表與恒溫水箱連接，熱量表還與數(shù)據(jù)記 錄儀相連接，循環(huán)水泵通過信號(hào)線也與控制器相連接；除所述接口閥門設(shè)置在箱體的外邊 之外，其余零部件均安裝在箱體之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征在于所述蒸發(fā)器安裝在加熱器 的上方位置；所述冷卻風(fēng)機(jī)安裝在冷凝器的上方位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征在于所述的蒸發(fā)器采用多層套 管式結(jié)構(gòu)；所述的冷凝器采用翅片管式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征在于所述測(cè)試儀的測(cè)溫 范圍為5-800C ο
全文摘要
本發(fā)明公開一種巖土傳熱性能測(cè)試儀，其特征在于該測(cè)試儀包括箱體、熱源部分、冷源部分和用戶部分；所述熱源部分包括內(nèi)部設(shè)置加熱器的恒溫水箱，加熱器與恒溫水箱外的控制器相連接；所述冷源部分包括恒溫水箱內(nèi)部設(shè)置的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的兩端分別與恒溫水箱外的壓縮機(jī)的一端和膨脹閥的一端相連接；壓縮機(jī)的另一端和膨脹閥的另一端分別連接在冷凝器的兩端上；壓縮機(jī)通過信號(hào)線還與控制器相連接；所述用戶部分包括地埋管換熱器的接口閥門，接口閥門的兩端分別通過循環(huán)水泵和熱量表與恒溫水箱連接，熱量表還與數(shù)據(jù)記錄儀相連接，循環(huán)水泵通過信號(hào)線也與控制器相連接；除所述接口閥門設(shè)置在箱體的外邊之外，其余零部件均安裝在箱體之內(nèi)。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102062745SQ20101056060
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者杜紅普, 王華軍, 顧吉浩, 齊承英 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)