CN103235348B - 一种用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置，属于地源热泵技术领域。该装置包括连接管道、通过连接管道依次连接的第一外接口、水泵、补水箱和第二外接口，位于连接管道上的流量计，装于水泵和第一外接口之间连接管道上的第一压力传感器以及装于补水箱和第二外接口之间连接管道上的第二压力传感器。其中，第一外接口与第二外接口在外形上可与被测管段的端口配合。该测试装置结构简约紧凑，移动方便，可在地埋管下管前、下管后及与环路集管装配完成后测试单根地埋管或地埋管群的水力特性，从而判断地埋管内是否有热熔瘤、颗粒杂质堵塞及其他因素造成的阻力系数较大变化，以便于在地埋管施工过程中及时处理或更换。

Description

一种用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置

技术领域

本发明属于地源热泵技术领域，涉及一种测试管道水力特性的装置。

背景技术

地源热泵技术近些年在我国迅速发展，特别是地埋管地源热泵系统得到了广泛应用，它实现了能源的可再生利用，提高了一次能源利用率和系统运行效率，具有显著的节能效益和环保效益。地埋管地源热泵系统需要将埋管换热器以钻孔下管回填或是桩基中内置的方式埋置于地下，换热介质在埋管换热器管内流动，与土壤进行热交换（从土壤吸收热量或向土壤释放热量），这个换热过程是整个地埋管地源热泵系统运行的关键。

地埋管换热器在施工过程中（制作、下管、连接、回填）很容易落入土、尘粒等杂质，很容易因此而发生堵塞；普遍采用的聚乙烯或聚丁烯地埋管道，当采用热熔连接时，也经常出现局部熔瘤或熔接圈凹凸不匀的现象，阻碍管内的流体流动。无论是杂质的堵塞还是热熔瘤，都将引起该管段的阻力特性发生显著改变，并导致地埋管的水力特性与理论计算的结果产生较明显差异，造成该管段乃至整个管群的流量偏离设计值，从而影响地埋管换热器实际的换热效果，降低地源热泵系统运行效率，严重时甚至会导致系统不能正常运行。

在现行规范《GB50366-2009地源热泵系统工程技术规范》中要求地埋管在验收过程中进行水压试验，保证管内能够维持一定的压力，但该试验仅能够测试管道有无泄漏现象，不能测试管道水力特性，确认管道是否堵塞。规范同时要求地埋管换热器在安装前后需对管道系统反复冲洗，但只能清除管道内残留的杂质，对于已经完全堵塞的管道，以及热熔连接过程中产生的熔瘤，无法通过冲洗恢复管道畅通。

由于地埋管换热器属于埋地隐蔽工程，在工程施工完毕后，埋管上方将被土层覆盖，并可能进行水泥、沥青等面层的施工，甚至会在上方建造永久性的建筑物，工程完成后发现水力系统存在问题，维修费用和施工难度极高。因此，能够在地埋管施工之前测试其水力特性，及时发现其堵塞或不畅的情况，以通过清洗或更换管道等措施进行修复的技术，是有待研究的难题。

2005年7月27日公布的公开号为CN1645087A的专利“一种测试地埋管换热能力新方法及专用测试装置”中，涉及一种测试地埋管换热能力新方法及专用测试装置。

2011年8月3日公布的公开号为CN201917538U的专利“基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车”中，涉及一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车。

2011年8月3日公布的公开号为CN201917539U的专利“车载式地源热泵地质热物理参数测试仪”中涉及一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪及测试车。

上述专利均为检测地源热泵地埋管换热器的换热能力及土壤热物性参数，不具备地埋管换热器水力特性检测的功能，不能判断地埋管换热器的实际水力特性与设计值之间由于管道施工质量所产生的偏差。

2004年2月11日公布的公开号为CN2603379Y的专利“滴灌管水利性能自动检测装置”涉及的是一种农业用滴灌系统中滴灌管（带）水利性能自动检测装置，采用计算机进行控制和数据处理，检测精度高，效率高。

2004年2月25日公布的公开号为CN1477382A的专利“微灌灌水器抗堵塞和水力性能综合测试装置”提供一种综合测试装置，既能测试灌水器的水力性能，又能测试灌水器的抗堵塞性能，包括物理堵塞和化学堵塞。

2007年12月5日公布的公开号为CN101082535A的专利“一种微尺度迷宫型单元流道水力性能测试方法”涉及一种单元流道水力性能测试方法，解决的微尺度流道的水力性能测试方法。

上述水力特性测试的相关专利用以检测农业滴灌系统和微尺度流动的水力特性，与地源热泵的地埋管系统的水力特性检测属于不同领域，且功能和结构上存在较大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、方便移动、用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置，包括连接管道、通过连接管道依次连接的第一外接口、水泵、补水箱和第二外接口，位于所述连接管道上的流量计，装于所述水泵和所述第一外接口之间连接管道上的第一压力传感器以及装于所述补水箱和所述第二外接口之间连接管道上的第二压力传感器；所述第一外接口与所述第二外接口在外形上与不同口径被测管段的端口配合。

所述第一压力传感器位于离所述第一外接口最近的连接管道上。

所述第二压力传感器位于离所述第二外接口最近的连接管道上。

所述测试装置还包括位于所述水泵与所述补水箱之间的过滤器。

所述装置还包括控制所述水泵的变频器。

所述测试装置还包括位于所述水泵与所述第一外接口之间连接管道上的第一阀门。

所述测试装置还包括位于所述第二外接口和所述流量计之间连接管道上的第二阀门。

所述第一阀门或所述第二阀门为截止阀。

所述测试装置还包括装于所述水泵与所述第一外接口之间连接管道上的第一温度传感器。

所述测试装置还包括装于所述第二外接口与所述流量计之间连接管道上的第二温度传感器。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：该测试装置结构简约紧凑，能够方便的在地埋管施工现场安装及移动，可在地埋管下管之前、下管后及与环路集管装配完成后测试单根地埋管或地埋管群的水力特性，从而判断地埋管内是否有热熔瘤、颗粒杂质堵塞及其他因素造成的阻力系数较大变化，以便于在地埋管施工过程中及时处理或更换；此外，该测试装置也可实现车载或制作为测试车外形，方便施工现场的移动。

附图说明

图1本发明实施例中用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置的结构示意图；

图2本发明实施例中用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置的工作示意图。

其中：1、补水箱；2、过滤器；3、循环水泵；4、变频器；5、第一温度传感器；6、第一截止阀；7、第一压力传感器；8、第一外接口；9、第二外接口；10、第二压力传感器；11、第二截止阀；12、第二温度传感器；13、流量计；14、连接管道；15、被测地埋管管段。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明针对地埋管换热器由于施工不当，如热熔瘤、颗粒杂质堵塞等原因造成的管道水力特性发生变化，从而造成实际运行过程中地埋管换热器的换热效果远远低于设计值，系统效率降低甚至无法正常运行的问题，提出了一种在地埋管施工过程中能够方便检测其水力特性的测试装置，如图1所示为该装置的结构图。

该装置包括补水箱1、过滤器2、循环水泵3、变频器4、第一温度传感器5、第一截止阀6、第一压力传感器7、第一外接口8、第二外接口9、第二压力传感器10、第二截止阀11、第二温度传感器12、流量计13和连接管道14。

循环水泵3为该装置的测试工作提供动力，在其入口端通过连接管道14连接有补水箱1；在补水箱1与循环水泵3之间通过连接管道14连接有过滤器2。循环水泵3的出口端通过连接管道14依次连接有第一截止阀6和第一外接口8；在循环水泵3与第一截止阀6之间的连接管道14上装有第一温度传感器，在第一截止阀6与第一外接口8之间的连接管道14上装有第一压力传感器7。循环水泵3接有变频器4，变频器4能够实现流量的变频调节。

在补水箱1与过滤器2相连的另一端，通过连接管道14依次连接有流量计13、第二截止阀11以及第二外接口9。其中，在流量计13与第二截止阀11之间装有第二温度传感器12，在第二截止阀11与第二外接口9之间装有第二压力传感器10。第一外接口8、第二外接口9的外形能够配合不同管径的被测地埋管接口。两个外接口与被测地埋管管段之间为活动连接，在测试完成后便于分离。

在使用该测试装置测试某一地埋管管段的水力特性时，首先将该测试装置放置于施工现场适当位置，然后分别将第一外接口8与第二外接口9与被测地埋管管段15的两端相连，从而该测试装置与被测地埋管管段15构成了一个环路，如图2所示。

连接工作完成后，进入测试阶段。首先向补水箱1加水，打开第一截止阀6和第二截止阀11，使水充满整个闭合环路；然后，再开启循环水泵3。图2中箭头所示的方向即为水流的方向。在这个过程中，可以通过调节变频器4来实现环路中水流量的调节。

经过一定时间的循环后，环路中气体被完全排出，设备运转稳定，循环水流经地埋管管段的压降也已经稳定。通过第一压力传感器7可读出被测地埋管管段的进口压力，通过第二压力传感器10可以读其出口压力；通过流量计13可读出管道中的循环水流量；通过第一温度传感器5可读出被测地埋管管段内水的进口温度，通过第二温度传感器12可以读出其出口温度。由被测地埋管管段的进出口压力差和环路流量便可得到被测地埋管管段的总阻抗，即其实际水力特性；而温度传感器的主要作用是防止极端温度出现,保护测试装置,且可以准确获取测试流体的密度。

上述测试装置中,压力传感器越接近外接口,即越靠近被测地埋管管段,其检测的值越接近被测地埋管管段的进出口的真实压力。

通过比较管段的设计总阻抗和实际总阻抗的大小，检验某一确定地埋管管段的水力特性是否因堵塞等因素与设计值发生明显偏差。设计总阻抗可通过管段流量和计算总阻力求得。计算方法在流体力学相关文献中给出，也可直接按照《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2009》计算。若理论计算值与实际测试值偏差较大，就可以判断该地埋管管段堵塞造成阻力特性改变，从而需要对其进行清洗处理或更换，以保证地埋管换热器的换热特性。

本发明的测试装置结构简约紧凑，安装和移动方便，可在地埋管施工现场进行地埋管的水力特性测试，从而判断地埋管内是否有热熔瘤、颗粒杂质堵塞及其他因素造成的阻力系数较大变化，以便于在工程整体完工、面层覆土前进行处理或更换；该装置的上述优点也使得其可实现车载或制成测试车，方便现场安装和移动。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置，其特征在于：包括连接管道、通过连接管道依次连接的第一外接口、水泵、补水箱和第二外接口，位于所述连接管道上的流量计，装于所述水泵和所述第一外接口之间连接管道上的第一压力传感器以及装于所述补水箱和所述第二外接口之间连接管道上的第二压力传感器；

所述第一外接口与所述第二外接口在外形上与被测管段的端口配合；

所述第一压力传感器位于离所述第一外接口最近的连接管道上；

所述第二压力传感器位于离所述第二外接口最近的连接管道上；

所述测试装置还包括位于所述水泵与所述补水箱之间的过滤器；

所述装置还包括控制所述水泵的变频器；

所述测试装置还包括位于所述水泵与所述第一外接口之间连接管道上的第一阀门；

所述测试装置还包括位于所述第二外接口和所述流量计之间连接管道上的第二阀门；

所述测试装置还包括装于所述水泵与所述第一外接口之间连接管道上的第一温度传感器；

所述测试装置还包括装于所述第二外接口与所述流量计之间连接管道上的第二温度传感器。

2.根据权利要求1所述的用于测试地源热泵系统地埋管水力特性的测试装置，其特征在于：所述第一阀门或所述第二阀门为截止阀。