CN203299154U - 变频热泵式岩土热物性测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于测试设备，特别是指一种变频热泵式岩土热物性测试仪。包括热泵机组，热泵机组的出口管路经地埋管与热泵机组的入口管路连通，在热泵机组的出口管路及入口管路上设有温度传感器、流量传感器以及补水斗，所述的温度传感器、流量传感器与中央控制系统电连接；所述的热泵机组通过变频器与中央控制系统电连接，热泵机组与风机盘管系统电连接。本实用新型解决了现有技术存在的测试方法及过程繁琐，设备结构松散等问题，具有结构设计紧凑、测试过程简单且投入少、测试结构准确等优点。

Description

变频热泵式岩土热物性测试仪

技术领域

本实用新型属于测试设备，特别是指一种变频热泵式岩土热物性测试仪。

背景技术

土壤源热泵是一种以地表浅层地热资源为热源或冷源，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。土壤源热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。土壤具有良好的蓄热性能，土壤温度全年波动较小且数值相对稳定。土壤源热泵系统正是利用了土壤的这一特性，使其运行效率比传统的空调运行效率要高40%-60%，节能效果明显。近年来土壤源热泵在我国广泛应用。

土壤源热泵通过地埋管实现中间介质与土壤之间的热量交换。因此，地埋管的换热性能对土壤源热泵的性能起着重要影响。而地埋管的换热性能与各个土壤源热泵工程项目所在地的地下岩土热物性有关，所以在施工现场对地埋管的换热性能进行测试是保证土壤源热泵合理设计及正常运行的关键。

土壤源热泵系统中埋地管换热器的性能对整体性能有决定性的影响，而土壤热物性是埋地管换热器性能设计中的关键参数，因此如何建立一种既准确又适合于工程实际应用的快速测量地下岩土热物性参数以及换热器有效换热系数的方法，成为目前地源热泵推广和应用中的关键技术和核心问题。在现有的土壤源热泵地埋管换热量及土壤热物性测试技术中，基本上都是采用《地源热泵工程技术规范》修订版的相关条文、规范推荐的可调电功率电加热恒温水槽设备，进行地埋管换热器热响应试验，测试计算地下岩土导热系数及比热容等参数，只能测试地下岩土的排热量。但是在土壤源热泵项目实际工程设计中，普遍采用地下岩土每延米换热量的参数来进行系统设计。而且该方法测试方法繁琐、耗用时间过长。

申请号为201020694226.3的中国专利文献公开了一种基于地源热泵的土壤热物性能测试仪和测试车，该方案的整个检测和测试的过程比较繁琐，且方案涉及的设备数量较多，结构不紧凑。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑简单，能准确地检测和提供各项土壤热物性参数，检测和测试过程简单的变频热泵式岩土热物性测试仪。

本实用新型的整体技术构思是：

变频热泵式岩土热物性测试仪，包括热泵机组，热泵机组的出口管路经地埋管与热泵机组的入口管路连通，在热泵机组的出口管路及入口管路上设有温度传感器、流量传感器以及补水斗，所述的温度传感器、流量传感器与中央控制系统电连接；所述的热泵机组通过变频器与中央控制系统电连接，热泵机组与风机盘管系统电连接。

本实用新型的具体技术内容还有：

为便于对热泵机组入口管路及出口管路中的温度进行实时的监测和控制，以保证测试结果的准确性。优选的结构设计是，温度传感器包括设置于热泵机组出口管路上的第二温度传感器，以及设置于热泵机组入口管路上的第一温度传感器。

为保证热泵机组通过水泵向管路中输水和排水并进行控制，优选的结构设计是，热泵机组出口管路及入口管路上设有阀门。更为优选且显而易见的结构设计是，热泵机组出口管路或入口管路上设有循环水泵。

为便于实现对热泵机组入口管路和出口管路进行独立的控制，优选的阀门结构设计是，阀门包括设于热泵机组出口管路上的第二阀门，以及设于热泵机组入口管路上的第一阀门。

为保证数据传输的可靠性，优选的结构设计是，所述的温度传感器、流量传感器、变频器通过通讯转换设备接中央处理系统。

通讯转换设备是将下位机（温度传感器、流量传感器、变频器）输入的RS485通讯协议转变成中央处理系统能够接收的RS232通讯协议，因其转换方式和实现该方式需要的设备属于现有技术，设备可以方便地通过商业途径购置，因此申请人在此对其工作原理和详细结构不再赘述。

为便于实现管路中的气体排空，优选的结构设计是，所述的热泵机组出口管路中设有排气阀。

为便于热泵机组的出口管路及入口管路与地埋管之间的连接，优选的结构设计是，热泵机组出口管路或入口管路通过连接件与地埋管两端连接。

本实用新型的工作原理如下：

1、测试前准备工作：

将地埋管内灌满清水，将热泵机组出口管路和热泵机组入口管路分别与地埋管两端相连，形成测试装置的循环管路系统，通过补水斗向循环管路中加水，开启循环水泵使循环管路中充满水，管路中的气体通过排气阀排出，当不再有气体排出，并且循环水流量稳定时，说明水已加满循环管路系统。

2、初始土壤温度测量

测试前期准备工作完成后，当循环水流量稳定时，并且第一温度传感器和第二温度传感器所示温度温差小于0.1℃时，第一温度传感器和第二温度传感器所示温度平均值为初始土壤温度。

3、测试工作

在模拟夏季工况地埋管向土壤排热时，开启循环水泵，开启热泵机组制冷模式，通过中央处理系统控制变频器可以设定热泵机组出口水温，当测试工况达到稳定后，水在循环管路和地埋管之间循环12小时，每隔30分钟数中央处理系统记录一次水流量、进、出口水温，最终通过计算得到水通过地埋管释放给土壤的热量和土壤的传热系数。

在模拟冬季工况地埋管向土壤取热时，开启循环水泵，开启热泵机组制热模式，通过中央处理系统控制变频器可以设定热泵机组出口水温，当测试工况达到稳定后，水在循环管路和地埋管之间循环12小时，每隔30分钟中央处理系统记录一次水流量、进、出口水温，最终通过计算得到水通过地埋管从土壤吸收的热量和土壤的传热系数。

3、地埋管换热量及土壤热物性的确定

根据测试记录的实验数据，利用中央处理系统内编制好的程序，计算得到地埋管换热量及土壤的传热系数。

地埋管换热量Q=ρ×V×Cp×ΔT

式中Q-地埋管换热量，kW

ρ-水的密度，kg/m3

V-水的体积流量，m3/s

Cp-水的定压比热，kJ/（kg×℃）

ΔT-测试装置的进、出口水温温差，℃

每延米地埋管的平均换热量q=Q/L

式中q-每米长度地埋管的换热量kW/m

L-地埋管埋深，m

本实用新型所取得的技术进步在于：

1、本实用新型设有独立的变频器，该变频器可以根据温度、流量信号控制热泵机组运行，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，可以真实模拟冬季、夏季地源热泵空调系统向土壤散热和吸热两种模式下的埋管换热器的换热能力，可以测试地下岩土的排热量和吸热量。

2、热泵机组连接有风机盘管系统，可以真实模拟地源热泵空调系统运行时的用户侧，测试时只需要打一个地埋井，连接一个地埋管，形成闭合回路，降低了测试前打井的费用，减少了系统测试设备及测试前期准备工作。

3、热泵机组出口管路及入口管路与地埋管的连接方式为软连接，可以有效实现管路快速连接装配。

4、排气阀的结构设计，可以快速排出循环管路系统中的空气气泡，使循环管路中充满水，消除循环管路中气泡对测试的影响，避免影响测试结果。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

附图中的附图标记如下：

1、风机盘管系统；2、热泵机组；3、循环水泵；4、第一温度传感器;5、第一阀门；6、排气阀；7、地埋管；8、第二阀门；9、补水斗；10、中央控制系统；11、通讯转换器；12、第二温度传感器；13、流量传感器；14、变频器。

具体实施方式

附图给出了本实用新型的实施例，以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述，但不作为对本实用新型的限定，本实用新型的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书作出的等效技术手段替换，均不脱离本实用新型的保护范围。

变频热泵式岩土热物性测试仪，包括热泵机组2，热泵机组2的出口管路经地埋管7与热泵机组2的入口管路连通，在热泵机组2的出口管路及入口管路上设有温度传感器、流量传感器13以及补水斗9，所述的温度传感器、流量传感器13与中央控制系统10电连接；所述的热泵机组2通过变频器14与中央控制系统10电连接，热泵机组2与风机盘管系统1电连接。

温度传感器包括设置于热泵机组2出口管路上的第二温度传感器12，以及设置于热泵机组2入口管路上的第一温度传感器4。

热泵机组2出口管路及入口管路上设有阀门。阀门包括设于热泵机组2出口管路上的第二阀门8，以及设于热泵机组2入口管路上的第一阀门5。

热泵机组2出口管路或入口管路上设有循环水泵3。

温度传感器、流量传感器13、变频器14通过通讯转换设备11接中央处理系统10。

通讯转换设备是将下位机（温度传感器、流量传感器、变频器）输入的RS485通讯协议转变成中央处理系统能够接受的RS232通讯协议，因其转换方式和实现该方式需要的设备属于现有技术，设备可以方便地通过商业途径获得，因此申请人在此对其工作原理和详细结构不再赘述。

所述的热泵机组2出口管路中设有排气阀6。

热泵机组2出口管路或入口管路通过连接件与地埋管7两端连接。

Claims (8)

1.变频热泵式岩土热物性测试仪，包括热泵机组（2），热泵机组（2）的出口管路经地埋管（7）与热泵机组（2）的入口管路连通，在热泵机组（2）的出口管路及入口管路上设有温度传感器、流量传感器（13）以及补水斗（9），所述的温度传感器、流量传感器（13）与中央控制系统（10）电连接；其特征在于所述的热泵机组（2）通过变频器（14）与中央控制系统（10）电连接，热泵机组（2）与风机盘管系统（1）电连接。

2.根据权利要求1所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的温度传感器包括设置于热泵机组（2）出口管路上的第二温度传感器（12），以及设置于热泵机组（2）入口管路上的第一温度传感器（4）。

3.根据权利要求1所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于热泵机组（2）出口管路及入口管路上设有阀门。

4.根据权利要求3所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的阀门包括设于热泵机组（2）出口管路上的第二阀门（8），以及设于热泵机组（2）入口管路上的第一阀门（5）。

5.根据权利要求1所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的热泵机组（2）出口管路或入口管路上设有循环水泵（3）。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的温度传感器、流量传感器（13）、变频器（14）通过通讯转换模块（11）接中央处理系统（10）。

7.根据权利要求1所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的热泵机组（2）出口管路中设有排气阀（6）。

8.根据权利要求1所述的变频热泵式岩土热物性测试仪，其特征在于所述的热泵机组（2）出口管路或入口管路通过连接件与地埋管（7）两端连接。

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