CN100359311C - 一种测试地埋管换热器换热能力的方法及专用测试装置 - Google Patents

一种测试地埋管换热器换热能力的方法及专用测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及暖通空调工程技术中埋管式地源热泵的地下埋管换热器换热能力的测试方法及其专用测试装置。它包括四个相对独立的分系统——地源热泵空调机组[1]，吸热埋管换热系统[2]，放热埋管换热系统[3]和测试系统[4]；其中，吸热埋管换热器系统是由吸热埋管换热器[A]，水循环泵[22]，集水器[23]，分水器[24]及其管道[25]、阀门[26]组成的独立水循环回路；放热埋管换热器系统是由放热埋管换热器[C]，水循环泵[32]，集水器[33]，分水器[34]及其管道[35]、阀门[36]组成的独立水循环回路；测试系统则由分别设在吸热埋管换热器系统管道中和放热埋管换热器系统管道中的温度计[T]、涡轮流量计[V]构成。

Description

一种测试地埋管换热器换热能力的方法及专用测试装置
技术领域
本发明涉及暖通空调工程技术中埋管式地源热泵的地下埋管换热器换热能力的测试方法及其专用测试装置。
背景技术
地源热泵(GSHP)系统包括使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的热泵系统。使用土壤的也叫地下热交换器地源热泵系统或称埋管式地源热泵系统；它是三种形式地源热泵系统中技术难度最大，但也是应用最广泛的形式。《现代空调》2001年第3期刊登了一篇题为“地源热泵在中国”的文章，指出：在国外，地源热泵的主要研究和应用对象还是地下埋管换热器地源热泵系统；国内理论研究和实验研究的重点也是如此。实验的重点是(1)单位管长的换热量确定；(2)系统的性能系数值(COP值)的确定等。同一期还刊登了一篇题为《地源热泵的实验及相关基础理论研究》的文章，指出：由于埋地换热器与土壤实际换热过程受到多方面因素耦合影响，地下埋管换热器运行时热交换过程和换热量与实验室中进行的导热系数测定的数值存在较大偏差，所以必须通过实验确定埋地换热器的实际换热量。该文还介绍了地下埋管换热器能力的测试装置，该装置的不足之处有以下三点：1、只能在同一时间测一种工况下埋管换热器的换热能力，而不能在同一时间测试两种工况下埋管换热器的换热能力；2、必须配备另一套空气冷热源设施；3、所报导的测试装置都是大学或研究院实验研究室用的，不适于工程施工测试，移动非常不便。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明公开一种测试地埋管换热器换热能力的新方法及其专用测试装置，适用于工程现场测试，可以同时测试多个埋管换热器两种工况的换热能力，结构简单，无须配备另一套空气冷热源设施，便于组装，移动方便，接上水管和电源即可运行测试。
本发明技术方案如下：
测试地埋管换热器换热能力的测试装置，其特征为：包括四个相对独立的分系统——地源热泵空调机组[1]，吸热埋管换热系统，放热埋管换热系统和测量系统[4]；其中，吸热埋管换热器系统是由吸热埋管换热器[A]，第一水循环泵[22]，第一集水器[23]，第一分水器[24]及其第一管道[25]、第一阀门[26]组成的独立水循环回路；放热埋管换热器系统是由放热埋管换热器[C]，第二水循环泵[32]，第二集水器[33]，第二分水器[34]及其第二管道[35]、第二阀门[36]组成的独立水循环回路；测量系统则由分别设在吸热埋管换热器系统管道中和放热埋管换热器系统管道中的温度计、涡轮流量计构成；上述吸热埋管换热系  统是和地源热泵空调机组的冷冻水进接口[12]、出接口[13]相连接的，放热埋管换热系统和地源热泵空调机组的冷却水进接口[14]、出接口[15]相连接的。
所述的吸热埋管换热器和放热埋管换热器共有2～10个。
上述的测试系统为相应的2~10套。
地源热泵机组系统的功能为将吸热埋管换热器吸收的土壤中的低温热量(3～10℃)，经热泵提升为较高温度的热量(30～50℃)。
吸热埋管换热器系统的功能为水流在吸热埋管换热器中吸收土壤的热量，然后流经热泵内，将这部分热量传给热泵。
放热埋管换热器系统的功能为水流在热泵内吸收较高温度的热量，然后由放热埋管换热器将这部分热量传给土壤。
测试系统，温度测试由安装在管道中的温度计显示，温度计分度值为0.1℃，流量测试由管道中安装的涡轮流量计测得，流量范围0.3~3m3/h，精度等级5‰；系统的测试误差≤5％。
所述机组可以全天候地长期运行。
测试地埋管换热器换热能力的方法，在需要测定的地域内，先埋好上述的测试地埋管换热器换热能力的测试装置，向管道中充满水后即可开机运行并对全系统两种工况下——即放热埋管换热器的放热能力和吸热埋管换热器的吸热能力进行测试，具体测试参数为温度、流量。
采用上述测试地埋管换热器换热能力的方法时，可以通过调整每个地埋管换热器管路中的阀门开度来调整该回路的水流量及温度变化。
采用上述测试地埋管换热器换热能力的方法时，还可以通过打开或关闭阀门调整吸热及放热埋管换热器运行的数量来调整两系统换热器水流量和温度的变化，以及负荷变化。
在运行过程中根据需要的时间间隔，定时记录系统的温度、流量；根据测试的要求，可以间歇运行测试，也可以不间断地在任意时间段内运行测试。
根据记录的测定数据，计算单位管长换热量的q值。
常用计算公式如下：
每个换热器单位管长换热量q(大卡/米管·每小时)
q＝(Δt×v×c)/L
其中，Δt-每个换热器的进出水温度差的绝对值(℃)。
v-每个换热器的单位时间内水循环量(升/小时)。
c-水的比热值，取1(大卡/升·度)。
L-埋管换热器的长度，对竖直埋管换热器来说，L＝2倍埋管深度(米)。
通过以上的测试和计算，即可确定施工现场的埋管换热器单位管长换热量，为工程设计提供可靠的依据。
本发明的测试地埋管换热器换热能力的新方法及其专用测试装置，原理正确清晰，适用于工程现场测试，可以达到同时测试多个埋管换热器两种工况的换热能力，结构简单，无须配备另一套空气冷热源设施，便于移动，是地埋管热泵工程设计与施工必不可少的测试装置，为大力推广地埋管换热器这种节能环保工程创造了条件。
附图说明
图1为地埋管换热器测试装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的测试地埋管换热器换热能力的新方法及其专用测试装置作进一步说明：
参见附图1，本例中：1、地源热泵主机，1台；22、第一循环水泵，32、第二循环水泵，  23、第一分水器，24、第二分水器，33、第一集水器，34、第二集水器，4、Y型除污器，4个；5、压力表，4块；温度计插孔及温度计，8支：分别为T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8，涡轮流量计，4台，分别为V1，V2，V3，V4；26、36、球阀，8个；9、膨胀水箱，1个；10、自动排气阀，2个；25、第一系统管道，35、第二系统管道；A、B、吸热埋管换热器，2个；C、D、放热埋管换热器，2个。
本例中共有换热器4个，其中两个为吸热换热器，两个为放热换热器；
本例中共有除污器4个，除污器的作用是过滤掉管道循环水中的杂质颗粒。
本例中膨胀水箱的作用是，当系统中由于水温变化引起水体积变化时，起到吸收或补充水量的作用。
本例中温度的测试采用的是ACG-22型电子温度计，分度等级0.1℃。
本例中流量的测试采用的是LWGY-15A型涡轮流量计，流量范围0.3～3m3/h，精度等级5‰。
本例中每个埋管换热器的孔深是100m。
测试方法：在需要测定的地域内，先埋好设计所要求形式的埋管换热器4个，其中两个为吸热换热器，两个为放热换热器；配以相应的地面管道和阀门，安装好地源热泵空调机组1，再将温度计T、涡轮流量计V安放在埋管换热器系统设定位置，然后将埋管换热器管道与各个测试仪器接口联接好，向管道系统中充满水后即可开机运行，并对全系统两种工况下即：放热地埋管换热器的放热能力和吸热地埋管换热器的吸热能力进行测试，本例中具体测试参数为温度、流量。
测试数据：
  时间   温度(℃)   流量(升/小时)
  T<sub>1</sub>   T<sub>2</sub>   T<sub>3</sub>   T<sub>4</sub>   T<sub>5</sub>   T<sub>6</sub>   T<sub>7</sub>   T<sub>8</sub>   V<sub>1</sub>   V<sub>2</sub>   V<sub>3</sub>   V<sub>4</sub>
  9:00   8.5   8.6   8.5   3.3   31.5   25.2   25.3   25.3   1246   1285   1338   1238
  9:30   8.3   8.4   8.3   3.2   31.6   25.3   25.4   25.4   1230   1265   1320   1248
  10:00   8.4   8.4   8.4   3.2   31.7   25.5   25.6   25.5   1211   1273   1326   1276
  10:30   8.6   8.5   8.8   3.3   31.6   25.4   25.5   25.4   1238   1260   1311   1266
  11:00   8.7   8.6   8.7   3.4   31.8   25.6   25.5   25.5   1251   1256   1335   1262
计算：
本例中，9:00～11:00之间地埋管换热器单位管长换热量：
吸热换热器A的出水平均温度：T2＝(8.6+8.4+8.4+8.5+8.6)/5＝8.5℃
吸热换热器B的出水平均温度：T3＝(8.5+8.3+8.4+8.8+8.7)/5＝8.5℃
吸热换热器A和B的进水平均温度：T4＝(3.3+3.2+3.2+3.3+3.4)/5＝3.3℃
放热换热器C和D的进水平均温度：T5＝(31.5+31.6+31.7+31.6+31.8)/5＝31.6℃
放热换热器C的出水平均温度：T6＝(25.2+25.3+25.5+25.4+25.6)/5＝25.4℃
放热换热器D的出水平均温度：T7＝(25.3+25.4+25.6+25.5+25.5)/5＝25.5℃
吸热换热器A的平均水流量：V1＝(1246+1230+1211+1238+1251)/5＝1235升/小时
吸热换热器B的平均水流量：V2＝(1285+1265+1273+1260+1256)/5＝1268升/小时
放热换热器C的平均水流量：V3＝(1338+1320+1326+1311+1335)/5＝1326升/小时
放热换热器D的平均水流量：V4＝(1238+1248+1276+1266+1262)/5＝1258升/小时
吸热换热器A的单位管长换热量qA＝〔(T2-T4)×V1×C〕/L＝〔(8.5-3.3)×1235×1〕/2×100＝32.11大卡/米管·每小时
吸热换热器B的单位管长换热量qB＝〔(T3-T4)×V2×C〕/L＝〔(8.5-3.3)×1268×1〕/2×100＝32.97大卡/米管·每小时
放热换热器C的单位管长换热量qC＝〔(T5-T6)×V3×C〕/L＝〔(31.6-25.4)×1326×1〕/2×100＝41.11大卡/米管·每小时
放热换热器D的单位管长换热量qD＝〔(T5-T7)×V4×C〕/L＝〔(31.6-25.5)×1258×1〕/2×100＝38.37大卡/米管·每小时。

Claims (6)

1、测试地埋管换热器换热能力的测试装置，其特征为：包括四个相对独立的分系统——地源热泵空调机组[1]，吸热埋管换热系统，放热埋管换热系统和测量系统；其中，吸热埋管换热器系统是由吸热埋管换热器[A]，第一水循环泵[22]，第一集水器[23]，第一分水器[24]及其第一管道[25]、第一阀门[26]组成的独立水循环回路；放热埋管换热器系统是由放热埋管换热器[C]，第二水循环泵[32]，第二集水器[33]，第二分水器[34]及其第二管道[35]、第二阀门[36]组成的独立水循环回路；测量系统则由分别设在吸热埋管换热器系统管道中和放热埋管换热器系统管道中的温度计[T]、涡轮流量计[V]构成；上述吸热埋管换热系  统是和地源热泵空调机组的冷冻水进接口[12]、出接口[13]相连接的，放热埋管换热系统是和地源热泵空调机组的冷却水进接口[14]、出接口[15]相连接的。
2、根据权利要求1所述的测试地埋管换热器换热能力的测试装置，其特征为：所述的吸热埋管换热器和放热埋管换热器共有2～10个。
3、根据权利要求2所述的测试地埋管换热器换热能力的测试装置，其特征为：所述的测量系统为相应的2～10套。
4、测试地埋管换热器换热能力的方法，其特征为，在需要测定的地域内，先埋设好如权利要求1所述的测试地埋管换热器换热能力的测试装置，再向管道中充满水后即可开机运行，并对全系统两种工况下——即放热埋管换热器的放热能力和吸热埋管换热器的吸热能力进行测量，具体测量参数为温度、流量。
5、根据权利要求4所述的测试地埋管换热器换热能力的方法，其特征为，可以通过调整每个地埋管换热器管路中的阀门开度来调整该回路的水流量及温度变化。
6、根据权利要求4所述的测试地埋管换热器换热能力的方法，其特征为，可以通过打开或关闭阀门调整吸热及放热埋管换热器运行的数量来调整两系统换热器的水流量和温度的变化，以及负荷变化。
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