CN204086187U - 一种分层热物性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种分层热物性测试装置，包括：热响应测试仪，具有出水口和回水口，出水口通过第一连接件与地埋管的进水管连通，回水口通过第二连接件与地埋管的出水管连通，热响应测试仪通过对地埋管进行稳定热量的加热；分布式光纤测温系统，包括信号解调仪和多条光缆，各光缆之间独立设置且各光缆内设置有分布式光纤温度传感器，各光缆的第一端与信号解调仪相连，各光缆的第二端形成自由端，其中，光缆通过第一连接件或第二连接件穿设到进水管或出水管内并使光缆的自由端位于地埋管的底端。本实用新型可获得更详尽的测量参数。

Description

一种分层热物性测试装置

技术领域

本实用新型涉及地源热泵技术领域，特别是指一种分层热物性测试装置。

背景技术

地埋管地源热泵是目前浅层地温能开发利用的主要形式，而地埋管换热器的设计是地源热泵系统设计的重点。现有技术中，通常采用稳定热流热响应试验计算岩土综合热物性参数，这种试验是测试系统向地埋管换热器提供稳定热量，通过监测地埋管换热器的进、出水温度变化和流量数据，利用传热模型计算岩土平均导热系数等热物性参数。这种测试方法不能真实反映地下岩土分层及不同地层热物性参数的变化情况。

实用新型内容

本实用新型提出一种分层热物性测试装置，解决了现有原位测试技术中无法获得岩土不同深度处导热系数的情况。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种分层热物性测试装置，包括：热响应测试仪，具有出水口和回水口，出水口通过第一连接件与地埋管的进水管连通，回水口通过第二连接件与地埋管的出水管连通，热响应测试仪通过对地埋管进行稳定热量的加热；分布式光纤测温系统，包括信号解调仪和多条光缆，各光缆之间独立设置且各光缆内设置有分布式光纤温度传感器，各光缆的第一端与信号解调仪相连，各光缆的第二端形成自由端，其中，光缆通过第一连接件或第二连接件穿设到进水管或出水管内并使光缆的自由端位于地埋管的底端。

进一步地，每条光缆内设置有四条分布式光纤温度传感器。

进一步地，分布式光纤温度传感器的测温间距为0.25m。

进一步地，多条光缆为四条。

进一步地，本实用新型的分层热物性测试装置还包括通道扩展模块，通道扩展模块与信号解调仪相连，各光缆的第一端连接在通道扩展模块上。

进一步地，第一连接件和第二连接件均为三通管，三通管的三个接口与热响应测试仪、光缆和地埋管之间一一对应的相连，三通管和热响应测试仪之间，三通管和地埋管之间为固定密封相连，三通管和光缆之间为活动密封相连。

进一步地，三通管为Y型三通管，

进一步地，光缆的外径与地埋管的内径的比值范围在2/13到5/13之间。

进一步地，热响应测试仪为车载式热响应测试仪。

进一步地，车载式热响应测试仪包括车体以及设置在车体上并依次相连的热源，水箱、水泵以及连接在热源、水箱和水泵的连接管路上的数据仪表。

在本实用新型中，通过在地埋管的进水管和出水管内设置光缆，使得光缆可以测得不同深度位置的温度来获得不同地层岩土的换热特性，使得测试结果更加准确、全面，利于地源热泵的设计和安装。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种分层热物性测试装置的实施例的结构示意图；

图中：

11、进水管；12、出水管；20、光缆；30、信号解调仪；40、通道扩展模块；51、空气源热泵；52、电加热器；53、水箱；54、水泵；55、单向阀；56、水表；57、流量计；70、三通管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一种分层热物性测试装置的实施例的结构示意图，结合参见附图，从图中可以看出，本实施例的分层热物性测试装置包括热响应测试仪和分布式光纤测温系统。其中，热响应测试仪具有出水口和回水口，且出水口通过第一连接件与地埋管的进水管11连通，回水口通过第二连接件与地埋管的出水管12连通以使热响应测试仪可以通过水循环的方式对地埋管进行稳定热量的加热。分布式光纤测温系统包括信号解调仪30和多条光缆20，各条光缆20之间独立设置并且每条光缆20内均设置有分布式光纤温度传感器。各条光缆20的第一端与信号解调仪30相连，各光缆20的第二端形成自由端，且光缆20通过第一连接件或第二连接件穿设到进水管11或出水管12内以使光缆20的自由端位于地埋管的底端。

本实施例的分层热物性测试装置，将分布式光纤测温系统上的光缆20穿设到相应的地埋管内，并对在地埋管内的固定间隔进行温度测量，取得的数据传递到信号解调仪30内进行存储，本实施例的分层热物性测试装置可将待计算层内相应的数据取出并进行建模计算，已得到将待计算层的热物性质，相较现有技术中的将整体测量方式，本实施例的分层热物性测试装置可以对特定层进行计算，提供更精准的数据，更利于地源热泵的设计。

本实施例的中的分布式光纤测温系统优选地包括四条光缆20，采用四条光缆20可适用不同埋设方式的地埋管。地埋管在使用时具有单U型管和双U型管两种埋设方式，当地埋管采用单U型管的埋设方式时，可将两条光缆20分别设置在单U型管的进水管11和出水管12内，剩下两根光缆20留待备用。当地埋管采用双U型管的埋设方式时，即可将四条光缆20分别设置在两个U型管的进水管11和出水管12内，实现四光缆20和四管道的一一对应。

由于单根分布式光纤温度传感器的测量误差在0.5℃左右，对试验结果的影响较大，为降低这种单根分布式光纤温度传感器的误差，本实施例中的每根光缆20内均设置有4条分布式光纤温度传感器，并且每根布式光纤温度传感器的测温间距均为0.25m。设置在U型管内的光缆20的粗细也会对流水的流速造成一定的影响，这同样会对测试的结果造成影响，这种影响可以通过调节光缆20的外径和U型管内径的比值来进行调整，经试验，该比值的范围在2/13到5/13之间时，光缆20的粗细对流速的影响最低，对测试结果的影响最小。

本实施例的分层热物性测试装置采用四光缆20设置，并且每根光缆20内设置有四根分布式光纤温度传感器，共有十六根分布式光纤温度传感器需要与信号解调仪30进行连接，为方便信号解调仪30对数据进行处理，在各光缆20和信号解调仪30之间还设置有通道扩展模块，使各光缆20的第一端通过通道扩展模块40与信号解调仪30相连。

本实施例中的热响应测试仪优选为车载式热响应测试仪，包括车体以及设置在车体上并依次连接的热源、水箱53、水泵54以及连接在相应的连接管路上的数据仪表等。采用车载式热响应测试仪可以避免每次现场接线的繁琐操作，只需将车体上延伸出来的出水口与回水口和相应的进水管11和出水管12相连即可，大大简化了现场的操作步骤。

车载式热响应测试仪通过热源为地埋管提供稳定的热量，热源优选地包括空气源热泵51和电加热器52，并且空气源热泵51的进口形成车载式热响应测试仪的回水口，-在电加热器52的下游连接有水箱53，并且水箱53的出口处设置有水泵54，水泵54将水泵54到远离水箱53的一侧。本实施例的中的数据仪表包括设置在空气源热泵51上游的温度计和压力计、设置在空气源热泵51和电加热器52之间的压力计、设置在水箱53和水泵54之间的单向阀55以及设置在单向阀55下游的水表56、流量计57、温度计和压力计。

在与地埋管连接时，空气源热泵51的进口形成回水口与地埋管的出水口相连，水箱53的出口形成出水口与地埋管的进水管11相连，实现车载式热响应测试仪对地埋管的加热。前述提到过，热响应测试仪和分布式光纤测温系统通过第一连接件或第二连接件与地埋管相连，第一连接件和第二连接件可采用三通管70，并优选为Y型三通管。采用Y型三通管时，应将Y型三通管的竖直管与U型管相连，出水口或回水口与Y型三通管上方的一个斜管相连，Y型三通管上方的另一个斜管内穿设相应地光缆20。需要注意的是，在本实施例中，光缆20和三通管70之间为活动密封，采用活动密封可以调节通过三通管70的光缆20的长度，以使光缆20的自由端可到达不同深度的三通管70的底部。

本实施例的地埋管换热器在使用时需按如下步骤进行：

第一步，在待测试的地点进行钻孔，安装U型管，并根据实际项目和地质条件选择回填料进行回填。

第二步，在回填完成后，于U型管的管口处连接三通接头，并将光缆的自由端下放到U型管的内部。

第三步，将U型管内注满水后静置24小时，确保U型管中的水与周围岩土进行充分换热，使用光纤测量不同深度循环水的初始温度。

第四步，启动热源，进行稳定热流热响应试验，并采集U型管内部水温的变化情况。GB50366-2006中规定测试时间需要满足U型管进口和出口温度基本稳定，具体是指在不少于12小时的测试时间内，温度波动小于1℃。在加热功率选定的情况下，可在48小时内满足测试要求。

第五步，收集整理试验数据并进行分析，通过模型计算出各层岩土的导热系数和岩土体积热比。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种分层热物性测试装置，其特征在于，包括： 

热响应测试仪，具有出水口和回水口，所述出水口通过第一连接件与地埋管的进水管(11)连通，所述回水口通过第二连接件与所述地埋管的出水管(12)连通，所述热响应测试仪通过对所述地埋管进行稳定热量的加热； 

分布式光纤测温系统，包括信号解调仪(30)和多条光缆(20)，各所述光缆(20)之间独立设置且各所述光缆(20)内设置有分布式光纤温度传感器，各所述光缆(20)的第一端与所述信号解调仪(30)相连，各所述光缆(20)的第二端形成自由端， 

其中，光缆(20)通过所述第一连接件或第二连接件穿设到所述进水管(11)或所述出水管(12)内并使所述光缆(20)的自由端位于所述地埋管的底端。 

2.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，每条所述光缆(20)内设置有四条所述分布式光纤温度传感器。 

3.根据权利要求2所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述分布式光纤温度传感器的测温间距为0.25m。 

4.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述多条光缆(20)为四条。 

5.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，还包括通道扩展模块(40)，所述通道扩展模块(40)与所述信号解调仪(30)相连，各所述光缆(20)的第一端连接在所述通道扩展模块(40)上。 

6.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述第一连接件和所述第二连接件均为三通管(70)，所述三通管(70)的三个接口与所述热响应测试仪、所述光缆(20)和所述地埋管之间一一对应的相连，所述三通管(70)和所述热响应测试仪之间，所述三通管(70)和所述地埋管之间为固定密封相连，所述三通管(70)和所述光缆(20)之间为活动密封相连。 

7.根据权利要求6所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述三通管(70)为Y型三通管。 

8.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述光缆(20)的外径与所述地埋管的内径的比值范围在2/13到5/13之间。 

9.根据权利要求1所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述热响应测试仪为车载式热响应测试仪。 

10.根据权利要求9所述的一种分层热物性测试装置，其特征在于，所述车载式热响应测试仪包括车体以及设置在所述车体上并依次相连的热源，水箱(53)、水泵(54)以及连接在所述热源、水箱(53)和所述水泵(54)的连接管路上的数据仪表。