CN103808755A

CN103808755A - 一种岩土体热响应测试设备

Info

Publication number: CN103808755A
Application number: CN201210441003.XA
Authority: CN
Inventors: 吴晓寒; 王庆华; 王笃礼; 张其昌; 黎良杰
Original assignee: AVIC GEOTECHNICAL ENGINEERING INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: AVIC GEOTECHNICAL ENGINEERING INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明属于地源热物理领域，涉及一种岩土体热响应测试设备。本发明包括数据采集及存储装置，还包括：两个循环管路，用于输送循环介质；热电制冷装置，和两个循环管路上的换热器相连，用于同时向两个循环管路输送热量和冷量；直流稳压电源，与热电制冷装置连接，用来为热电制冷装置供电。本发明岩土体热响应测试设备，配备了热电制冷装置，可以同时输出热量和冷量，将两个循环管路分别与两个热交换井连接，可以分别对两个热交换井进行取热和放热两种工况的热响应测试。

Description

一种岩土体热响应测试设备

技术领域

本发明属于地源热物理领域，涉及一种岩土体热响应测试设备。

背景技术

地源热泵技术以其节能环保等优势在国内外得到广泛应用，但该技术在推广应用过程中面临一个重要的技术问题，即地层热物性参数的确定。目前很多地源热泵系统设计时所采用的地层热物性参数都来自于室内测试数据，甚至相当一部分工程设计仅依靠经验和估算，为此2009年国家标准《地源热泵系统工程技术规范》（GB50366-2005，2009年版）中修订增加了原位热响应测试方面的要求。

热响应测试是一种将实际检测数据与理论计算数据进行对比分析，来推导出一定深度内岩土体综合热物性参数的测试方法。进行热响应测试前需完成测试钻孔的施工，并埋设好换热器。测试孔的深度及埋管换热器的类型需提前进行初步设计以避免系统施工时发生较大改变。热响应测试时，测试设备通过循环管路将冷量或热量持续输送到埋管换热器内，同时记录管路内循环水的温度及流量等相关数据，测试完毕之后根据循环水的温度变化情况，反推出埋管换热器周围岩土体的相关热物性参数。

自1996年世界上出现第一台现场热响应测试设备以来，已有20多个国家研制了相同或相近的设备；而国内自2000年之后，也有相关科研院所和企业单位先后开始研制岩土体热响应测试设备。

目前热响应测试设备多采用电加热器作为热源，可以完成夏季制冷工况（向地下输送热量）测试，而冬季供暖工况下相关参数只能通过软件模拟推算得出。随后也出现了采用热泵作为冷热源的测试设备，可以进行夏季制冷和冬季供暖两个工况的测试，但是在进行冬季供暖工况的测试时，必须采用热泵作为冷源。由于热泵的运行机理限制，热泵从循环水中提取到的热量需要通过冷凝管和风机排放到环境空气中，因此循环水温度就不可避免的会受到环境温度的影响。同时热泵的制冷效率也会随环境温度产生变化，在不采用辅助热源控制的情况下，测试设备的输出功率及循环水温度均会随环境气温变化而呈现出较大的起伏。另外，由于热泵通常具有较大的重量和体积，采用热泵作为冷热源的热响应测试设备通常只能安装在厢式货车的车厢内，作为车载式测试设备，整体成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种岩土体热响应测试设备，该设备能够同时对两个热交换井分别进行取热和放热两种工况的热响应测试，并且能够精确控制冷/热源的输出功率，提高测试结果的准确度，以解决现有热响应测试设备测试精度差，效率低的缺陷。

本发明采用以下技术方案来实现：一种岩土体热响应测试设备，包括数据采集及存储装置，其特征为所述设备还包括：

两个循环管路，用于输送循环介质；

热电制冷装置，和两个循环管路上的换热器相连，用于同时向两个循环管路输送热量和冷量；

直流稳压电源，用来为热电制冷装置供电。

进一步的，上述技术方案中，还可包括配备散热风扇的换热器，设置在其中一个循环管路上，在进行单个热交换井测试时，用于将另外一个未连接热交换井的循环管路中的热量或冷量排放到环境空气中。

进一步的，上述设备还可以包括一个功率调整装置，分别与数据采集及存储装置和直流稳压电源相连，用于精确控制热电制冷装置的输出功率。

本发明的有益效果是：本发明岩土体热响应测试设备，配备了热电制冷装置，可以同时输出热量和冷量，将两个循环管路分别与两个热交换井连接，可以分别对两个热交换井进行取热和放热两种工况的热响应测试；若只连接一个热交换井，则可以利用配备散热风扇的换热器将另一个循环管路中多余的热量或冷量排放到周围环境中；采用本发明岩土体热响应测试设备可以通过控制热电制冷装置的供电电压来精确控制设备输出的冷量和热量，这样既可以控制循环管路进出井口的温差恒定，也可以控制循环管路的进井温度恒定，实现不同的测试目的；另外，采用本发明的测试设备既可以安装到厢式货车的车厢内，作为车载式热响应测试设备使用，可以将各部分组件独立封装，作为便携式测试设备使用，以适应不同的测试环境，更加方便实用。

附图说明

图1为本发明岩土体热响应测试设备一种具体实施方式的结构示意图；

图2为热电制冷装置的结构示意图；

图3为热电制冷装置的控制原理示意图；

图4为使用本发明测试设备进行双工况热响应测试示意图；

图5为使用本发明测试设备进行单工况热响应测试示意图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的岩土体热响应测试设备其具体的实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示，是本发明提出的岩土体热响应测试设备一种具体实施方式的结构示意图。本发明岩土体热响应测试设备，其主要包括两个循环管路，管路系统I包括至少一个排气装置2，一个循环水泵6、水泵前至少一个温度传感器3和过滤器5、水泵后至少一个温度传感器8和单向阀7，一个换热器9、换热器后至少一个温度传感器10和一个压力传感器11，一个电磁流量计12、电磁流量计后一个温度传感器13；管路系统II包括至少一个排气装置16，一个循环水泵20、水泵前至少一个温度传感器17和过滤器19、水泵后至少一个温度传感器22和单向阀21，一个换热器23、换热器后至少一个温度传感器24和一个压力传感器25，一个电磁流量计26、电磁流量计后一个温度传感器27。

热电制冷装置29，和两个循环管路上的换热器9及换热器23相连，用于同时向两个循环管路输送热量和冷量。

补水水箱4和18，两个循环管路各设置一个，用于向循环管路中补充循环介质。

配备散热风扇的换热器32，设置在循环管路II上，用于将循环管路II中的热量或冷量排放到周围环境空气中。

阀门1、14、15、28、30、31，用于控制循环管路中循环介质的流向。

数据采集及存储装置34，采集、存储所有温度、流量和压力传感器的数据。数据采集及存储装置34与功率调整装置33相连，通过直流稳压电源35调节热电制冷装置29的输出功率.

直流稳压电源35，用来为热电制冷装置供电。

各种传感器包括：温度传感器3、8、10、13、17、22、24、27，用于采集循环管路各测点的温度数据；压力传感器11和25，用于采集两个循环管路的压力数据；电磁流量计12、26，用于采集循环管路的流速数据；

请参阅图2所示，是热电制冷装置的结构示意图。热电制冷装置主要由若干组热电制冷片36并联作为热量和冷量的输出装置，两片导热金属片37和38分别紧贴在热电制冷片两侧，以便于将热电制冷片产生的热量和冷量快速的传递给与导热金属片相接触的换热器9和23。

请参阅图3所示，是热电制冷装置的控制原理示意图。首先由数据采集及存储装置34，采集记录循环管路I出井口温度传感器3和入井口温度传感器13的温度数据，将温度数据传输给功率调整装置33，功率调整装置可以根据温度数据精确控制热电制冷装置29的输入电压，从而控制热电制冷装置29的输出功率。

请参阅图4所示，是使用本发明测试设备进行双工况热响应测试示意图。测试之前，首先要在测试场地进行热交换孔的施工，钻孔的直径、深度及埋管换热器的类型、尺寸应和实际设计相一致。两个热交换孔内的埋管换热器在清洗完管内杂物之后，分别和测试设备的循环管路I、II的进出口相连接。关闭阀门30和31，其他阀门全部开启，循环管路I、II分别和两个热交换井中的埋管换热器组成两个封闭的循环系统。在未扰动温度测试结束以后，即可接通热电制冷装置的电源，进行热响应测试。热电制冷装置将产生的热量和冷量，分别通过换热器9和23传递给循环管路I和II，即可同时对两个热交换井进行取热和放热工况的热响应测试。通过改变热电制冷装置的供电电流方向，可以在取热/放热两种测试工况之间进行切换。

请参阅图5所示，其是使用本发明测试设备进行单工况热响应测试示意图。测试之前，首先要在测试场地进行热交换孔的施工，钻孔的直径、深度及埋管换热器的类型、尺寸应和实际设计相一致。热交换孔内的埋管换热器在清洗完管内杂物之后，和测试设备的循环管路I的进出口相连接。关闭阀门15和28，其他阀门全部开启，循环管路I和热交换井中的埋管换热器组成封闭的循环系统，循环管路II和换热器32组成封闭的循环系统。在未扰动温度测试结束以后，即可接通热电制冷装置的电源，进行热响应测试。热电制冷装置将产生的热量和冷量，分别通过换热器9和23传递给循环管路I和II，这样热电制冷装置一侧产生的热量或冷量用来进行热响应测试，另一侧产生的冷量或热量则通过换热器32及其配备的散热风扇排放到环境空气中。通过改变热电制冷装置的供电电流方向，可以在取热/放热两种测试工况之间进行切换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种岩土体热响应测试设备，包括数据采集及存储装置，其特征为所述设备还包括：

两个循环管路，用于输送循环介质；

直流稳压电源，与热电制冷装置连接，用来为热电制冷装置供电。

2.根据权利要求1所述的岩土体热响应测试设备，其特征为所述设备还包括：

配备散热风扇的换热器，设置在其中一个循环管路上，在进行单个热交换井测试时，用于将另外一个未连接热交换井的循环管路中的热量或冷量排放到环境空气中。

3.根据权利要求1或2所述的岩土体热响应测试设备，其特征还在于所述设备还包括一个功率调整装置，分别与数据采集及存储装置和直流稳压电源相连，用于精确控制热电制冷装置的输出功率。

4.根据权利要求1或2所述的岩土体热响应测试设备，其特征还在于其中所述的热电制冷装置包括：

多组热电制冷片，并联作为测试设备的冷/热源；

两片导热金属片，紧贴在热电制冷片的两侧，用于将热电制冷片产生的热量或和冷量传递给两个循环管路的换热器。