CN203203945U - 一种浅层地热能测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及浅层地热能测量设备，特别是一种浅层地热能测试仪，包括供水管、回水管、水泵、加热器和用于向供水管或回水管内加水的水箱；回水管的一端与水泵的进水口相连通，回水管的另一端用于与外部地埋管的一端相连通；回水管上设有用于测量其内部水温的回水温度传感器；供水管的一端与水泵的出水口相连通，供水管的另一端用于与外部地埋管的另一端相连通；供水管上设有用于测量其内部水温的供水温度传感器，供水温度传感器与水泵的出水口之间的供水管上设有加热器；回水管上设有回水阀；供水管上设有供水阀。本实用新型结构设计合理，易于携带，可以方便快捷的进行多种浅层地热能测试试验，试验结果准确，提高了浅层地热能开发的经济性与合理性。

Description

一种浅层地热能测试仪

技术领域

本实用新型涉及浅层地热能检测设备技术领域，特别涉及一种浅层地热能测试仪。

背景技术

浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度(一般小于200m)范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的一般低于25℃的热能，地源热泵是浅层地热能资源应用的主要途径。对于地源热泵系统，地埋管换热器设计是其重点，设计偏小导致系统运行效率降低，费用增加，甚至无法正常启动，也就无法实现节能的目的；而设计偏大则造成系统初投资增加，影响系统经济性。岩土热物性测试工作就是为了获得岩土热物性参数、岩土冬、夏季工况的换热能力，从而为更加准确的设计地埋管换热器数量提供科学的依据。

传统的获得岩土热物性参数的方法是通过当地钻孔取出的岩土样本确定钻孔周围的地质构成，并作传热试验确定其热物性参数，或对采样岩土成分分析后，查阅相关资料确定其热物性参数。然而，地下地质构成复杂，即使同一种岩土成分，其热物性参数取值范围也比较大。况且不同地层地质条件下的导热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也相差数倍，从而使得地源热泵系统的造价会产生相当大的偏差。另外，这种方法无法对地埋管换热系统的回填料的热物性以及回填料与地埋管及岩土之间的传热热阻进行分析，更无法准确确定不同运行工况即温度下的地埋管换热系统的换热情况。因此，只有现场测试数据才能准确反映当地地质条件、施工工艺水平下的地埋管换热量。

由于测试工作经常会遇到与其他建筑工作交叉作业的情况，目前已存在的大多数浅层地热能测试设备，或是体积较大，无法适应现场场地条件，或是重量较重，不易移动，使现场测试受到了诸多条件的限制；小型的测试设备又存在加热功率过小、精度低、功能少等缺点，常常不能满足实际需要。

为了解决以上问题，本实用新型做了有益改进。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是克服了现有技术中的使用不便、测试结果误差大的技术问题，提供一种使用方便快捷、试验结果真实反映浅层地热能情况的测试仪。

(二)技术方案

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种浅层地热能测试仪，包括供水管、回水管、水泵、加热器和用于向所述供水管或所述回水管内加水的水箱；

所述回水管的一端与所述水泵的进水口相连通，所述回水管的另一端用于与外部地埋管的一端相连通；

所述回水管上设有用于测量其内部水温的回水温度传感器；

所述供水管的一端与所述水泵的出水口相连通，所述供水管的另一端用于与外部地埋管的另一端相连通；

所述供水管上设有用于测量其内部水温的供水温度传感器，所述供水温度传感器与所述水泵的出水口之间的所述供水管上设有所述加热器；

所述回水管上设有回水阀；

所述供水管上设有供水阀。

进一步，所述水箱与所述回水管相连通。

进一步，还包括流量计，所述流量计设于所述回水管上。

进一步，还包括一根泄水管，所述泄水管与所述供水管相连通，所述泄水管上设有泄水阀。

进一步，所述回水管上还设有过滤器。

进一步，还包括扩展温度传感器，所述扩展温度传感器用于测量试验时地下的温度。

进一步，还包括控制器，

所述控制器与所述水泵电连接，用于控制所述水泵启停；

所述控制器与所述加热器电连接，用于控制所述加热器的加热功率；

所述控制器与所述回水阀电连接，用于控制所述回水阀的开度；

所述控制器与所述供水阀电连接，用于控制所述供水阀的开度；

所述控制器与所述回水温度传感器电连接，用于记录回水管内的水温；

所述控制器与所述供水温度传感器电连接，用于记录供水管内的水温。

进一步，所述回水阀设于所述回水管靠近外部地埋管的一端与所述回水温度传感器之间的所述回水管上；

所述供水阀设于所述供水管靠近外部地埋管的一端与所述供水温度传感器之间的所述供水管上。

进一步，还包括回水支管和供水支管；

所述回水阀和所述回水温度传感器之间的所述回水管与所述回水支管的一端相连通；所述回水支管的另一端用于与外部地埋管相连通；所述回水支管上设有回水支管阀；

所述供水阀和所述供水温度传感器之间的所述供水管与所述供水支管的一端相连通；所述供水支管的另一端用于与外部地埋管相连通；所述供水支管上设有供水支管阀。

(三)有益效果

与现有技术和产品相比，本实用新型有如下优点：

1、由于使用时只需将连接供水管和回水管分别于地埋管的接口相连，就可以进行各项试验，因此其使用方便，可以快速进行试验；由于采用水循环方式可直接测量得到循环水的温度，与利用相关参数计算推得的温度数据相比更能直接准确的反映该处浅层地热能的情况，因此其试验结果准确。因此，利用本实用新型可以方便快捷、准确的进行多种浅层地热能测试试验，例如岩土平均初始温度试验、向岩土排热测试稳定热流试验、向岩土排热测试稳定工况试验、温度恢复试验和换热干扰试验，大大提高了浅层地热能开发利用的经济性、合理性。

2、本实用新型结构和各部件连接设计合理，易于集成。

附图说明

图1是本实用新型的第一种实施方式的结构原理图；

图2是本实用新型的第二种实施方式的结构原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、水泵，2、加热器，3、水箱，4、回水管，5、供水管，6、泄水管，7、过滤器，8、流量计，9、泄水阀，10、回水温度传感器，11、供水温度传感器，12、回水阀，13、供水阀，14、回水支管，15、供水支管，16、回水支管阀，17、供水支管阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1：

如图1所示，本实用新型包括供水管5、回水管4、水泵1、水箱3和加热器2，加热器2用于输出热量加热所在管路内的水；

回水管4的一端与水泵1的进水口相连通，4回水管的另一端用于与外部地埋管的一端相连通；也就是说，图1中回水管4的右端与水泵1的进水口相连通；回水管4的左端为自由端，待到测量时再将该自由端外接到待测地热处的地埋管的一端；

回水管4上设有用于测量其内部水温的回水温度传感器10；

供水管5的一端与水泵1的出水口相连通，供水管5的另一端用于与外部地埋管的另一端相连通；也就是说，图1中供水管5的右端与水泵1的出水口相连通，所谓水泵1的出水口也可称作是水泵的输水端，供水管5的左端为自由端，待到测量时再将该自由端外接到待测地热处的地埋管的另一端；

供水管5上设有用于测量其内部水温的供水温度传感器11，供水温度传感器11与水泵1的出水口之间的供水管5上设有加热器2；也就是说，供水温度传感器11测量的是供水管5内经过加热器2后的水温；

水箱3的作用是试验时，从水箱将水注入本实用新型及与之相连的地埋管中，即为系统补水；水箱3可与回水管4或供水管5连通，一般优选水箱3与回水管4相连通；可以通过在图1中过滤器7上面水箱3与回水管4的交点处设置一个三通，水箱3的出水口与三通的一个接口相连通来实现；

回水管4上设有回水阀12；回水阀12的位置优选设置在靠近回水管4的自由端即图1中的左端设置，这样在试验后断开地埋管与回水管的连接时，从回水管4中流出的水很少，可以节省用水；

供水管5上设有供水阀13；基于类似理由，供水阀13的位置同样优选设置在靠近供水管4的自由端即图1中的左端设置。

回水管4上还设有流量计8；用于记录和显示流量数据。

供水管5上还连接有泄水管6，泄水管6上设有泄水阀9，用来将系统内的水排出。为了尽可能的将水排光，泄水管6的出口一般设置在本实用新型的最低处；

回水管4上还设有过滤器7，用来过滤水中的杂质。

上述结构可采用控制器来实现自动控制，控制器可采用PLC，例如可以这样实现：

控制器的输出模块与水泵1电连接，用于控制水泵1启停；

控制器的输出模块与加热器2电连接，用于控制加热器2的加热功率；

控制器的输出模块与回水阀12电连接，用于控制回水阀12的开度；控制器的输出模块与供水阀13电连接，用于控制供水阀13的开度；这样就可以利用PLC发出控制指令，对回水阀12和供水阀13发出开闭控制指令；

控制器的输入模块与回水温度传感器10电连接，用于记录回水管4内的水温；控制器的输入模块与供水温度传感器11电连接，用于记录供水管5内的水温；控制器的输入模块与流量计8电连接，用于记录回水管4内水的流量；这样就可以将测量的温度和流量等传回给控制器，将结果储存并显示出来或传送给控制器的CPU模块作进一步的计算。

将上述所述的各部件，包括各管、阀、泵、加热器、水箱、控制器等集成在一起装在控制柜中，并在控制柜的顶部设置通风机，便于小型化和形成整体使用。

下面介绍一下，利用本实用新型的浅层地热能测试仪，可以很方便的进行以下测试试验：

试验1，岩土初始平均温度测定：

可以采取循环法测量：将回水管4、供水管5的自由端分别与地埋管的两个接口对接连通；然后在水箱3中加入水，当然也可以是其它循环换热介质。启动水泵1，水经过水泵1进入加热器2，此时加热器2不输出热量，流经加热器2的水再经过供水温度传感器11后从供水管5进入地埋管的一端，地埋管中的水经与浅层岩土体换热后，从地埋管的另一端返回回水管4，经过回水温度传感器10，再经过流量计8和过滤器7，回到水泵1继续循环。回水温度传感器10和供水温度传感器11和流量传感器8测量的温度和流量数据被送至控制器显示和记录。经过一段时间循环，可以通过回水温度传感器获取岩土初始平均温度的状况。

还可采用直接法测量：在待测地热附近的地面上打出测量孔，将扩展温度传感器探头埋入测量孔内，扩展温度传感器与控制器电连接，将岩土的温度传送给控制器显示并记录。

试验2，稳定热流功率向岩土排热测试：

将回水管4、供水管5的自由端分别与地埋管的两个接口对接连通；然后在水箱3中加入水。启动水泵1，水经过水泵1进入加热器2，此时加热器2输出用户设定的恒定功率的热量来加热水，这里可以利用PLC的PID即比例-积分-微分控制来实现加热功率的控制，流经加热器2的水再经过供水温度传感器11后进入地埋管的一端，地埋管中的水经与浅层岩土体换热后，从地埋管的另一端返回回水管4，经过回水温度传感器10，再经过流量计8和过滤器7，回到水泵1继续循环。回水温度传感器10和供水温度传感器11和流量传感器8测量的温度和流量数据被送至控制器显示和记录。通过回水温度传感器10和供水温度传感器11的水温变化，可以得到在一定流量下，岩土在稳定热流下的反应情况。

试验3，稳定运行工况向岩土排热测试：

与试验2的水循环类似，只不过用户事先给出供水温度的设定值，此时加热器2输出的加热功率根据设备供水温度传感器11采集的温度信号进行调整，可以人工手动根据供水温度传感器11的显示来调节加热器的输出功率；如果带有控制器，当然优选采用利用控制器来控制，例如利用PLC的PID模块即比例-积分-微分控制来实现对加热器加热功率的控制，使得加热功率的控制具有较小的稳态误差和较快的响应速度；最终使得设备供水温度稳定于用户设定值附近。

被加热器2加热的水通过供水管5后进入地埋管，地埋管中的水经与浅层岩土体换热后，从地埋管的另一端返回回水管4，经过回水温度传感器10，再经过流量计8和过滤器7，回到水泵1继续循环。回水温度传感器10和供水温度传感器11和流量传感器8测量的温度和流量数据被送至控制器显示和记录。通过回水温度传感器10和供水温度传感器11的水温变化，可以得到在一定流量下，岩土在稳定运行工况下的反应情况。

试验4，温度恢复测试：

试验4一般在试验2或试验3之后进行。与试验1类似，启动水泵1，水经过水泵1进入加热器2，此时加热器2不输出热量，流经加热器2的水再经过供水温度传感器11后从供水管5进入地埋管的一端，地埋管中的水经与浅层岩土体换热后，从地埋管的另一端返回回水管4，经过回水温度传感器10，再经过流量计8和过滤器7，回到水泵1继续循环。回水温度传感器10和供水温度传感器11和流量传感器8测量的温度和流量数据被送至控制器显示和记录。经过一段时间循环，可以获得从加热状态恢复到初始温度的数据。

试验5，换热干扰测试：

在待测地热附近的地面上打出测量孔，将扩展温度传感器探头埋入测量孔内，扩展温度传感器与控制器电连接，将土壤的温度传送给控制器显示并记录。可以获取上述试验进行时岩土的温度变化情况。

实施例2：

在实施例1的基础上，还包括回水支管14和供水支管15；

回水阀12和回水温度传感器10之间的回水管4与回水支管14的一端相连通；回水支管14的另一端用于与外部地埋管相连通；回水支管14上设有回水支管阀16；

供水阀13和供水温度传感器11之间的供水管5与供水支管15的一端相连通；供水支管15的另一端用于与外部地埋管相连通；供水支管15上设有供水支管阀17。

实施例2的优点是，还可以测量具有四个地埋管接口的双U型地埋管。此时回水管4、回水支管14、供水管5、供水支管15分别对应与双U型地埋管的四个接口一一对接，测定双U型地埋管时，回水阀12、回水支管阀16、供水阀13、供水支管阀17均开启，泄水阀9关闭。当然，如用实施例2也可以测量有两个地埋管接口的单U型地埋管，只不过仍使用回水管4和供水管5两路，并把回水支管阀16和供水支管阀17均置于截止状态。

根据实施例2，本领域技术人员还可推知，类似的供水支管和回水支管还可以是多条，以适应更多地埋管的情况，用不到其余的供水支管和回水支管时，只需关闭其上相应的阀门即可。

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

Claims (9)

1.一种浅层地热能测试仪，其特征在于：包括供水管、回水管、水泵、加热器和用于向所述供水管或所述回水管内加水的水箱；

所述回水管的一端与所述水泵的进水口相连通，所述回水管的另一端用于与外部地埋管的一端相连通；

所述回水管上设有用于测量其内部水温的回水温度传感器；

所述供水管的一端与所述水泵的出水口相连通，所述供水管的另一端用于与外部地埋管的另一端相连通；

所述供水管上设有用于测量其内部水温的供水温度传感器，所述供水温度传感器与所述水泵的出水口之间的所述供水管上设有所述加热器；

所述回水管上设有回水阀；

所述供水管上设有供水阀。

2.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：所述水箱与所述回水管相连通。

3.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：还包括流量计，所述流量计设于所述回水管上。

4.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：还包括一根泄水管，所述泄水管与所述供水管相连通，所述泄水管上设有泄水阀。

5.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：所述回水管上还设有过滤器。

6.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：还包括扩展温度传感器，所述扩展温度传感器用于测量试验时地下的温度。

7.根据权利要求1所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：还包括控制器，

所述控制器与所述水泵电连接，用于控制所述水泵启停；

所述控制器与所述加热器电连接，用于控制所述加热器的加热功率；

所述控制器与所述回水阀电连接，用于控制所述回水阀的开度；

所述控制器与所述供水阀电连接，用于控制所述供水阀的开度；

所述控制器与所述回水温度传感器电连接，用于记录回水管内的水温；

所述控制器与所述供水温度传感器电连接，用于记录供水管内的水温。

8.根据权利要求1至7任一所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：

所述回水阀设于所述回水管靠近外部地埋管的一端与所述回水温度传感器之间的所述回水管上；

所述供水阀设于所述供水管靠近外部地埋管的一端与所述供水温度传感器之间的所述供水管上。

9.根据权利要求8所述的浅层地热能测试仪，其特征在于：

还包括回水支管和供水支管；

所述回水阀和所述回水温度传感器之间的所述回水管与所述回水支管的一端相连通；所述回水支管的另一端用于与外部地埋管相连通；所述回水支管上设有回水支管阀；

所述供水阀和所述供水温度传感器之间的所述供水管与所述供水支管的一端相连通；所述供水支管的另一端用于与外部地埋管相连通；所述供水支管上设有供水支管阀。

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