專利名稱：一種熱響應(yīng)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱響應(yīng)測試裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外通用的地源熱泵地埋管換熱量和地層熱傳導(dǎo)系數(shù)現(xiàn)場測試的方法是熱響應(yīng)測試法。國內(nèi)從事熱響應(yīng)測試的企業(yè)及研究機構(gòu)較多，其測試及分析方法幾乎完全一樣。測試時，通過向地下恒定功率排熱，自動記錄下地埋管進出口溫度，回歸出一個溫度隨時間變化的對數(shù)曲線公式，通過線熱源理論，從而計算出巖土的導(dǎo)熱系數(shù)。如中國專利號為200820065709. X所公開的“一種地源熱泵地埋管換熱量測試儀”，該裝置包括進口測試端、第一水箱和第二閥門、風(fēng)冷熱泵機組、第二閥門、第二水箱、水泵、出口測試端和地下埋管依次連接構(gòu)成的水回路。第一水箱包括電加熱器和用于控制電加熱器加熱的溫控系統(tǒng)，所述的溫控系統(tǒng)可精確控制冷水或者熱水溫度，以彌補風(fēng)冷熱泵冷熱水出水溫度波動加大的不足。該測試儀采用了上述的常用的熱響應(yīng)測試法，需要維持恒定功率排熱，因此，這種熱量測試儀需要增加一些溫控結(jié)構(gòu)來保證冷水或者熱水的出水溫度，結(jié)構(gòu)設(shè)計變得復(fù)雜。另外，通過理論研究以及實際經(jīng)驗，上述裝置以及采用的方法存在以下弊端1、此方法要求輸入功率非常穩(wěn)定，因為在線熱源的推導(dǎo)公式中，輸入功率是一個定值。由于在工地現(xiàn)場，經(jīng)常會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)，此方法可能非常不準(zhǔn)，甚至無法得到相應(yīng)熱物性參數(shù)，如果出現(xiàn)停電現(xiàn)象，將無法分析數(shù)據(jù)，且由于該測試井已經(jīng)受到熱干擾，短期內(nèi)不能重新開啟測試；2、井內(nèi)熱阻通常采用的是純理論方法或半經(jīng)驗公式計算，而非試驗測得。純理論方法或半經(jīng)驗公式計算的輸入包括埋管的管徑、壁厚、埋管方式、埋管導(dǎo)熱系數(shù)、管內(nèi)流速、 埋管井回填材料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管井直徑、管內(nèi)流體的各種物性參數(shù)、埋管間距等，其中很多參數(shù)不準(zhǔn)確，因此計算出來的井內(nèi)熱阻誤差也很大。3、土壤熱容不能直接求出，通常的辦法有兩種a.根據(jù)地勘報告測出的各深度的巖土屬性，分別查閱該這些巖土層的熱容，然后加權(quán)平均；b.利用線熱源理論，在已求得導(dǎo)熱系數(shù)和井內(nèi)熱阻后，可以用公式直接推導(dǎo)出熱容，然而上面已提到上述計算熱阻的誤差很大，依據(jù)誤差很大的熱阻來推導(dǎo)的熱容誤差必然也很大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種熱響應(yīng)測試裝置，該熱響應(yīng)測試裝置能夠在變化的加熱功率中測試所要求的參數(shù)值，提高測試的準(zhǔn)確性，并且簡化測試裝置的結(jié)構(gòu)。本實用新型通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)一種熱響應(yīng)測試裝置，包括水泵、加熱器和用于連接地埋管的地埋管接口，三者依次連接構(gòu)成水循環(huán)支路，所述地埋管接口包括進水接口和出水接口，在進水接口和出水接口上均設(shè)有溫度傳感器和壓力表，在水循環(huán)支路上還設(shè)有流量傳感器，其特征在于，所述的加熱器為加熱功率可調(diào)的加熱器，且在加熱器內(nèi)設(shè)有功率傳感器，本熱響應(yīng)測試裝置還包括采集控制系統(tǒng)，上述的加熱器、功率傳感器、溫度傳感器和流量傳感器均與采集控制系統(tǒng)連接；所述的采集控制系統(tǒng)能夠按采集控制系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)置的時間表控制加熱器輸出對應(yīng)的加熱功率。本熱響應(yīng)測試裝置通過地埋管接口與地埋管連接形成水循環(huán)回路，通過水泵使水流經(jīng)地埋管，通過設(shè)置在地埋管接口上的溫度傳感器測量出地埋管的進出口溫度，通過功率傳感器測出加熱器的加熱功率，將進出口溫度和加熱功率的信息輸送給采集控制系統(tǒng)， 通過采集控制系統(tǒng)將計算出巖土導(dǎo)熱系數(shù)、井孔熱阻和巖土熱容。在上述的熱響應(yīng)測試裝置中，所述的采集控制系統(tǒng)包括用于采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器和具有分析軟件的計算機，所述的數(shù)據(jù)采集器能夠采集功率傳感器、溫度傳感器和流量傳感器輸送來的功率值、溫度值和流量值這三個參數(shù)值并輸送給計算機，所述的計算機能夠控制加熱器加熱并對上述的三個參數(shù)值進行存儲，將上述的參數(shù)值輸入計算機的分析軟件中分析計算出所需參數(shù)值。計算機控制加熱器加熱使輸入熱量發(fā)生變化，數(shù)據(jù)采集器采集的功率值、溫度值和流量值這三個參數(shù)值也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，將這些參數(shù)值代入計算機分析軟件中的線熱源或柱熱源模型的離散方程中，通過試算法計算出最接近實際的井孔熱阻和巖土熱容。在上述的熱響應(yīng)測試裝置中，所述的水循環(huán)支路上還連接有膨脹水箱或者定壓罐，所述的膨脹水箱或者定壓罐位于水泵和出水接口之間。通過膨脹水箱或者定壓罐使水循環(huán)支路上保持恒定的壓力，提供測試的準(zhǔn)確性。在上述的熱響應(yīng)測試裝置中，所述的采集控制系統(tǒng)能夠在流量傳感器輸送來的流量值小于設(shè)定值或者在溫度傳感器輸送來的溫度值大于設(shè)定值時發(fā)出控制信號控制加熱器停止加熱。這種結(jié)構(gòu)使本裝置具有連鎖保護功能，提高安全性。在上述的熱響應(yīng)測試裝置中，所述的流量傳感器設(shè)置于水循環(huán)支路上的直管段上。將流量傳感器設(shè)置于直管段上能夠提高測試流量的準(zhǔn)確性。現(xiàn)有技術(shù)相比，本熱響應(yīng)測試裝置具有以下優(yōu)點1、本熱響應(yīng)測試裝置可以在變化的加熱功率中測試，并通過試算法分析出所要求的參數(shù)值，使得到的參數(shù)值更加接近實際的數(shù)值，提高了測試的精確性。2、在計算機分析處理數(shù)據(jù)時，加熱功率是一個已知的變量，而不是一個定值，因此他可以不受電壓不穩(wěn)導(dǎo)致實際加熱功率波動的影響，在停電期間，數(shù)據(jù)采集器采集并記錄的加熱功率為0，他作為變量輸入計算機中并不影響土壤物性測試結(jié)果，并且，通過采集控制系統(tǒng)的設(shè)定，可以模擬實際地源熱泵排熱的變化工程。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、水泵；2、加熱器；3、地埋管接口 ；31、進水接口 ；32、出水接口 ；4、溫度傳感器；5、壓力表；6、流量傳感器；7、第一閥門；8、第二閥門；9、過濾器；10、膨脹水箱；11、采集控制系統(tǒng)；12、功率傳感器。
具體實施方式
[0021]以下是本實用新型的具體實施例，并結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。如圖1所示，該熱響應(yīng)測試裝置，包括水泵1、加熱器2和地埋管接口 3，三者依次連接成的水循環(huán)支路，該水循環(huán)支路與地埋管連接后形成水循環(huán)回路，地埋管接口 3包括進水接口 31和出水接口 32，在進水接口 31和出水接口 32均設(shè)有溫度傳感器4和壓力表 5，在水循環(huán)支路上還設(shè)有流量傳感器6，流量傳感器6設(shè)置于水循環(huán)支路上的直管段上。在水循環(huán)支路上還設(shè)有第一閥門7、第二閥門8和過濾器，第一閥門7連接于加熱器2和進水接口 31的溫度傳感器4之間，第二閥門8位于流量傳感器6和過濾器9之間，過濾器9連接于出水接口 32上。水循環(huán)支路上還連接有膨脹水箱10或者定壓罐，膨脹水箱10或者定壓罐位于水泵1和出水接口 32之間。加熱器2為加熱功率可調(diào)的加熱器2，且在加熱器2 內(nèi)設(shè)有功率傳感器，本熱響應(yīng)測試裝置還包括采集控制系統(tǒng)11，加熱器2、功率傳感器12、 溫度傳感器4和流量傳感器6均與采集控制系統(tǒng)11連接，采集控制系統(tǒng)11能夠按采集控制系統(tǒng)11內(nèi)預(yù)先設(shè)置的時間表控制加熱器2輸出對應(yīng)的加熱功率。采集控制系統(tǒng)11包括用于采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器和具有分析軟件的計算機，數(shù)據(jù)采集器為PLC，其能夠采集功率傳感器12、溫度傳感器4和流量傳感器6輸送來的功率值、溫度值和流量值這三個參數(shù)值并輸送給計算機，計算機能夠控制加熱器2加熱并對三個參數(shù)值進行存儲，將上述的參數(shù)值代入線熱源或柱熱源模型的離散方程中通過試算法計算出井孔熱阻和巖土熱容。兩個壓力表5分別位于地埋管接口 3，其與地埋管接口 3連接之間沒有任何有阻力的設(shè)備存在，因此在不同的流量下，兩個壓力表5上的壓力差值即為地埋管接口 3在該流量下的流動阻力，因此在測試土壤熱物性參數(shù)時同時測試了地埋管的流動阻力特性。采集控制系統(tǒng)11還能夠在流量傳感器6輸送來的流量值小于設(shè)定值或者在溫度傳感器4輸送來的溫度值大于設(shè)定值時發(fā)出控制信號控制加熱器2停止加熱。本熱響應(yīng)測試裝置通過計算機控制加熱器2加熱使輸入熱量發(fā)生變化，通過溫度傳感器4測量出地埋管的進出口溫度，通過功率傳感器12測出加熱器2的加熱功率，將進出口溫度和加熱功率的信息輸送給采集控制系統(tǒng)11，通過采集控制系統(tǒng)11將計算出巖土導(dǎo)熱系數(shù)、井孔熱阻和巖土熱容。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了水泵1、加熱器2、地埋管接口 3、溫度傳感器4、壓力表5、流量傳感器6、第一閥門7、第二閥門8、過濾器9、膨脹水箱10、采集控制系統(tǒng)11等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種熱響應(yīng)測試裝置，包括水泵(1)、加熱器( 和用于連接地埋管的地埋管接口 (3)，三者依次連接構(gòu)成水循環(huán)支路，所述地埋管接口( 包括進水接口(31)和出水接口 (32)，在進水接口(31)和出水接口(3 上均設(shè)有溫度傳感器(4)和壓力表(5)，在水循環(huán)支路上還設(shè)有流量傳感器(6)，其特征在于，所述的加熱器( 為加熱功率可調(diào)的加熱器， 且在加熱器O)內(nèi)設(shè)有功率傳感器(12)，本熱響應(yīng)測試裝置還包括采集控制系統(tǒng)(11)，上述的加熱器O)、功率傳感器(12)、溫度傳感器(4)和流量傳感器(6)均與采集控制系統(tǒng) (11)連接；所述的采集控制系統(tǒng)(11)能夠按采集控制系統(tǒng)(11)內(nèi)預(yù)先設(shè)置的時間表控制加熱器( 輸出對應(yīng)的加熱功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱響應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的采集控制系統(tǒng)(11)包括用于采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器和具有分析軟件的計算機，所述的數(shù)據(jù)采集器能夠采集功率傳感器、溫度傳感器(4)和流量傳感器(6)輸送來的功率值、溫度值和流量值這三個參數(shù)值并輸送給計算機，所述的計算機能夠控制加熱器( 加熱并對上述的三個參數(shù)值進行存儲，將上述的參數(shù)值輸入計算機的分析軟件中分析計算出所需參數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱響應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的水循環(huán)支路上還連接有膨脹水箱(10)或者定壓罐，所述的膨脹水箱(10)或者定壓罐位于水泵(1)和出水接口 (32)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱響應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的采集控制系統(tǒng)(11)能夠在流量傳感器(6)輸送來的流量值小于設(shè)定值或者在溫度傳感器(4)輸送來的溫度值大于設(shè)定值時發(fā)出控制信號控制加熱器( 停止加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱響應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的流量傳感器(6)設(shè)置于水循環(huán)支路上的直管段上。
專利摘要本實用新型提供了一種熱響應(yīng)測試裝置，屬于地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有熱響應(yīng)測試裝置需要恒溫測試而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。本裝置包括水泵、加熱器和地埋管接口，三者依次連接構(gòu)成水循環(huán)支路，地埋管接口包括進水接口和出水接口，在其上均設(shè)有溫度傳感器和壓力表，在水循環(huán)支路上還設(shè)有流量傳感器；加熱器為加熱功率可調(diào)的加熱器且在其內(nèi)設(shè)有功率傳感器，加熱器、功率傳感器、溫度傳感器和流量傳感器均與采集控制系統(tǒng)連接；采集控制系統(tǒng)能夠按采集控制系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)置的時間表控制加熱器輸出對應(yīng)的加熱功率。該熱響應(yīng)測試裝置能夠在變化的加熱功率中測試所要求的參數(shù)值，提高測試的準(zhǔn)確性，并且簡化測試裝置的結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01N25/20GK202189026SQ20112028419
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者江亞斌 申請人:江亞斌