CN104374427B - 一种地源热泵运行中土体热湿迁移效应试验系统及方法 - Google Patents

一种地源热泵运行中土体热湿迁移效应试验系统及方法 Download PDF

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CN104374427B CN201410627888.1A CN201410627888A CN104374427B CN 104374427 B CN104374427 B CN 104374427B CN 201410627888 A CN201410627888 A CN 201410627888A CN 104374427 B CN104374427 B CN 104374427B
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Abstract

本发明公开了一种地源热泵运行中土体热湿迁移效应试验系统及方法,包括地源热泵试验系统、运行监控与数据采集系统两个部分:地源热泵试验系统由地埋管换热系统、热泵机组、末端空调系统和辅助系统组成;运行监控与数据采集系统包括地源热泵运行状况监控、土体温度采集、土体湿度采集、气象数据采集和地下水监测五个子系统;本发明还提供了一种地源热泵运行中土体热湿迁移效应试验方法。本发明能及时精确地获得系统各部分的压力和管内水流量数据,确保整个试验系统正常运行;并且能够精确计算出地源热泵运行的各状态参数,可对整个地源热泵系统进行能耗评价。并能够全方位地揭示地源热泵运行中土体热湿迁移效应及其对系统运行性能的影响。

Description

-种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明属于环境岩±工程技术领域,具体地说,设及一种地源热累运行中±体热 湿迁移效应试验系统及方法。
背景技术
[0002] 地源热累(Ground-Source Heat Pump,简称GSHP)技术通过地埋管内的液体(通常 是水)循环与地表浅层岩±体进行热量交换,使不能直接利用的岩±低品位热能转换为可 利用的高品位热能,是目前开采浅层地能中应用最为广泛的技术之一。其工作原理为:地表 IOm深度W下的岩±层溫度不受外界气候的影响,能全年基本保持稳定;利用岩±层的运一 特性,冬季将其作为热累的热源,将±壤中的热量提取出来,利用能量转换对室内供热,同 时将热累系统排放的冷量储存于地下W供夏季使用;相反,在夏季则将其作为热累的冷源, 吸收室内的热量释放到±壤中,达到制冷效果,同时为冬季储存热量。在运一过程中,热交 换对岩±介质产生复杂的影响,±体的溫度场发生变化引起水分发生迁移,改变±体含水 量,而含水量的变化又引起±的比热容、热导率及热扩散率发生变化,从而影响热量的传输 过程。同时,在地源热累运行中,除了热交换的影响,地下水渗流、降雨、蒸发等环境因素也 会显著影响±壤的热湿迁移过程,从而最终影响到地源热累系统的运行特性。目前,现有的 研究成果都集中于地埋管周围±壤溫度的变化,对其湿度场变化规律的研究未见报道,更 未考虑到地下水渗流、降雨、蒸发等环境因素对±壤热湿迁移效应的影响。实际上,地源热 累运行中地埋管换热器与岩±层的热交换是一个复杂的热湿禪合传热传质过程,为了更直 观地了解地源热累运行中±体的热湿迁移特性及其对系统运行性能的影响,有必要设计一 种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统及方法,W便掲示±壤溫度场、湿度场在地 源热累运行过程中的特征变化规律。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术中存在的缺陷,本发明提供一种地源热累运行中±体热湿迁移 效应试验系统及方法。其技术方案如下:
[0004] -种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,包括地源热累试验系统、运行 监控与数据采集系统两个部分:地源热累试验系统由地埋管换热系统、热累机组、末端空调 系统和辅助系统组成;运行监控与数据采集系统包括地源热累运行状况监控、±体溫度采 集、±体湿度采集、气象数据采集和地下水监测五个子系统。
[0005] 地埋管换热系统采用横、竖复合方式,该地埋管换热系统分为A、B、C=个区域:A区 包括Al、A2、A3、A4、A5、A6六个竖直埋管热交换器,其中A3~A6与B区、C区的流量和换热功率 保持均衡,A1、A2与总集水器直接连接(可独立控制),为实验平台后期试验预留相关功能及 辅助热交换作用;B区包括81、82、83、84四个竖直埋管热交换器;(:区包括(:1^2八3^4四个 横埋管热交换器。
[0006] 优选地,地埋管换热系统采用对称设计,左右两边管路同程布置,同时在每组管道 分水器上安装流量计和控制阀,对每个热交换器的的流量进行有效控制;采用4 50mm的高 密度聚乙締化DPE)管作为主管(横截面积1314mm2)水平全程铺设,使管内流动水阻降至最 低;使用分水器分流至4根(1) 25mm的皿PE管(总横截面积:4 X 328.4 = 1314mm2),在每根d) 25mm的皿PE分管处,安装控制阀口,设置管道井。
[0007] 优选地,竖直埋管热交换器均采用单U型HDPE管,内径d) = 25mm;在A区矩形布置6 口竖井,B区线形布置4 口竖井,钻井深度为32m,间距为5m,钻井直径130mm。
[000引优选地,横埋管热交换器在主管的两侧,呈"串"字形布置;在C区共布置了 4组换热 器,每组间距为4.Om;每组为单层水平双管,管间距为1.0m,埋深为2.5m;组间采用并联同程 式;管材为高密度聚乙締皿PE管,内径(l)=25mm,管子周围为半无限大±壤层。
[0009] 优选地,所述热累机组采用江苏滿艺商用空调有限公司生产的水-水式水源热累 机组,型号为HYSS090RA-JF。
[0010] 优选地,所述末端空调系统主要包括空调机组、风机盘管,选用风机盘管机组式水 溫空调系统,型号为SK-14。
[0011] 优选地,所述辅助系统包括各种阀口、循环水累、控制柜和集水器、分水器。
[0012] 优选地,所述地源热累运行状况监控系统包括传感器和数据采集两个部分。传感 器部分:管内循环水流量采用DN250型智能电磁流量计进行测量,一共布置了 8个流量计,分 别安装在W下管路:①系统总入水口,②A区入水口,③B区入水口,④C区入水口,⑤Al管入 水口,⑥A5管入水口,⑦Bl管入水口,⑧C3管入水口;管内循环水压力采用YBP-802防水型压 力(液位)传感器进行测定,一共布置了 8个压力传感器,与流量计配套形成水压力、流量测 定系统,安装位置同流量计;进、出口水溫采用防水型DS18b20溫度传感器进行测定,一共布 置了 8组溫度传感器,分别安装在W下管路:①系统总入水口和总回水口;②A区入水口和回 水口;③B区入水口和回水口;④C区入水口和回水口;⑤Al管入水口和回水口;⑥A5管入水 口和回水口;⑦B1管入水口和回水口;⑧C3管入水口和回水口。数据采集部分由计算机、可 编程控制器和RS485远程通讯系统组成,包括A区溫度模块、B区溫度模块、C区溫度模块和流 量与压力模块。其工作原理为:通过各路控制器对各传感器的现场信号进行实时采集,然后 将采集数据和信号通过RS485远程通讯系统送至计算机,计算机再将数据存入数据库,并实 现对整个系统的实时监控等功能。输入热累机组压缩机的电流与电压均采用便携式万用表 进行测量。
[0013] 优选地,所述±体溫度采集系统采用PTlOO销电阻溫度计(JMT-36C)和JMZR-2000T 多点无线溫度自动测试系统,该系统由控制单元(计算机)、采集单元(包括采集模块、电源 模块及全密封箱等)和系统软件(包括计算机软件、嵌入式系统软件)组成,可实现64通道多 点溫度全自动采集。
[0014] 优选地,所述±体湿度采集系统采用美国SEC(Soilmoisture Equipment Co;rp.) 公司生产的Mini化ase水分测定系统,其主体设备由TDR探针(同轴电缆)、脉冲发射器、多路 扩展板机箱和显示控制器(Ipad或计算机)组成;该系统利用时域反射仪(TDR探针)快速测 量±壤及其它潮湿介质的体积含水量,可实现自动采集和存储。
[0015]优选地,所述气象数据采集系统采用PC-4型便携式阳光气象站,可采集溫度、湿 度、风向、风速、太阳福射、降雨量、蒸发量等多项气象信息,内置大容量数据存储器可连续 存储60天气象数据;通过RS232/RS485/USB等标准通讯接口与笔记本电脑在现场读取数据。
[0016] 优选地,所述地下水监测系统通过在±壤中埋设PVC水位管,利用水位计进行定期 监测。
[0017] -种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验方法,包括W下步骤:
[001引(1)建立上述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统;
[0019] (2)启动地源热累试验系统,并按制定的实验工况运行;
[0020] (3)启动运行监控与数据采集系统,按实验要求设置参数,对地源热累运行状况和 ±体溫度、湿度、气象因素、地下水等进行实时监控和采集;
[0021] (4)试验数据处理,对地源热累运行中±体的热湿迁移效应进行分析。
[0022] 与地源热累运行状态有关的试验数据采用公式法进行处理,具体方法如下:
[0023] ①热累机组性能系数:
[0024] COP=(化 ±Wc)/Wc
[0025] 式中:化为热累制热模式下热累机组的吸热量,kW;Wc为压缩机的输入功率,kW; [00%] ②热累机组的吸热量
[0027]
Figure CN104374427BD00071
[002引式中:苗为循环水的质量流量,kg/s;Cp为水的比热容,kj/化g.K);Tin、TDu^^l^U 型管换热器中循环水的进、出口溫度,K;
[0029] ③压缩机的输入功率
[0030]
Figure CN104374427BD00072
[0031] 式中:Ic为输入压缩机的电流,A;Uc为压缩机的输入电压,V; 为功率因数;
[0032] 其中
Figure CN104374427BD00073
[003引IC1、IC2、IC3分别为压缩机的线电流,可由便携式万用表测得;
[0034] ④地埋管换热器平均换热量
[0035] 化=VCpP (Tou广Tin)
[0036] 式中:V为U型埋管内循环水的体积流量,mVs; P为水的密度,kg/m3; Cp、Tin、Tout意义 同上;
[0037 ] 思)单斬~管长换热量 [00;3 引
Figure CN104374427BD00074
[0039] 式中:L日为U型管埋管深度,m;n为U型管支管数。
[0040] 与±体状态、气象因素有关的试验数据均采用列表法和作图法进行处理,例如± 壤溫度或湿度、地下水位、太阳福射、风速、降雨量、蒸发量、空气溫度、相对湿度等。
[0041] 本发明的有益效果:
[0042] (1)对地源热累系统的运行状况进行实时监控,能及时精确地获得系统各部分的 压力和管内水流量数据,确保整个试验系统正常运行;并且能够精确计算出地源热累运行 的各状态参数,可对整个地源热累系统进行能耗评价。
[0043] (2)对地埋管周围的溫度、湿度场进行了全面监控,并对地下水渗流、降雨、蒸发等 环境影响因素也进行了监测,能够全方位地掲示地源热累运行中±体热湿迁移效应及其对 系统运行性能的影响。
附图说明
[0044] 图1是本发明地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统的组成图;
[0045] 图2是本发明地源热累运行中±体热湿迁移效应试验方法的流程图;
[0046] 图3是本发明的地埋管换热系统布置平面图;
[0047] 图4是本发明的横埋管换热器水路循环图;
[0048] 图5是本发明的±体状态参数监测孔平面布置图;
[0049] 图6是本发明的±体状态参数监测孔剖面图。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
[0051] -种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,包括地源热累试验系统1、运行 监控与数据采集系统2两个部分:地源热累试验系统1由地埋管换热系统3、热累机组4、末端 空调系统5和辅助系统6组成;运行监控与数据采集系统2包括地源热累运行状况监控7、± 体溫度采集8、±体湿度采集9、气象数据采集10和地下水监测11五个子系统。
[0052] 地埋管换热系统3采用横、竖复合方式,该地埋管换热系统分为A、B、C =个区域:A 区包括Al、A2、A3、A4、A5、A6六个竖直埋管热交换器,其中A3~A6与B区、C区的流量和换热功 率保持均衡,A1、A2与总集水器直接连接(可独立控制),为实验平台后期试验预留相关功能 及辅助热交换作用;B区包括81、82、83、84四个竖直埋管热交换器;(:区包括(:1^2八3^4四 个横埋管热交换器。
[0053] 地埋管换热系统采用对称设计,左右两边管路同程布置,同时在每组管道分水器 上安装流量计和控制阀,对每个热交换器的的流量进行有效控制;采用4 50mm的高密度聚 乙締化DPE)管作为主管(横截面积1314mm2)水平全程铺设,使管内流动水阻降至最低;使用 分水器分流至4根d) 25mm的皿PE管(总横截面积:4 X 328.4= 1314mm2),在每根d) 25mm的 皿PE分管处,安装控制阀口,设置管道井。
[0化4] 竖直埋管热交换器均采用单U型皿阳管,内径d) =25mm;在A区矩形布置6 口竖井,B 区线形布置4 口竖井,钻井深度为32m,间距为5m,钻井直径130mm。
[0055] 横埋管热交换器在主管的两侧,呈"串"字形布置;在C区共布置了 4组换热器,每组 间距为4.Om;每组为单层水平双管,管间距为1.0m,埋深为2.5m;组间采用并联同程式;管材 为高密度聚乙締皿PE管,内径(l)=25mm,管子周围为半无限大±壤层。
[0056] 热累机组采用江苏滿艺商用空调有限公司生产的水-水式水源热累机组,型号为 HYSS090RA-JF,设计工况为:
[0057] (1)夏季:室内侧进出水溫为7/12°C,蒸发溫度为:TC;室外侧进出水溫为35/40°C, 冷凝溫度为45°C。夏季设计工况下额定制冷量22.3kW,功耗5.31kW。
[005引(2)冬季:室内侧进出水溫为45/40°C,冷凝溫度为50°C ;室外侧进出水溫为7/12 °C,蒸发溫度为:TC。冬季设计工况下额定制热量30kW,功耗3.98kW。
[0059] 空调末端主要包括空调机组、风机盘管等部件,选用风机盘管机组式水溫空调系 统,型号为SK-14。
[0060] 辅助系统包括各种阀口、循环水累、控制柜和集水器、分水器。
[0061] 地源热累运行监控系统主要对管内循环水的流量、压力、进出口水溫等参数进行 自动采集和实时显示,同时对运行过程中输入热累机组压缩机的电流与电压进行测量,包 括传感器和数据采集两个部分。
[0062] (1)传感器部分
[0063] 管内循环水流量采用DN250型智能电磁流量计进行测量,一共布置了8个流量计, 分别安装在W下管路:①系统总入水口;②A区入水口;③B区入水口;④C区入水口;⑤Al管 入水口;⑥A5管入水口;⑦Bl管入水口;⑧C3管入水口。
[0064] 管内循环水压力采用YBP-802防水型压力(液位)传感器进行测定,一共布置了 8个 压力传感器,与流量计配套形成水压力、流量测定系统,安装位置同流量计。
[0065] 进、出口水溫采用防水型DS18620溫度传感器进行测定,一共布置了8组溫度传感 器,分别安装在W下管路:①系统总入水口和总回水口;②A区入水口和回水口;③B区入水 口和回水口;④C区入水口和回水口;⑤Al管入水口和回水口;⑥A5管入水口和回水口;⑦Bl 管入水口和回水口;⑧C3管入水口和回水口。
[0066] (2)数据采集部分
[0067] 数据采集部分由计算机、可编程控制器和RS485远程通讯系统组成,其工作原理 为:通过各路控制器对各传感器的现场信号进行实时采集,然后将采集数据和信号通过 RS485远程通讯系统送至计算机,计算机再将数据存入数据库,并实现对整个系统的实时监 控等功能。
[0068] 地源热累运行监控系统的数据采集和实时监控由自行编制的系统软件模块来完 成,主要由W下几个模块组成:
[0069] 1 )A区溫度模块:自动采集和实时显示地源热累运行中A区地埋管内循环水溫度, 包括:A区入水和回水、Al管入水和回水、A5管入水和回水。
[0070] 2)B区溫度模块:自动采集和实时显示地源热累运行中系统总管和B区地埋管内循 环水溫度,包括:系统总入水和总回水、B区入水和回水、B1管入水和回水。
[0071] 3)C区溫度模块:自动采集和实时显示地源热累运行中C区地埋管内循环水溫度, 包括:C区入水和回水、C3管入水和回水。
[0072] 4)流量和压力模块:自动采集和实时显示地源热累运行中地埋管内循环水流量和 压力,并对压缩机运行状态进行实时监控。
[0073] 在地源热累运行过程中,输入热累机组压缩机的电流与电压均采用便携式万用表 进行测量。
[0074] 地源热累运行过程中,地埋管换热器与周围±壤发生热量交换,引起±体的溫度 和含水率发生改变;为了准确获得U型管换热器周围±壤溫度场、湿度场的变化,需在其周 围布置溫、湿度传感器,获得±体的状态参数(即溫度和含水率)。
[0075] 选择竖埋管A5和B1、水平埋管C3作为监测对象,在其周围布置±体状态参数监测 孔。
[0076] 其中,竖埋管A5周围沿S个方向布置测量点:① J-I~J-4方向由近至远按照Im、 Im、1.5m、1.5m的间隔布置,竖直方向从上到下按地下3m、6m、9m、16m分四层布置;②J-5~J- 6方向由近至远按照Im、1.5m的间隔布置,竖直方向从上到下按地下3m、6m、10.5m分S层布 置;③J-9~J-IO方向由近至远按照0.5m、Im的间隔布置,J-9和J-IO的埋设深度分别为6.3m 和4.7m;地下3m、6m两层均同时埋设溫度传感器和湿度传感器,其它各层均只埋设溫度传感 器;同时在竖直方向紧贴U型管外壁从上到下布置了4个测点,依次位于地表下6m、16m、20m、 2 5m 处。
[0077] 同时,在竖埋管的热影响半径范围外布置±壤湿度测量点J-7和溫度测量点J-8, 其中:J-7测点由上至下一共布置了5个湿度传感器,距离地表面依次为0.5m、lm、2m、3m、 4.5m; J-8测点由上至下一共布置了 15个溫度传感器,距离地表面依次为0 . lm、0.5m、Im、 I.5m、2m、2.5m、3m、4m、5m、6m、8m、10m、I2m、I5m、18m。
[0078] 竖埋管BI周围沿立个方向布置测量点:① K-I~K-4方向由近至远按照 I. 5m、2.5m的间隔布置,竖直方向从上到下按地下3m、6m、1 Im分S层布置;②K-5~K-6方向 由近至远按照Im、1.5m的间隔布置,竖直方向从上到下按地下3m、6m、9.5m分S层布置;③K- 7~K-9方向由近至远按照1.5m、Im、1.5m的间隔布置,竖直方向从上到下按地下3m、6m、 II. 5m分S层布置;地下3m、6m两层均同时埋设溫度传感器和湿度传感器,其它各层均只埋 设溫度传感器;同时在竖直方向紧贴U型管外壁从上到下布置了4个测点,依次位于地表下 em、11. Sm(进、出管各1个KlSm处。
[0079] 水平埋管C3沿水平方向和竖直方向分别布置测量点:①水平方向在距离换热器- 0.6111化型回路中间)、〇111、1111、2111、:3111处(与换热器保持同一平面,即埋深2.5111)依次布置心1~ 五个测量点;②竖直方向上从下往上距离换热器0m、0.2m、0.5m、1.5m处依次布置 6~k9五个测量点;每个测量点均同时埋设溫度传感器和湿度传感器。
[0080] ±壤溫度测量采用复现性较好的PTlOO销电阻溫度计(JMT-36C),精度为O.rc,埋 设前每个溫度计均按要求进行标定。各测点的溫度采集使用JMZR-2000T多点无线溫度自动 测试系统,该系统由控制单元(计算机)、采集单元(包括采集模块、电源模块及全密封箱等) 和系统软件(包括计算机软件、嵌入式系统软件)组成,可实现64通道多点溫度全自动采集。 [0081 ] ±壤含水率测量采用美国SEC(Soilmoisture Equipment Co;rp .)公司生产的 MiniTrase水分测定系统,其主体设备由TDR探针(同轴电缆)、脉冲发射器、多路扩展板机箱 和显示控制器(Ipad或计算机)组成。该系统利用时域反射仪(TDR探针)快速测量±壤及其 它潮湿介质的体积含水量,可实现自动采集和存储。
[0082] 气象数据采集系统采用PC-4型便携式阳光气象站,可采集溫度、湿度、风向、风速、 太阳福射、降雨量、蒸发量等多项气象信息,内置大容量数据存储器可连续存储60天气象数 据;通过RS232/RS485/USB等标准通讯接口与笔记本电脑在现场读取数据。
[0083] 地下水位通过在±壤中埋设PVC水位管,利用水位计进行定期测量。在A区、B区分 别布置了 S-I、S-2、S-3、S-4、S-5五组水位管。
[0084] W上是本发明所述实施例装置的系统组成描述,下面结合具体的实验工况对该方 法进行具体说明。具体步骤为:
[0085] (1)设计实验方案,确定运行工况;
[0086] 夏季试验从2013年9月14日开始,至10月7日结束,依次按巧中不同的运行模式进行 试验,每一种运行模式下连续试验7天,间隔1天后进行另一种运行模式的试验。具体试验过 程如下:
[0087] a)2013年9 月 14 日 9:00--9 月20 日 17:00
[008引运行模式I:开机运行8小时,停机16小时,运停比为1:2;即每天9: OO开机,热累连 续运行8小时,17:00关机。
[0089] b)2013年9月21 日9:00--9月27 日 21:00
[0090] 运行模式II:开机运行12小时,停机12小时,运停比为1:1;即每天9:00开机,热累 连续运行12小时,21:00关机。
[0091] c)2013年9 月 29 日 9:00--10月6 日 9:00
[0092] 运行模式III:连续运行;即9月29日9:00开机,热累连续运行168小时,10月6日9: 00关机。
[0093] 试验过程中,分别对热累机组的运行参数(进出口水溫、流量、压力)、±壤的状态 参数(溫度、湿度、地下水位)、周围的气象因素(降雨量、蒸发量、风速值、太阳福射值)等进 行实时监测。
[0094] (2)启动地源热累试验系统,并按制定的实验工况运行;
[0095] (3)启动运行监控与数据采集系统,按实验要求设置参数,对地源热累运行状况和 ±体溫度、湿度、气象因素、地下水等进行实时监控和采集;
[0096] (4)试验数据处理,对地源热累运行中±体的热湿迁移效应进行分析。
[0097] 与地源热累运行状态有关的试验数据采用公式法进行处理,具体方法如下:
[0098] ①热累机组性能系数:
[0099] COP=(化 ±Wc)/Wc
[0100] 式中:化为热累制热模式下热累机组的吸热量,kw;Wc为压缩机的输入功率,kw;
[0101] ②热累机组的吸热量
[0102]
Figure CN104374427BD00111
[010;3] 式中:;2为循环水的质量流量,1^/3瓜为水的比热容,1^/化邑.1〇;1'1。、1'。。*分别为1] 型管换热器中循环水的进、出口溫度,K;
[0104] ③压缩机的输入功率
[0105]
Figure CN104374427BD00112
[0106] 式中:Ic为输入压缩机的电流,A;Uc为压缩机的输入电压,V; COS與为功率因数;
[0107] 其中:
Figure CN104374427BD00113
[010引IC1、IC2、IC3分别为压缩机的线电流,可由便携式万用表测得;
[0109] ④地埋管换热器平均换热量
[0110] 化=VCpP (Tou广Tin)
[011U 式中:V为U型埋管内循环水的体积流量,m3/s; P为水的密度,kg/m3; Cp、Tin、Tout意义 同上;
[0112] ⑥单位管长换热量
[0113]
Figure CN104374427BD00114
[0114] 式中:L日为U型管埋管深度,m;n为U型管支管数。
[0115] 与±体状态、气象因素有关的试验数据均采用列表法和作图法进行处理,例如± 壤溫度或湿度、地下水位、太阳福射、风速、降雨量、蒸发量、空气溫度、相对湿度等。
[0116] W上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,本发明的保护范围不限于此,任何熟 悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简 单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1. 一种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:包括地源热累试验 系统、运行监控与数据采集系统两个部分:地源热累试验系统由地埋管换热系统、热累机 组、末端空调系统和辅助系统组成;运行监控与数据采集系统包括地源热累运行状况监控、 ±体溫度采集、±体湿度采集、气象数据采集和地下水监测五个子系统; 地埋管换热系统采用横、竖复合方式,该地埋管换热系统分为A、B、C=个区域:A区包括 A1、A2、A3、A4、A5、A6六个竖直埋管热交换器,其中A3~A6与B区、C区的流量和换热功率保持 均衡,A1、A2与总集水器直接连接,为实验平台后期试验预留相关功能及辅助热交换作用;B 区包括81、82、83、84四个竖直埋管热交换器;(:区包括(:1八2^3八4四个横埋管热交换器; 地埋管换热系统采用对称设计,左右两边管路同程布置,同时在每组管道分水器上安 装流量计和控制阀,对每个热交换器的的流量进行有效控制;采用4 50mm的高密度聚乙締 皿PE管作为主管,横截面积1314mm2,水平全程铺设,使管内流动水阻降至最低;使用分水器 分流至4根d) 25mm的皿PE管,总横截面积:4 X 328.4 = 1314mm2,在每根d) 25mm的皿PE分管 处,安装控制阀口,设置管道井。
2. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:竖 直埋管热交换器均采用单U型HDPE管,内径(l)=25mm;在A区矩形布置6口竖井,B区线形布置 4 口竖井,钻井深度为32m,间距为5m,钻井直径130mm。
3. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:横 埋管热交换器在主管的两侧,呈"串"字形布置;在C区共布置了4组换热器,每组间距为 4.Om;每组为单层水平双管,管间距为1.0m,埋深为2.5m;组间采用并联同程式;管材为高密 度聚乙締皿PE管,内径d) = 25mm,管子周围为半无限大±壤层。
4. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:所 述热累机组采用江苏滿艺商用空调有限公司生产的水-水式水源热累机组,型号为 HYSS090RA-JF。
5. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:所 述末端空调系统主要包括空调机组、风机盘管,选用风机盘管机组式水溫空调系统,型号为 SK-I4。
6. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:所 述辅助系统包括各种阀口、循环水累、控制柜和集水器、分水器。
7. 根据权利要求1所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统,其特征在于:所 述地源热累运行状况监控系统包括传感器和数据采集两个部分,传感器部分:管内循环水 流量采用DN250型智能电磁流量计进行测量,一共布置了 8个流量计,分别安装在W下管路: ①系统总入水口,②A区入水口,③B区入水口,④C区入水口,⑤Al管入水口,⑥A5管入水口, ⑦Bl管入水口,⑧C3管入水口;管内循环水压力采用YBP-802防水型压力液位传感器进行测 定,一共布置了 8个压力传感器,与流量计配套形成水压力、流量测定系统,安装位置同流量 计;进、出口水溫采用防水型DS18b20溫度传感器进行测定,一共布置了8组溫度传感器,分 另IJ安装在W下管路:①系统总入水口和总回水口;②A区入水口和回水口;③B区入水口和回 水口;④C区入水口和回水口;⑤Al管入水口和回水口;⑥A5管入水口和回水口;⑦Bl管入水 口和回水口;⑧C3管入水口和回水口;数据采集部分由计算机、可编程控制器和RS485远程 通讯系统组成,包括A区溫度模块、B区溫度模块、C区溫度模块和流量与压力模块; 所述±体溫度采集系统采用PTlOO销电阻溫度计和JMZR-2000T多点无线溫度自动测试 系统,该系统由控制单元、采集单元和系统软件组成,可实现64通道多点溫度全自动采集; 所述±体湿度采集系统采用美国SEC公司生产的MiniTrase水分测定系统,其主体设备 由TDR探针、脉冲发射器、多路扩展板机箱和显示控制器组成;该系统利用时域反射仪快速 测量±壤及其它潮湿介质的体积含水量,可实现自动采集和存储; 所述气象数据采集系统采用PC-4型便携式阳光气象站,可采集溫度、湿度、风向、风速、 太阳福射、降雨量、蒸发量多项气象信息,内置大容量数据存储器可连续存储60天气象数 据;通过RS232/RS485/USB的标准通讯接口与笔记本电脑在现场读取数据; 所述地下水监测系统通过在±壤中埋设PVC水位管,利用水位计进行定期监测。
8. -种地源热累运行中±体热湿迁移效应试验方法,其特征在于,包括W下步骤: (1) 建立根据权利要求1-7之一所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验系统; (2) 启动地源热累试验系统,并按制定的实验工况运行; (3) 启动运行监控与数据采集系统,按实验要求设置参数,对地源热累运行状况和±体 溫度、湿度、气象因素、地下水进行实时监控和采集; (4) 试验数据处理,对地源热累运行中±体的热湿迁移效应进行分析。
9. 根据权利要求8所述的地源热累运行中±体热湿迁移效应试验方法,其特征在于,步 骤(4)中所述试验数据采用公式法进行处理,具体方法如下: ① 热累机组性能系数 COP是衡量热累机组性能的关键参数之一,可由公式1计算; COP=(化 ±Wc)/Wc (1) 式中:化为热累制热模式下热累机组的吸热量,kW;Wc为压缩机的输入功率,kW; ② 热累机组的吸热量化制热模式 制热模式下热累化组的吸热量Qr,可由公式2计算;
Figure CN104374427BC00031
(2) 式中:,^*为循环水的质量流量,1^/3而为水的比热容,1^/化邑.1〇;1'1。、1'。。*分别为1]型管 换热器中循环水的进、出口溫度,K; ③ 压缩机的输入功率Wc 压缩机的输入功率Wc,可由公式3计貸;
Figure CN104374427BC00032
0) 式中:Ic为输入压缩机的电流,A;Uc为压缩机的输入电压,V; WS(6)为功率因数. 其中
Figure CN104374427BC00033
(4) IC1、IC2、IC3分别为压缩机的线电流,可由便携式万用表测得; ④ 地埋管换热器平均换热量化 地埋管换热器平均换热量化,可由公式5计算;
Figure CN104374427BC00034
(5) 式中:V为U型埋管内循环水的体积流量,m3/s;P为水的密度,4邑/1113麻、1'1。、1'。。*意义同 上; ⑤单位管长换热量QL 单位管长换热量化,可由公式6计算;
Figure CN104374427BC00041
(抗 式中:L日为U型管埋管深度,m;n为U型管支管数。
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