CN101887040A

CN101887040A - 同步冷热响应岩土热物性测试仪

Info

Publication number: CN101887040A
Application number: CN 201010202994
Authority: CN
Inventors: 姜益强; 周群; 姚杨
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: CN101887040B

Abstract

同步冷热响应岩土热物性测试仪，它涉及一种岩土热物性测试仪。本发明为解决岩土热物性测量采用空气源热泵式测量仪对夏季排热工况和冬季吸热工况测试时，一次只能测试一种工况，测试结果不准的问题。水-水热泵机组的冷响应侧由冷响应侧供水管、冷响应侧流量计、冷响应侧供水温度传感器、冷响应侧U形管、冷响应侧回水管、冷响应侧回水温度传感器和冷响应侧循环泵构成回路；水-水热泵机组的热响应侧由热响应侧供水管、散热器调节阀、翅片散热器、加热器调节阀、电加热器、热响应侧流量计、热响应侧供水温度传感器、热响应侧U形管、热响应侧回水管、热响应侧回水温度传感器和热响应侧循环泵构成回路。本发明用于地下岩土热物性参数的测量。

Description

同步冷热响应岩土热物性测试仪

技术领域

本发明涉及一种岩土热物性测试仪。

背景技术

地埋管地源热泵系统作为一种利用浅层地热资源进行供热、空调和生活热水供应的节能环保型热泵系统，得到越来越多的应用，但在实际应用过程中，如何准确的确定地下岩土的热物性参数对系统的设计尤为重要。目前对岩土热物性测量的仪器主要有电加热式测试仪或空气源热泵式测试仪两种，其中电加热式测试仪只能进行夏季排热工况的测试，而不能进行冬季吸热工况的测试，因此，电加热式测试仪具有局限性；而空气源热泵式测试仪可以进行夏季排热工况和冬季吸热工况的测试，但是，空气源热泵式测试仪还存在以下缺点：1、空气源热泵式测试仪一次只能测试一种工况，当需要进行两种工况的测量孔测试时，需要依次进行测试，由于前一次测试对地下岩土的温度场进行了干扰，在有限的测试时间内如果岩土温度未充分恢复，会对后一次的测试结果产生较大的影响或得出错误的结论；2、容易受测试时周围气象条件变化的影响，不易实现恒热流条件。

发明内容

本发明的目的是为解决岩土热物性测量采用空气源热泵式测量仪进行夏季排热工况和冬季吸热工况的测试时，一次只能测试一种工况，需要依次进行，且两次测试过程中前一次的测试会对后一次的测试结果产生影响，得出错误的结论及由于采用空气源热泵受测试周围的气象条件的影响，不易实现恒热流条件的问题，提供一种同步冷热响应岩土热物性测试仪。

本发明包括水-水热泵机组、冷响应侧循环泵、冷响应侧回水温度传感器、冷响应侧供水温度传感器、冷响应侧U形管、冷响应侧流量计、热响应侧循环泵、热响应侧回水温度传感器、热响应侧供水温度传感器、热响应侧U形管、热响应侧流量计、散热器调节阀、加热器调节阀、数据采集装置、冷响应侧回水管、冷响应侧供水管、热响应侧回水管、热响应侧供水管、第一加热器闸阀、第二加热器闸阀、电加热器、第一散热器闸阀、第二散热器闸阀和翅片散热器，冷响应侧回水管的一端与冷响应侧U形管上端的一个管口连接，冷响应侧回水管的另一端通过冷响应侧循环泵与水-水热泵机组连接，冷响应侧供水管的一端与冷响应侧U形管上端的另一个管口连接，冷响应侧供水管的另一端通过冷响应侧流量计与水-水热泵机组连接，冷响应侧回水温度传感器装在冷响应侧回水管上且位于冷响应侧循环泵与冷响应侧U形管之间，冷响应侧供水温度传感器装在冷响应侧供水管上且位于冷响应侧流量计与冷响应侧U形管之间，热响应侧回水管的一端与热响应侧U形管上端的一个管口连接，热响应侧回水管的另一端通过热响应侧循环泵与水-水热泵机组连接，热响应侧供水管的一端与热响应侧U形管上端的另一个管口连接，热响应侧供水管的另一端通过热响应侧流量计与水-水热泵机组连接，热响应侧回水温度传感器装在热响应侧回水管上且位于热响应侧循环泵与热响应侧U形管之间，热响应侧供水温度传感器装在热响应侧供水管上且位于热响应侧流量计与热响应侧U形管之间，热响应侧供水管上沿水-水热泵机组至热响应侧流量计的方向上依次装有散热器调节阀和加热器调节阀，翅片散热器与散热器调节阀并联，且翅片散热器的两端分别通过第一散热器闸阀和第二散热器闸阀连接在热响应侧供水管上，散热器调节阀通过数据线与热响应侧供水温度传感器连接，电加热器与加热器调节阀并联，且电加热器的两端分别通过第一加热器闸阀和第二加热器闸阀连接在热响应侧供水管上，加热器调节阀分别通过数据线与热响应侧供水温度传感器和热响应侧回水温度传感器连接，数据采集装置分别通过数据线与冷响应侧回水温度传感器、冷响应侧供水温度传感器、冷响应侧流量计、热响应侧回水温度传感器、热响应侧供水温度传感器和热响应侧流量计连接。

本发明的优点是：一、本发明能同步对冷响应侧测量孔33和热响应侧测量孔34进行冬季吸热和夏季排热两种工况的测试，根据测量结果计算出所测地域的岩土热物性参数；由于水-水热泵机组1能够同时提供冷热水，即能同时对两个测试孔进行夏季排热工况的测试及冬季吸热工况的测试，同时进行两种工况下的冷热响应测试试验，根本上解决了由于测试时间不同和测试环境不同导致测试结果的误差，并且可以更好的利用同时测定的两组结果进行对比，对试验的成功与否进行判断，对结果的准确性进行校核；并且采用水-水热泵机组1不受测试气象条件的影响，更易保证恒热流的测试条件，提高了测试结果的准确性。二、利用本发明的测试仪对地下岩土进行测试，使得测试的程序大大简化，测试的时间大幅缩短（不需要较长的地温恢复期），这对于专业的勘测队伍来说很重要，测试程序的简化和测试时间的缩短减少了测试的费用，降低了测试成本。三、同时由于水-水热泵机组不像空气源热泵那样与周围的空气进行热量的交换，因此，不受测试周围气象条件的影响。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括水-水热泵机组1、冷响应侧循环泵2、冷响应侧回水温度传感器3、冷响应侧供水温度传感器4、冷响应侧U形管5、冷响应侧流量计6、热响应侧循环泵7、热响应侧回水温度传感器8、热响应侧供水温度传感器9、热响应侧U形管10、热响应侧流量计11、散热器调节阀12、加热器调节阀13、数据采集装置14、冷响应侧回水管15、冷响应侧供水管16、热响应侧回水管17、热响应侧供水管18、第一加热器闸阀19、第二加热器闸阀20、电加热器21、第一散热器闸阀22、第二散热器闸阀23和翅片散热器24，冷响应侧回水管15的一端与冷响应侧U形管5上端的一个管口连接，冷响应侧回水管15的另一端通过冷响应侧循环泵2与水-水热泵机组1连接，冷响应侧供水管16的一端与冷响应侧U形管5上端的另一个管口连接，冷响应侧供水管16的另一端通过冷响应侧流量计6与水-水热泵机组1连接，冷响应侧回水温度传感器3装在冷响应侧回水管15上且位于冷响应侧循环泵2与冷响应侧U形管5之间，冷响应侧供水温度传感器4装在冷响应侧供水管16上且位于冷响应侧流量计6与冷响应侧U形管5之间，热响应侧回水管17的一端与热响应侧U形管10上端的一个管口连接，热响应侧回水管17的另一端通过热响应侧循环泵7与水-水热泵机组1连接，热响应侧供水管18的一端与热响应侧U形管10上端的另一个管口连接，热响应侧供水管18的另一端通过热响应侧流量计11与水-水热泵机组1连接，热响应侧回水温度传感器8装在热响应侧回水管17上且位于热响应侧循环泵7与热响应侧U形管10之间，热响应侧供水温度传感器9装在热响应侧供水管18上且位于热响应侧流量计11与热响应侧U形管10之间，热响应侧供水管18上沿水-水热泵机组1至热响应侧流量计11的方向上依次装有散热器调节阀12和加热器调节阀13，翅片散热器24与散热器调节阀12并联，且翅片散热器24的两端分别通过第一散热器闸阀22和第二散热器闸阀23连接在热响应侧供水管18上，散热器调节阀12通过数据线与热响应侧供水温度传感器9连接，电加热器21与加热器调节阀13并联，且电加热器21的两端分别通过第一加热器闸阀19和第二加热器闸阀20连接在热响应侧供水管18上，加热器调节阀13分别通过数据线与热响应侧供水温度传感器9和热响应侧回水温度传感器8连接，数据采集装置14分别通过数据线与冷响应侧回水温度传感器3、冷响应侧供水温度传感器4、冷响应侧流量计6、热响应侧回水温度传感器8、热响应侧供水温度传感器9和热响应侧流量计11连接。水-水热泵机组1为现有技术，水-水热泵机组1是以水作为热源或热汇来生产冷热水的热泵机组。水-水热泵机组1的一端为冷相应侧、另一端为热响应侧，且冷相应侧由冷响应侧供水管16、冷响应侧流量计6、冷响应侧供水温度传感器4、冷响应侧U形管5、冷响应侧回水温度传感器3、冷响应侧循环泵2和冷响应侧回水管15构成回路；热响应侧由热响应侧供水管18、散热器调节阀12、加热器调节阀13、热响应侧流量计11、热响应侧供水温度传感器9、热响应侧U形管10、热响应侧回水温度传感器8、热响应侧循环泵7和热响应侧回水管17构成回路。测试时，将本发明测试仪上的冷响应侧U形管5和热响应侧U形管10分别置于冷响应侧测量孔33和热响应侧测量孔34中。在进行冬季吸热工况的冷响应侧测试时，应保证恒定的制冷功率，具体的控制根据冷响应侧U形管5的进出水温差，保证进出水的温差为定值。在进行夏季排热工况热响应侧测试时，需要根据测试要求保证热响应侧U形管10进出水温差为定值，当不能满足要求时，通过该侧的翅片式散热器24和电加热器21来实现散热和补充加热，以保证热响应侧的恒热流条件。

本发明的具体的控制方法为：⑴、冷响应侧控制单元：根据冷响应侧回水温度传感器3、冷响应侧供水温度传感器4采集的冷响应侧的供回水温度计算得到的温差与设定的冬季工况下的温差进行比对，控制热泵机组的制冷功率，存储并输出该侧时时的供回水温度和流量变化情况；⑵、热响应侧的控制单元：根据热响应侧回水温度传感器8、热响应侧供水温度传感器9采集的热响应侧的供回水温度计算得到的温差与设定的夏季工况下的温差进行比对，控制电加热器和翅片式散热器的启停（当计算得到的温差大于设定温差时开启散热器，当计算得到的温差小于设定的温差时开启电加热器），存储并输出该侧时时的供回水温度和流量变化情况。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是它还增加有冷响应侧膨胀水箱25、冷响应侧水箱接管26、热响应侧膨胀水箱27和热响应侧水箱接管28，冷响应侧水箱接管26的一端与冷响应侧回水管15连接，冷响应侧水箱接管26的另一端与冷响应侧膨胀水箱25连接，热响应侧水箱接管28的一端与热响应侧回水管17连接，热响应侧水箱接管28的另一端与热响应侧膨胀水箱27连接。采用膨胀水箱可以容纳仪器系统中膨胀的循环介质和补充仪器系统中的循环介质，提高了系统的稳定性。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是它还增加有冷响应侧回水管压力表29、冷响应侧供水管压力表30、热响应侧回水管压力表31和热响应侧供水管压力表32，冷响应侧回水管压力表29装在冷响应侧回水管15上，且位于冷响应侧回水温度传感器3和冷响应侧U形管5之间，冷响应侧供水管压力表30装在冷响应侧供水管16上，且位于冷响应侧供水温度传感器4和冷响应侧U形管5之间，热响应侧回水管压力表31装在热响应侧回水管17上，且位于热响应侧回水温度传感器8与热响应侧U形管10之间，热响应侧供水管压力表32装在热响应侧供水管18上，且位于热响应侧供水温度传感器9与热响应侧U形管10之间。利用压力表监测各管路压力，有利于直接检测系统是否泄露或堵塞。其它组成与连接关系与具体实施方式一或二相同。

本发明的工作原理：

[0011] 1、冬季吸热工况的冷响应侧测试时，此时循环介质（冷响应侧的冷水）的流程依次为：水-水热泵机组1→冷响应侧流量计6→冷响应侧供水温度传感器4→冷响应侧供水管压力表30→冷响应侧U形管5→冷响应侧回水管压力表29→冷响应侧回水温度传感器3→冷响应侧循环泵2→水-水热泵机组1。

[0012] 2、夏季排热工况的热响应侧测试时，循环介质的流程分为三种情形：

[0013]⑴、当地埋管地源热泵系统的制热量刚好满足热响应侧的设定温差所需的热量时，关闭第一加热器闸阀19、第二加热器闸阀20、第一散热器闸阀22和第二散热器闸阀23，打开散热器调节阀12和加热器调节阀13，此时的循环介质（热响应侧的热水）的流程依次为：水-水热泵机组1→散热器调节阀12→加热器调节阀13→热响应侧流量计11→热响应侧供水温度传感器9→热响应侧供水管压力表32→热响应侧U形管10→热响应侧回水管压力表31→热响应侧回水温度传感器8→热响应侧循环泵7→水-水热泵机组1。 ⑵、当地埋管地源热泵系统的制热量大于热响应侧的设定温差所需的热量时，关闭第一加热器闸阀19和第二加热器闸阀20，打开加热器调节阀13、第一散热器闸阀22和第二散热器闸阀23，并调节散热器调节阀12的开关程度使供回水管路的温差满足设定的温差，此时的循环介质（热响应侧的热水）的流程依次为：水-水热泵机组1→第二散热器闸阀23→翅片散热器24→第一散热器闸阀22（同时有部分循环介质通过与翅片散热器24并行的散热器调节阀12，再与经过翅片散热器24的循环介质汇合）→加热器调节阀13→热响应侧流量计11→热响应侧供水温度传感器9→热响应侧供水管压力表32→热响应侧U形管10→热响应侧回水管压力表31→热响应侧回水温度传感器8→热响应侧循环泵7→水-水热泵机组1。⑶、当地埋管地源热泵系统的制热量小于热响应侧设定的温差所需的热量时，关闭第一散热器闸阀22和第二散热器闸阀23，打开散热器调节阀12、第一加热器闸阀19和第二加热器闸阀20，并调节加热器调节阀13的开关程度使供回水管路的温差满足设定的温差，此时的循环介质（热响应侧的热水）的流程依次为：水-水热泵机组1→散热器调节阀12→第二加热器闸阀20→电加热器21→第一加热器闸阀19（同时有部分循环介质通过与电加热器21并行的加热器调节阀13，再与经过电加热器21的循环介质汇合）→热响应侧流量计11→热响应侧供水温度传感器9→热响应侧供水管压力表32→热响应侧U形管10→热响应侧回水管压力表31→热响应侧回水温度传感器8→热响应侧循环泵7→水-水热泵机组1。

Claims

1.一种同步冷热响应岩土热物性测试仪，其特征在于：所述测试仪包括水-水热泵机组（1）、冷响应侧循环泵（2）、冷响应侧回水温度传感器（3）、冷响应侧供水温度传感器（4）、冷响应侧U形管（5）、冷响应侧流量计（6）、热响应侧循环泵（7）、热响应侧回水温度传感器（8）、热响应侧供水温度传感器（9）、热响应侧U形管（10）、热响应侧流量计（11）、散热器调节阀（12）、加热器调节阀（13）、数据采集装置（14）、冷响应侧回水管（15）、冷响应侧供水管（16）、热响应侧回水管（17）、热响应侧供水管（18）、第一加热器闸阀（19）、第二加热器闸阀（20）、电加热器（21）、第一散热器闸阀（22）、第二散热器闸阀（23）和翅片散热器（24），冷响应侧回水管（15）的一端与冷响应侧U形管（5）上端的一个管口连接，冷响应侧回水管（15）的另一端通过冷响应侧循环泵（2）与水-水热泵机组（1）连接，冷响应侧供水管（16）的一端与冷响应侧U形管（5）上端的另一个管口连接，冷响应侧供水管（16）的另一端通过冷响应侧流量计（6）与水-水热泵机组（1）连接，冷响应侧回水温度传感器（3）装在冷响应侧回水管（15）上且位于冷响应侧循环泵（2）与冷响应侧U形管（5）之间，冷响应侧供水温度传感器（4）装在冷响应侧供水管（16）上且位于冷响应侧流量计（6）与冷响应侧U形管（5）之间，热响应侧回水管（17）的一端与热响应侧U形管（10）上端的一个管口连接，热响应侧回水管（17）的另一端通过热响应侧循环泵（7）与水-水热泵机组（1）连接，热响应侧供水管（18）的一端与热响应侧U形管（10）上端的另一个管口连接，热响应侧供水管（18）的另一端通过热响应侧流量计（11）与水-水热泵机组（1）连接，热响应侧回水温度传感器（8）装在热响应侧回水管（17）上且位于热响应侧循环泵（7）与热响应侧U形管（10）之间，热响应侧供水温度传感器（9）装在热响应侧供水管（18）上且位于热响应侧流量计（11）与热响应侧U形管（10）之间，热响应侧供水管（18）上沿水-水热泵机组（1）至热响应侧流量计（11）的方向上依次装有散热器调节阀（12）和加热器调节阀（13），翅片散热器（24）与散热器调节阀（12）并联，且翅片散热器（24）的两端分别通过第一散热器闸阀（22）和第二散热器闸阀（23）连接在热响应侧供水管（18）上，散热器调节阀（12）通过数据线与热响应侧供水温度传感器（9）连接，电加热器（21）与加热器调节阀（13）并联，且电加热器（21）的两端分别通过第一加热器闸阀（19）和第二加热器闸阀（20）连接在热响应侧供水管（18）上，加热器调节阀（13）分别通过数据线与热响应侧供水温度传感器（9）和热响应侧回水温度传感器（8）连接，数据采集装置（14）分别通过数据线与冷响应侧回水温度传感器（3）、冷响应侧供水温度传感器（4）、冷响应侧流量计（6）、热响应侧回水温度传感器（8）、热响应侧供水温度传感器（9）和热响应侧流量计（11）连接。

2.根据权利要求1所述同步冷热响应岩土热物性测试仪，其特征在于：所述测试仪还包括冷响应侧膨胀水箱（25）、冷响应侧水箱接管（26）、热响应侧膨胀水箱（27）和热响应侧水箱接管（28），冷响应侧水箱接管（26）的一端与冷响应侧回水管（15）连接，冷响应侧水箱接管（26）的另一端与冷响应侧膨胀水箱（25）连接，热响应侧水箱接管（28）的一端与热响应侧回水管（17）连接，热响应侧水箱接管（28）的另一端与热响应侧膨胀水箱（27）连接。

3.根据权利要求1或2所述同步冷热响应岩土热物性测试仪，其特征在于：所述测试仪还包括冷响应侧回水管压力表（29）、冷响应侧供水管压力表（30）、热响应侧回水管压力表（31）和热响应侧供水管压力表（32），冷响应侧回水管压力表（29）装在冷响应侧回水管（15）上，且位于冷响应侧回水温度传感器（3）和冷响应侧U形管（5）之间，冷响应侧供水管压力表（30）装在冷响应侧供水管（16）上，且位于冷响应侧供水温度传感器（4）和冷响应侧U形管（5）之间，热响应侧回水管压力表（31）装在热响应侧回水管（17）上，且位于热响应侧回水温度传感器（8）与热响应侧U形管（10）之间，热响应侧供水管压力表（32）装在热响应侧供水管（18）上，且位于热响应侧供水温度传感器（9）与热响应侧U形管（10）之间。