CN205067402U - 一种线热源土壤导热系数测量装置 - Google Patents

一种线热源土壤导热系数测量装置 Download PDF

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张亚宁
付忠斌
范新萌
李炳熙
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Abstract

一种线热源土壤导热系数测量装置，涉及土壤导热系数的测量技术。为了解决利用热探针只能获得表层土壤的导热系数，不能同时获得深层土壤层的导热系数的问题。恒功率电热带上均匀固定有N个温度传感器，恒功率电热带和温度传感器外套有金属管，金属管与恒功率电热带和温度传感器之间的空隙填满金刚砂，恒功率电热带的电源连接数据采集器的功率输出端，N个温度传感器的输出端均连接数据采集器的传感器输入端。本实用新型可测量土壤由表层至深层的导热系数，能准确得到土壤中湿度和土层的变化。适用于测量土壤导热系数。

Description

一种线热源土壤导热系数测量装置
技术领域
本实用新型涉及土壤导热系数的测量技术。
背景技术
近年来，随着我国经济建设的飞速发展，人民生活水平极大提高，能源消耗也急剧增加。建筑能耗在总能耗中占有约25％的比例，而供热采暖能耗约占建筑总能耗的一半。我国建筑节能2010年规划指出：建筑节能的重点是降低采暖和空调能耗。另一方面，人们对生活质量要求也越来越高，环保意识逐渐增强。传统的空调及夏季制冷、冬季采暖所造成的大气污染却越来越严重。因此，寻求新的低能耗、无污染的供暖制冷空调技术就成为现在的主要研究方向。在新能源中，地热能、风能、太阳能和潮汐能等，都是清洁、可再生的新能源。其中在地热能利用的研究领域中，地源热泵技术(Ground-SourceHeatPump，简称GSHP)具有广阔的前景和发展潜力。
地源热泵是一种高效节能、清洁无污染的能源利用技术。研究表明，地源热泵技术可以大大降低建筑能源费用的投入。但是它与传统的空气源热泵空调技术相比，地源热泵所占的市场份额还比较小，其中很大一部分的原因就是地源热泵换热器设计偏差较大，投资成本过高，不容易被用户所接受。
土壤热物性参数是地源热泵地下换热器设计的关键因素。在一定的负荷条件下，井孔的数量和深度很大程度上取决于土壤热物性参数。因而，它的不准确将影响地源热泵系统的初始投资成本。目前，准确测定土壤导热系数仍然是比较困难的。
现有的利用探针法测量土壤导热系数，是将探针插入待测物的内部，以恒定热功率加热土壤，测量记录探针的温度变化。探针的温升速率取决于待测物导热系数的大小。根据测定的不同时刻的探针温度和加热功率，用线热源法可以计算出待测物的导热系数。
通常热探针的长度只有0.1m-0.4m长，因此只能对其周围的很小一部分区域进行加热。所以用探针法现场测量地下换热器周围土壤导热系数时，测量结果只是表层土壤的导热系数。然而一般的井孔深度达几十米，在整个井孔深度方向上分布着不同的土壤层，每层的导热系数都是不同的，显然探针的测量结果不能代表井孔周围土壤的有效导热系数。
实用新型内容
本实用新型是为了解决利用热探针只能获得表层土壤的导热系数，不能同时获得深层土壤层的导热系数的问题，从而提供一种线热源土壤导热系数测量装置。
一种线热源土壤导热系数测量装置，它包括恒功率电热带、N个温度传感器、金属管和金刚砂；
恒功率电热带上均匀固定有N个温度传感器，恒功率电热带和温度传感器外套有金属管，金属管与恒功率电热带和温度传感器之间的空隙填满金刚砂，恒功率电热带的电源连接数据采集器的功率输出端，N个温度传感器的输出端均连接数据采集器的传感器输入端，N为大于1的整数。
线热源方法是在实验室和现场测定湿土导热系数的有效方法。它的基本原理是利用非稳态导热理论,对无限大均匀介质中的线热源的温度随时间变化的测定,求得介质的导热系数。探针法可用于对土壤和保温材料的现场和实验测定。本实用新型是在探针法测量导热系数的基础上改进的一种测量装置，可测量土壤由表层至较深层的导热系数，且可以观测出土壤湿度的变化，与使用热探针相比，减小了土壤导热系数测量值偏差，排除由于深层土壤湿度及土壤性质不同造成的所测量的土壤导热系数与实际土壤导热系数偏差较大的问题，在工程应用上可以更准确的测得土壤在竖直方向上的导热系数分布，有较大的使用价值。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的一种线热源土壤导热系数测量装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种线热源土壤导热系数测量装置，它包括恒功率电热带1、N个温度传感器2、金属管3和金刚砂；
恒功率电热带1上均匀固定有N个温度传感器2，恒功率电热带1和温度传感器2外套有金属管3，金属管3与恒功率电热带1和温度传感器2之间的空隙填满金刚砂，恒功率电热带1的电源连接数据采集器的功率输出端，N个温度传感器2的输出端均连接数据采集器的传感器输入端，N为大于1的整数。
N个温度传感器2的输出端连接导线4，通过导线4连接数据采集器的传感器输入端。上述装置在使用时，需配合数据采集器采集数据，根据需要选择测量装置的长度及温度传感器2的个数，测量装置越长测得土壤的深度越深，温度传感器2的个数越多得到的土壤在竖直方向上的导热系数越多，与实际土壤导热系数偏差越小。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种线热源土壤导热系数测量装置作进一步说明，本实施方式中，金属管3为铜管。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种线热源土壤导热系数测量装置作进一步说明，本实施方式中，温度传感器2为pt100温度传感器。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种线热源土壤导热系数测量装置作进一步说明，本实施方式中，恒功率电热带1为3.6m长，从底部至2m长处套有铜管，铜管的内径为16mm，外径为18mm，从底部20cm处开始每隔20cm、恒功率电热带1上固定一个pt100温度传感器，共固定八个pt100温度传感器。
从底部开始，第一个pt100温度传感器所在的位置为一号测点，第二个pt100温度传感器所在的位置为二号测点，…，土壤表层为八号测点。表1为利用本实施方式所述的装置在恒功率电热带1为不同功率下得到的导热系数表，测得的一号测点至八号测点的导热系数明显有减小趋势，在四种不同功率下该减小趋势基本相同。这是由于重力和蒸发因素使土壤中水分含量由表层向下呈逐渐增加趋势，土壤含水量增加使土壤导热系数由表层向下逐渐升高。而利用热探针只能测得土壤表层即八号测点处土壤的导热系数，用表层土壤的导热系数表征土壤的导热系数显然与实际土壤导热系数偏差较大。
表1不同功率下得到的导热系数

Claims (3)

1.一种线热源土壤导热系数测量装置，其特征在于，包括恒功率电热带(1)、N个温度传感器(2)、金属管(3)和金刚砂；
恒功率电热带(1)上均匀固定有N个温度传感器(2)，恒功率电热带(1)和温度传感器(2)外套有金属管(3)，金属管(3)与恒功率电热带(1)和温度传感器(2)之间的空隙填满金刚砂，恒功率电热带(1)的电源连接数据采集器的功率输出端，N个温度传感器(2)的输出端均连接数据采集器的传感器输入端，N为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的一种线热源土壤导热系数测量装置，其特征在于，所述金属管(3)为铜管。
3.根据权利要求1所述的一种线热源土壤导热系数测量装置，其特征在于，所述温度传感器(2)为pt100温度传感器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105181742A (zh) * 2015-10-30 2015-12-23 哈尔滨工业大学 一种线热源土壤导热系数测量装置
CN107966471A (zh) * 2017-11-14 2018-04-27 东南大学 一种土体热导率和地热梯度的原位测试装置及测试方法

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