CN102565121A

CN102565121A - 基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车

Info

Publication number: CN102565121A
Application number: CN2010106181924A
Authority: CN
Inventors: 陈燕民; 邹元霖; 张文秀; 王磊
Original assignee: BEIJING HUAQING XINYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HUAQING XINYUAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪和测试车，该测试仪包括：由冷凝器、变频压缩机、蒸发器和节流元件顺次管路连接构成的可变频热泵机组；由冷凝器的热水出口端通过管路依次连接第一可变频水泵、第一温度传感器、第一电磁流量计、第一地埋管和第二温度传感器并返回至冷凝器的冷水进口端而形成的第一闭合回路；以及，由蒸发器的冷水出口端通过管路依次连接第二可变频水泵、第三温度传感器、第二电磁流量计、第二地埋管和第四温度传感器并返回至蒸发器的热水进口端而形成的第二闭合回路。该测试仪克服了传统测试方法的局限性，测试不受室外温度的影响，设备数量减少，原理简洁，结构紧凑，操作简便。

Description

基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车

技术领域

本发明涉及一种用于测试地源热泵系统地下埋管换热器的换热性能和土壤热物性能的测试仪，以及测试车。

背景技术

地源热泵系统作为一项绿色、节能、环保的系统技术，在冷热源系统中应用越来越广泛，但是由于浅层地质资料的的缺乏，使得地下埋管换热器的研究一直是地源热泵技术的难点。但是地下埋管换热器是地源热泵系统核心和应用的基础，所以地下埋管换热器的测试和研究是相当重要的，对不同形式的地下埋管换热器的换热性能以及土壤的热物性能进行测试，对地源热泵系统的工程仿真、工程设计提供指导和数据支持，所以测试系统的开发和研究势在必行。

传统测试地下埋管换热器的换热性能和土壤热物性能一般采用电加热器和风冷热泵测试法，通过电加热器加热流体来模拟夏季工况，通过风冷热泵冷却流体来模拟冬季工况。但是，当室外温度低于10℃时，风冷热泵性能大幅下降甚至不能工作，因此冬季工况的测量无法进行，同时，传统的测试系统结构复杂，设备数量多，存在因蓄水箱及复杂管路中存水而冻坏设备和管路的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，它包括：

由冷凝器、变频压缩机、蒸发器和节流元件顺次管路连接构成的可变频热泵机组；

由冷凝器的热水出口端通过管路依次连接第一可变频水泵、第一温度传感器、第一电磁流量计、第一地埋管和第二温度传感器并返回至冷凝器的冷水进口端而形成的第一闭合回路；

以及，

由蒸发器的冷水出口端通过管路依次连接第二可变频水泵、第三温度传感器、第二电磁流量计、第二地埋管和第四温度传感器并返回至蒸发器的热水进口端而形成的第二闭合回路。

采用上述技术方案的有益效果是，该测试仪采用地源热泵测试法，地源热泵系统选用可变频热泵机组一台、可变频水泵两台，使得热泵机组的功率和水泵的流量均可调控，压缩机为变频压缩机，通过变频控制手段调节热泵机组的制冷制热能力，使得向地下输入恒定的热量，进而检测土壤的温度响应来估算土壤热物性，可以测试冬季供热和夏季制冷两种工况。

进一步的，节流元件为膨胀阀。

进一步的，冷凝器的热水出口端与第一可变频水泵之间设有第一阀门，冷凝器的冷水进口端与第二温度传感器之间设有第二阀门。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，通过第一阀门和第二阀门控制第一闭合回路中的水流向。

进一步的，第一阀门和第二阀门之间通过管路连接，且在该管路上设有第五阀门。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，在测试原始地温时，系统补水完毕后，关闭第一、二阀门，打开第五阀门，开启第一可变频水泵，水只在第一温度传感器、第一电磁流量计、第一地埋管和第二温度传感器组成的回路中循环，而不经过可变频热泵机组，循环24小时后，温度稳定，第一温度传感器和第二温度传感器的测试温度即为土壤原始地温。

进一步的，蒸发器的冷水出口端与第二可变频水泵之间设有第三阀门，蒸发器的热水进口端与第四温度传感器之间设有第四阀门。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，通过第三阀门和第四阀门控制第二闭合回路中的水流向。

进一步的，第三阀门和第四阀门之间通过管路连接，且在该管路上设有第六阀门。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，在测试原始地温时，系统补水完毕后，关闭第三、四阀门，打开第六阀门，开启第二可变频水泵，水只在第三温度传感器、第二电磁流量计、第二地埋管和第四温度传感器组成的回路中循环，而不经过可变频热泵机组，循环24小时后，温度稳定，第三温度传感器和第四温度传感器的测试温度即为土壤原始地温。

进一步的，第一可变频水泵和第二可变频水泵的进水口均连接有补水箱。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，通过补水箱为第一闭合回路和第二闭合回路补水。

进一步的，它还包括自控系统，该自控系统分别与可变频热泵机组、温度传感器和流量传感器连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是，整个测试系统的控制、调试、传感器数据采集由一套独立的自控系统来实现，自控系统可以设定数据存储的格式、时间间隔，系统正常运行时，自控系统可实现数据的自动存储。

一种地埋管换热性能和土壤热物性的测试车，其包括车厢，在车厢中安装有上述基于地源热泵的土壤热物性能测试仪。

本发明的有益效果是：本发明基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车克服了传统测试方法的局限性，测试不受室外温度的影响，同时，与传统的测试仪和测试车相比较，设备数量减少，原理简洁，结构紧凑，操作简便，本测试车无需蓄水箱，既避免了每次测试时所必需的充、放水（同时还要加热或冷却水），减小了测试周期，又避免了因蓄水箱及复杂管路中存水而冻坏设备和管路的风险，它还具有以下特点：

1.能够模拟冬季和夏季两种工况。

2.热泵机组采用变频控制其输出的冷量和热量。

3.测试数据稳定性好，测试周期短。

4.设备壳体采用小型集装箱，便于运输和搬运。

5.数据自动存储，数据处理量减少。

附图说明

图1为本发明基于地源热泵的土壤热物性能测试仪的结构示意图；

图2为本发明基于地源热泵的土壤热物性能测试仪的工作状态示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、可变频热泵机组，2第一可变频水泵，3第一温度传感器，4第一电磁流量计，5第一地埋管，6第二温度传感器，7第一阀门，8第二阀门，9第五阀门，10第二可变频水泵，11第三温度传感器，12第二电磁流量计，13第二地埋管，14第四温度传感器，15第三阀门，16第四阀门，17第六阀门，18补水箱，101冷凝器，102变频压缩机，103蒸发器，104膨胀阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，它包括可变频热泵机组1，该变频热泵机组1由冷凝器101、变频压缩机102、蒸发器103和节流元件顺次管路连接构成，该节流元件为膨胀阀104，冷凝器101的热水出口端通过管路依次连接第一可变频水泵2、第一温度传感器3、第一电磁流量计4、第一地埋管5和第二温度传感器6，并返回至冷凝器101的冷水进口端，而形成一个循环的第一闭合回路，蒸发器103的冷水出口端通过管路依次连接第二可变频水泵10、第三温度传感器11、第二电磁流量计12、第二地埋管13和第四温度传感器14，并返回至蒸发器103的热水进口端，而形成一个循环的第二闭合回路，冷凝器101的热水出口端与第一可变频水泵2之间设有第一阀门7，冷凝器101的冷水进口端与第二温度传感器6之间设有第二阀门8，第一阀门7和第二阀门8之间通过管路连接，且在该管路上设有第五阀门9，蒸发器103的冷水出口端与第二可变频水泵10之间设有第三阀门15，蒸发器103的热水进口端与第四温度传感器14之间设有第四阀门16，第三阀门15和第四阀门16之间通过管路连接，且该管路上设有第六阀门17，第一可变频水泵210和第二可变频水泵的进水口均连接有补水箱18，它还包括一自控系统，该自控系统分别与可变频热泵机组、温度传感器和流量传感器连接。

如图2所示，本发明一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪的工作原理为：

测试地埋管换热性能和土壤热物性时，在测试现场钻井打孔得到两测试孔：测试孔A和测试孔B，孔深80m，直径约150mm，两孔相距约5m，将本测试仪U型的第一地埋管5和第二地埋管13分别随回填料下至测试孔A和测试孔B中，形成地埋管换热系统，回填完毕后，将第一地埋管5和第二地埋管13的地上接口连接到热泵系统上，即将第一地埋管5接入到第一电磁流量计4和第二温度传感器6之间形成第一闭合回路，将第二地埋管13接入到第二电磁流量计12和第四温度传感器14之间形成第二闭合回路，然后开始测试土壤的热物性，测试步骤分为两步：

1.测试原始地温：在测试原始地温时，系统补水完毕后，关闭第一、二阀门7、8，打开第五阀门9，开启第一可变频水泵2，水只在第一温度传感器3、第一电磁流量计4、第一地埋管5和第二温度传感器6组成的回路中循环，而不经过可变频热泵机组1，循环24小时后，温度稳定，第一温度传感器和第二温度传感器的测试温度即为测试孔A的土壤原始地温；同时，关闭第三、四阀门15、16，打开第六阀门17，开启第二可变频水泵10，水只在第三温度传感器11、第二电磁流量计12、第二地埋管13和第四温度传感器14组成的回路中循环，而不经过可变频热泵机组1，循环24小时后，温度稳定，第三温度传感器和第四温度传感器的测试温度即为测试孔B的土壤原始地温，将测试孔A和测试孔B的原始土壤温度取平均值，即为原始地温。

2．加热或制冷测试温度响应，计算结果：测试孔B内的第一地埋管5的流体经过变频热泵机组1的冷凝器101时被加热，再流回到第一地埋管5中，由于流体温度高于地下土壤的温度，故向土壤中放出热量，同理，测试孔A 内的第二地埋管13的流体经过变频热泵机组1的蒸发器103时被降温，再流回第二地埋管13中，由于流体的温度低于地下土壤的温度，故从土壤中吸收热量，因此，变频热泵机组1从测试孔A取热，向测试孔B排热，通过变频压缩机102变频控制来调节变频热泵机组1的制冷制热能力，进而可以模拟测试孔A中的冬季工况或测试孔B中的夏季工况，通过自控系统采集第一、第二温度传感器3、11和第一、第二电磁流量计4、12测量得到的数据，得到土壤的温度响应，进而计算土壤的换热能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于，它包括：

以及，

2.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述节流元件为膨胀阀。

3.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述冷凝器的热水出口端与第一可变频水泵之间设有第一阀门，所述冷凝器的冷水进口端与第二温度传感器之间设有第二阀门。

4.根据权利要求3所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述第一阀门和第二阀门之间通过管路连接，且在该管路上设有第五阀门。

5.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述蒸发器的冷水出口端与第二可变频水泵之间设有第三阀门，所述蒸发器的热水进口端与第四温度传感器之间设有第四阀门。

6.根据权利要求5所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述第三阀门和第四阀门之间通过管路连接，且该管路上设有第六阀门。

7.根据权利要求1所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：所述第一可变频水泵和第二可变频水泵的进水口均连接有补水箱。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪，其特征在于：还包括自控系统，该自控系统分别与可变频热泵机组、温度传感器和流量传感器连接。

9.一种地埋管换热性能和土壤热物性的测试车，其包括车厢，其特征在于，所述车厢中安装有如权利要求1至8任一项所述的基于地源热泵的土壤热物性能测试仪。