專利名稱：一種巖土熱物性測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于地熱測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖土熱物性測試儀。
背景技術(shù)：
地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計時的一個重要參數(shù)就是埋管或鉆孔總長度，它主要決定系統(tǒng)供熱(冷)能力或容量。埋管不足將使空調(diào)效果得不到保證，埋管過多將增大初期投資。而影響埋管長度的最大因素為巖土熱物性參數(shù)，即巖土導熱系數(shù)。目前國際上較典型的熱物性測試方法為熱響應(yīng)方法，該方法是國際地源熱泵協(xié)會(IGSHPA)的標準和美國采暖制冷與空調(diào)工程師協(xié)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(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定地埋管地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計前，應(yīng)用建筑面積在3000m2 5000m2時，宜進行巖土熱響應(yīng)試驗；當應(yīng)用建筑面積大于等于5000m2時，應(yīng)進行熱響應(yīng)試驗。利用熱響應(yīng)原理，在1996年研制了第一臺土壤的熱容測試設(shè)備，并將此設(shè)備估計的熱物性值應(yīng)用于地源熱泵工程。隨后德國、美國，加拿大等國相繼開發(fā)出多種樣式的測試裝置(如車載式、便攜式等)。2000年后，我國有關(guān)研究所和企業(yè)也開始研制巖土體熱物性測試儀，它們在地源熱泵工程設(shè)計中發(fā)揮了很大的作用。熱響應(yīng)測試設(shè)備從裝載形式上可分為車載式、拖車式和便攜式三類，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恒定法，通過控制埋管換熱器進出水溫差恒定法是通過控制加熱(制冷)設(shè)備的輸出功率，來保證埋管換熱器進出井溫差恒定，然后采集循環(huán)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系數(shù)、熱交換井熱阻、土壤比熱容等熱物性參數(shù)。此方法在行業(yè)中應(yīng)用較為普遍。綜合分析、考慮目前國內(nèi)外相關(guān)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(xiàn)在:I)熱響應(yīng)測試儀測算精度低。我國常用的地埋管換熱器構(gòu)造均為U形或雙U形管構(gòu)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(shè)為一根等效圓管，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系數(shù)。由于U形或雙U形管的管徑以及埋管間距在不同的設(shè)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系數(shù)的普適性不強。2)熱響應(yīng)測試儀的構(gòu)造龐大及運行復雜。為了提高精度，目前國內(nèi)較多的熱響應(yīng)測試系統(tǒng)傾向于采用冷、熱兩種工況，使測試設(shè)備體積較大，不方便移動；亦存在系統(tǒng)控制控制自動化程度不高。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本實用新型提供了一種巖土熱物性測試儀，普適性強，且器件體積小，便于移動。 一種巖土熱物性測試儀，包括:[0012]換熱器,其由外管和內(nèi)管組成,夕卜管底部封閉，內(nèi)管設(shè)于外管內(nèi)；進水管，其一端與內(nèi)管連接；出水管，其一端插入外管內(nèi)；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；用于加熱液體水溫；離心水泵，安裝于出水管上；用于為系統(tǒng)中水循環(huán)提供驅(qū)動力；流量計，安裝于進水管上；用于檢測進水管內(nèi)的水流量；進水管溫度計，安裝于進水管上；用于檢測進水管內(nèi)的水溫；出水管溫度計，安裝于出水管上；用于檢測出水管內(nèi)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(yōu)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，其用于防止水回流至加熱器。優(yōu)選地，所述的進水管上安裝有膨脹罐，其用于減緩水受溫度影響而產(chǎn)生壓力波動。優(yōu)選地，所述的換熱器與鉆孔內(nèi)壁之間的空隙中埋設(shè)有多個溫度傳感器并采用細骨料填充，所述的溫度傳感器與檢測器相連，多個溫度傳感器沿鉆孔縱向均勻分布；用于測試不同深度地溫，能夠真實反映巖土實際溫度，有助于提高導熱系數(shù)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于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；用于對循環(huán)管路補充水液體。所述的檢測器包括信息采集單元和信息處理單元；所述的信息采集單元用于采集進出水管和巖土的溫度信息以及進水管的流量信息，并將這些信息提供給信息處理單元；所述的信息處理單元用于根據(jù)這些信息計算出巖土熱物性參數(shù)。所述的信息處理單元采用PLC。優(yōu)選地，所述的流量計兩側(cè)管路每側(cè)具有不小于0.1m的直線管路，能夠提高測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。優(yōu)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?qū)崟r監(jiān)控循環(huán)管路內(nèi)壓力穩(wěn)定狀況，方便判斷由于循環(huán)管是否漏水、漏壓等對測試造成的影響。優(yōu)選地，所述的進水管、出水管和補水管上均安裝有球閥；便于控制進出循環(huán)管路水流以及管路維修。優(yōu)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；便于通過上位機設(shè)定加熱功率和水泵功率，控制系統(tǒng)開啟與關(guān)閉以及選擇測試模式，實時監(jiān)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(shù)。所述的信息處理單元基于以下算式計算出巖土熱物性參數(shù):
權(quán)利要求1.一種巖土熱物性測試儀，其特征在于，包括: 換熱器，其由外管和內(nèi)管組成，外管底部封閉，內(nèi)管設(shè)于外管內(nèi)； 進水管，其一端與內(nèi)管連接； 出水管，其一端插入外管內(nèi)； 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，安裝于出水管上； 流量計，安裝于進水管上； 進水管溫度計，安裝于進水管上； 出水管溫度計，安裝于出水管上； 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(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的進水管上安裝有膨脹罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的出水管連接有補水管；出水管與補水管的連接處位于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(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的換熱器與鉆孔內(nèi)壁之間的空隙中埋設(shè)有多個溫度傳感器，多個溫度傳感器沿鉆孔縱向均勻分布，所述的溫度傳感器與檢測器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的檢測器包括信息采集單元和信息處理單元；所述的信息采集單元用于采集進出水管和巖土的溫度信息以及進水管的流量信息，并將這些信息提供給信息處理單元；所述的信息處理單元用于根據(jù)這些信息計算出巖土熱物性參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的流量計兩側(cè)管路每側(cè)具有不小于0.1m的直線管路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于:所述的進水管、出水管和補水管上均安裝有球閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試儀，其特征在于: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。
專利摘要本實用新型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；本實用新型中換熱器采用套管式換熱器，其由內(nèi)管和外管組成，即內(nèi)外兩根圓柱，理論上更接近甚至完全符合傳熱模型所假設(shè)的物理模型，有效提高了所測算的巖土導熱系數(shù)的精度；同時通過地埋設(shè)多個溫度傳感器實時監(jiān)測地溫梯度，能真實反映巖土實際溫度，有助于提高導熱系數(shù)的計算精度和驗證；且結(jié)構(gòu)緊湊、便攜，且現(xiàn)場運行穩(wěn)定，測試精度均符合規(guī)范要求，整個測試過程自動運行，操作便利，性能穩(wěn)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G01N25/20GK203011870SQ201220682530
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者何超 申請人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院