CN102288637B - 地源热泵中的单孔换热功率处理方法 - Google Patents
地源热泵中的单孔换热功率处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102288637B CN102288637B CN 201110123214 CN201110123214A CN102288637B CN 102288637 B CN102288637 B CN 102288637B CN 201110123214 CN201110123214 CN 201110123214 CN 201110123214 A CN201110123214 A CN 201110123214A CN 102288637 B CN102288637 B CN 102288637B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipeline
- heat
- test
- temperature
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种地源热泵技术领域，特别涉及一种地源热泵中地下岩土体综合导热系数、地下岩土体体积比热容、单孔换热功率处理方法。包括如下步骤：接受地源热泵系统的工程参数数据；选择若干地埋管进行热响应测试，及采集测试数据；对于所述测试数据进行线性拟合，及基于线性拟合之结果判定拟合优度、选择测试数据；处理上述工程参数数据及测试数据以获得所需处理结果。其优点是：可以通过软件快速准确的进行地层综合导热系数，体积比热容，每个孔的钻孔热阻计算，最后得出群孔钻孔换热能力是否达到设计预期的效果，避免了在人为因素对测试结果产生的影响，使用软件进行分析处理提高了工作效率，对整个地源热泵系统正常运行提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种地源热泵技术领域，特别涉及一种地源热泵中地下岩土体综合导热系数、地下岩土体体积比热容、单孔换热功率处理方法。
背景技术
目前现有的测试处理主要通过现场测试后进行手动计算，在计算过程中不同人员处理操作可能产生不同的结果，对测试结果可能产生较大的误差，在计算单孔换热功率时缺少热影响半径，不能准确计算出单孔换热功率，在进行数据处理过程中人为因素较大，且效率不高，对测试结果产生较大影响，在使用测试结果进行地源热泵系统设计时，可能对整个地源热泵系统工程造成巨大的损失，对系统长时间运行后是否满足要求留下隐患。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种地源热泵中的地下岩土体综合导热系数、地下岩土体体积比热容、单孔换热功率处理方法，该处理方法采用恒热流法进行热响应测试主要用于验证地埋管施工结束后群孔换热能力，在换热孔周围区域布置测温系统，测量热扩散情况然后再与软件模拟结果进行对比求取热扩散半径，可以通过软件进行地层综合导热系数，体积比热容，每个孔的钻孔热阻，最后得出群孔钻孔换热能力是否达到设计预期的效果。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种地源热泵中的单孔换热功率处理方法，用于测试地源热泵系统中地埋管的换热能力，其特征在于所述测试方法包括如下步骤：
接受地源热泵系统的工程参数数据；
选择若干地埋管进行热响应测试，及采集测试数据；
对于所述测试数据进行线性拟合，及基于线性拟合之结果判定拟合优度、选择测试数据；
处理上述工程参数数据及测试数据以获得所需处理结果。
所述处理数据指的是：使用方程 
计算被测孔内地埋管的换热量，其中：Q1为单孔换热功率；
为水流量；为出水水温；
为进水水温；
为水的密度；
为水的比热。
所述处理数据指的是：基于恒热流法实验获得的数据获得地埋管内流体平均温度Tav与时间t的拟合曲线图，并使用方程计算斜率K和截距m，之后使用方程
获得钻孔土层平均导热系数λ，其中Q为恒定的热功率。
所述处理数据指的是：使用方程
计算单孔换热功率D，其中：
为地埋管材料导热率；
为换热孔中回填料导热率；
为换热孔周围岩土体的平均导热率；L为地埋管换热器长度；
为地埋管束的等效半径；
为地埋管束的等效外径；
为换热孔平均外径；
为换热温度影响半径；
为地埋管内流体的平均温度；
为温度影响半径之外岩土体的温度。
所述热响应测试的具体步骤为：
选择测试换热能力的地埋管，并在所述地埋管周围边缘均设有若干埋深为1.5-5m的温度传感器；
将热响应测试设备中的测试管路与所述地埋管连接，将所述温度传感器与所述热响应测试设备中的数据采集模块连接；所述热响应测试设备包括水箱、若干测试管路及数据采集模块；所述水箱内部设置有温控电加热器；所述测试管路由一下行管路和一上行管路组成的，每一组测试管路的一端与所述水箱连通；所述下行管路和上行管路上分别设置有测温传感器、压差传感器及截止阀，所述下行管路上还设置有流量传感器及水泵，所述水泵设置于所述下行管路上近水箱处，每一组所述的下行管路和上行管路之间通过一带有阀门的直通管路连通；数据采集模块耦合有所述测试管路中的流量传感器、测温传感器及压差传感器；
加热水箱中的水，并开启水泵进行水循环；
通过控制各测试管路的截止阀和水泵，将各个测试管路的流量达到一致，并通过控制阀门控制各测试管路的压力；
流量传感器、测温传感器、压差传感器及温度传感器测量周边环境数据并传递至数据采集模块中。
所述直通管路与所述下行管路的接点位于所述下行管路的每一传感器和水泵之间；所述直通管路与所述上行管路的接点位于所述上行管路的每一传感器和水箱之间。
所述地埋管边缘每隔0.1米布设有所述的温度传感器，所述温度传感器的埋深为2.5米。
所述水箱的加热方式为恒功率加热。
本发明的特点是：使用软件根据测试模拟地源热泵系统实际运行工况，可以通过软件快速准确的进行地层综合导热系数，体积比热容，每个孔的钻孔热阻计算，最后得出群孔钻孔换热能力是否达到设计预期的效果，避免了在人为因素对测试结果产生的影响，只要具备相关专业知识的人员即可进行测试结果的处理和分析，使用软件进行分析处理提高了工作效率，及时发现问题对设计进行调整，同时可以控制后期成本，对整个地源热泵系统正常运行提供保障。
附图说明
附图1本发明处理步骤框图；
附图2本发明k1孔热响应试验成果曲线图；
附图3本发明专利实施例测试仪整体原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-3所示，图中标记1-13别为：截止阀1、测温传感器2、压差传感器3、流量传感器4 、水泵5、阀门6、地温监测传感器7、水箱8、上行管路9、下行管路10、地埋管11、数据采集模块12、直通管路13。
参见图1所示，本发明实施例中具体如下：
测试功率计算方法
在测试仪获得水流量、流出地下埋管的水温和流进地下埋管的水温后，按照下面公式（1）计算被测孔内地埋管的换热量：
式中：
Q1-单孔换热量（kW）；
-水的比热（kJ/kg·K）。
土层平均导热系数
根据规范推荐采用恒热流法试验时，根据线热源模型求得岩土导热系数等热物性参数。管内流体平均温度Tav与测试时间t有如下关系式（3）。
（3）
当输入的热功率Q恒定时，k和m是定值,其中
。
根据热响应试验结果得到管道内流体平均温度变化曲线，进而求得K值后，可得钻孔土层平均导热系数，计算公式（4）。
根据热响应试验成果和热响应数据分析方法，可计算出K1孔的单位延米换热量和综合导热系数。K1孔热响应测试成果分别见图2。
根据上述计算参数计算单孔换热功率：
（5）
D：单孔换热功率。
L：地埋管换热器长度。
：地埋管束的等效半径，单U为管内径的
倍，双U为管内径
倍。
：换热温度影响半径。
上述步骤中的测试仪结构主要由以下部件构成：
水箱8，内部设置有温控电加热器。
若干组由下行管路10和上行管路9一一对应组成的测试管路，每一组测试管路的一端与所述水箱8连通，另一端与所述地埋管11连通；所述下行管路10和上行管路9上分别设置有测温传感器2、压差传感器3及截止阀1，所述下行管路10上还设置有流量传感器4及水泵5，所述水泵5设置于所述下行管路10上近水箱8处。每一组所述的下行管路10和上行管路9之间通过一带有阀门6的直通管路13连通。所述直通管路13与所述下行管路10的接点位于所述下行管路10的流量传感器4和水泵5之间；所述直通管路13与所述上行管路9的接点位于所述上行管路9的压差传感器3和水箱8之间。 需要注意的是，此处直通管路13将水泵5、下行管路10和上行管路9的局部、以及水箱构成一个水路，此水路上不包括有任何传感器，故此权利要求中所表述的“所述直通管路与所述下行管路的接点位于所述下行管路的每一传感器和水泵之间”及“所述直通管路与所述上行管路的接点位于所述上行管路的每一传感器和水箱之间”，应当理解为，此管路接点应当位于所有传感器（包括测温传感器2、压差传感器3、流量传感器4 ）和水泵5或水箱8之间，接点与水泵5（或水箱8）之间不具有任何传感器。
地温测试部分，所述连接有测试管路的地埋管11边缘均设有若干埋深为1.5-5m的地温监测传感器7，此若干地温监测传感器7构成所述的地温测试部分。所述的地温监测传感器7与数据采集模块12连接。优选的实施例为：所述地埋管11边缘每隔0.1米布设有所述的地温监测传感器7，所述地温监测传感器7的埋深为2.5米。
一数据采集模块12，耦合有所述测试管路中的流量传感器4、测温传感器2及压差传感器3。
本实施例中系统的工作原理是：将电加热水箱8的水进行恒功率加热，将电加热水通过水泵5进行水循环，通过各个管路的阀门1和水泵控5制流量，将各个环路得流量达到一致，同时观测压力值，压力不易过大否则影响设备及管路的安全，若压力过大则调节中间的阀门6进行降压，通过测试电加热功率、流量计4、温度传感器2等设备参数，测试的组数根据地埋管组数确定，一般等于2孔或者大于2孔，在地源井区域内布设地温监测传感器，每隔0.1米一个，深度为1.5m~5.0m，监测地下温度场情况，将监测到温度场情况与模拟软件进行对比，从而确定换热温度影响半径，通过测试的时间、流量、各孔进出口温度和地下温度监测数据最后求的群孔换热功率，从而验证现有工程地源井是否满足设计要求。
结合上述装置结构，以下对于本实施例中系统的工作原理和运行方法进行详细说明：
本实施例是测试6个地源井，群孔热响应测试仪设置6组进出口测试管路，将管路与测试设备采用热熔方式，打开截止阀1，阀门6关闭，先打开水泵5进行无负荷循环，将各个孔内空气排净，通过调节阀门1和水泵5控制流量，模拟实际运行工况，同时根据工况下各个孔承担的换热功率进行加热，模拟工况运行一个周期，通过流量计4和温度传感器2及电功率采集流量、进出口温度、电加热功率等参数，同时在地源井边缘每隔0.1米布设一个地温监测点，深度为2.5米，监测随着测试设备运行起来后地下温度场变化，确定换热温度影响半径或者与软件模拟的热影响半径进行对比确定换热影响半径，通过测试的流量、净出口温度、电加热功率、热扩散半径分析地源井换热能力是否满足设计要求。
Claims (4)
1.一种地源热泵中的单孔换热功率处理方法，用于测试地源热泵系统中地埋管的换热能力，其特征在于所述测试方法包括如下步骤：
接受地源热泵系统的工程参数数据；
选择若干地埋管进行热响应测试，及采集测试数据；
对于所述测试数据进行线性拟合，及基于线性拟合之结果判定拟合优度、选择测试数据；
处理上述工程参数数据及测试数据以获得所需处理结果；
所述处理数据指的是：使用方程 
计算被测孔内地埋管的换热量，其中：Q1为单孔换热功率、为水流量、
为出水水温、
为进水水温、
为水的密度、为水的比热，
基于恒热流法实验获得的数据获得地埋管内流体平均温度Tav与时间t的拟合曲线图，并使用方程
计算斜率K和截距m，之后使用方程
获得钻孔土层平均导热系数λ，其中Q为恒定的热功率、H为单孔深度，
使用方程
计算单孔换热功率D，其中：
为地埋管材料导热率、
为换热孔中回填料导热率、
为换热孔周围岩土体的平均导热率、L为地埋管换热器长度、
为地埋管束的等效半径、
为地埋管束的等效外径、
为换热孔平均外径、
为换热温度影响半径、
为地埋管内流体的平均温度、
为温度影响半径之外岩土体的温度；
所述热响应测试的具体步骤为：
选择测试换热能力的地埋管，并在所述地埋管周围边缘均设有若干埋深为1.5-5m的温度传感器；
将热响应测试设备中的测试管路与所述地埋管连接，将所述温度传感器与所述热响应测试设备中的数据采集模块连接；所述热响应测试设备包括水箱、若干测试管路及数据采集模块；所述水箱内部设置有温控电加热器；所述测试管路由一下行管路和一上行管路组成的，每一组测试管路的一端与所述水箱连通；所述下行管路和上行管路上分别设置有测温传感器、压差传感器及截止阀，所述下行管路上还设置有流量传感器及水泵，所述水泵设置于所述下行管路上近水箱处，每一组所述的下行管路和上行管路之间通过一带有阀门的直通管路连通；数据采集模块连接所述测试管路中的流量传感器、测温传感器及压差传感器；
加热水箱中的水，并开启水泵进行水循环；
通过控制各测试管路的截止阀和水泵，将各个测试管路的流量达到一致，并通过控制阀门控制各测试管路的压力；
流量传感器、测温传感器、压差传感器及温度传感器测量周边环境数据并传递至数据采集模块中。
2.根据权利要求1所述的一种地源热泵中的单孔换热功率处理方法，其特征在于：所述直通管路与所述下行管路的接点位于所述下行管路的每一传感器和水泵之间；所述直通管路与所述上行管路的接点位于所述上行管路的每一传感器和水箱之间。
3.根据权利要求1所述的一种地源热泵中的单孔换热功率处理方法，其特征在于：所述地埋管边缘每隔0.1米布设有所述的温度传感器，所述温度传感器的埋深为2.5米。
4.根据权利要求1所述的一种地源热泵中的单孔换热功率处理方法，其特征在于：所述水箱的加热方式为恒功率加热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110123214 CN102288637B (zh) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | 地源热泵中的单孔换热功率处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110123214 CN102288637B (zh) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | 地源热泵中的单孔换热功率处理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102288637A CN102288637A (zh) | 2011-12-21 |
| CN102288637B true CN102288637B (zh) | 2013-05-29 |
Family
ID=45335232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110123214 Expired - Fee Related CN102288637B (zh) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | 地源热泵中的单孔换热功率处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102288637B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111090127A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-05-01 | 中国石油化工集团公司 | 碳酸盐岩地热储层产能预测方法及系统 |
| CN109948182B (zh) * | 2019-01-30 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种针对中深层地热井井间距的计算方法 |
| CN110242589B (zh) * | 2019-06-25 | 2020-07-31 | 江苏大学 | 一种离心泵性能曲线拟合修正方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517238B2 (en) * | 2001-01-18 | 2003-02-11 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Thermal imaging measurement of lateral diffusivity and non-invasive material defect detection |
| CN201397310Y (zh) * | 2009-03-31 | 2010-02-03 | 北京依科瑞德地源科技有限责任公司 | 一种新型地源热泵土壤热物性测试系统 |
| CN201438149U (zh) * | 2009-05-20 | 2010-04-14 | 上海市岩土工程检测中心 | 一种浅层地热能综合测试装置 |
| CN201751839U (zh) * | 2010-06-13 | 2011-02-23 | 安徽郁金香新能源科技有限公司 | 岩土热物性测试仪 |
-
2011
- 2011-05-13 CN CN 201110123214 patent/CN102288637B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517238B2 (en) * | 2001-01-18 | 2003-02-11 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Thermal imaging measurement of lateral diffusivity and non-invasive material defect detection |
| CN201397310Y (zh) * | 2009-03-31 | 2010-02-03 | 北京依科瑞德地源科技有限责任公司 | 一种新型地源热泵土壤热物性测试系统 |
| CN201438149U (zh) * | 2009-05-20 | 2010-04-14 | 上海市岩土工程检测中心 | 一种浅层地热能综合测试装置 |
| CN201751839U (zh) * | 2010-06-13 | 2011-02-23 | 安徽郁金香新能源科技有限公司 | 岩土热物性测试仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102288637A (zh) | 2011-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102721722B (zh) | 一种地下岩土分层热物性现场热响应测试方法 | |
| CN206974932U (zh) | 岩土热响应测试系统 | |
| Yu et al. | Thermal response test and numerical analysis based on two models for ground-source heat pump system | |
| CN101393149B (zh) | 地源热泵用高精度土壤热物性测试仪 | |
| CN104237301A (zh) | 一种岩土分层热物性原位热响应测试方法 | |
| CN106770439A (zh) | 岩土层分层导热系数测试方法 | |
| CN106680001B (zh) | 一种管道三通区域在线疲劳寿命监测装置及方法 | |
| CN201166615Y (zh) | 一种地源热泵地埋管换热量测试仪 | |
| JP6230025B2 (ja) | 熱応答試験の解析方法および解析プログラム | |
| JP5334221B1 (ja) | 熱応答試験および揚水試験の解析方法および解析プログラム | |
| CN102288637B (zh) | 地源热泵中的单孔换热功率处理方法 | |
| Rouleau et al. | New concept of combined hydro-thermal response tests (H/TRTS) for ground heat exchangers | |
| CN204694654U (zh) | 组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪 | |
| CN107013812A (zh) | 一种三场耦合管道泄漏监测方法 | |
| CN206235584U (zh) | 一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统 | |
| CN109557126A (zh) | 一种土壤热物性参数和渗流参数的测量装置 | |
| CN102539471A (zh) | 一种井群复核测试装置及其测试方法 | |
| CN105865746A (zh) | 一种检测渗流与压力温度关系的实验装置及方法 | |
| CN202649147U (zh) | 一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置 | |
| CN103018274A (zh) | 一种岩土热物性测试仪 | |
| CN103792255B (zh) | 岩土冷热响应试验系统 | |
| CN201184848Y (zh) | 浅层地温能参数测试仪 | |
| CN102288635A (zh) | 群孔热响应测试方法 | |
| CN202101957U (zh) | 群孔热响应测试系统 | |
| CN209960227U (zh) | 一种光缆及管道渗漏监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130529 |