CN205403055U - 地源热泵土壤热平衡监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种地源热泵土壤热平衡监测装置，包括相互连接的地温监测系统和机房能效监测系统，所述地温监测系统主要包括垂直三芯多探头数字测温线、温度传感器、水平数据传输线、通讯转换器，所述温度传感器均匀分布安装在垂直三芯多探头数字测温线上，并通过水平数据传输线与通讯转换器相连接，所述通讯转换器将转换后的信号发送到机房能效监测系统。所述检测装置方便工程实际施工，利于维护更换，操作简单，可以定量的反映出土壤温度变化曲线。

Description

地源热泵土壤热平衡监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用地源热泵中央空调的暖通装置，尤其是涉及一种地源热泵土壤热平衡监测装置。

背景技术

地源热泵是一项具有节能和环保意义的制冷空调制热技术。地源热泵优点主要是：

利用大地的蓄能作用，环保效益显著；高效节能，运行费用低；运行安全稳定，可靠性高。

根据地源热泵换热源的不同分为：水源热泵和地埋管地源热泵。根据近10年的热泵运行状况分析，地源热泵包括地下水水源热泵都大大小小的出现了问题，这就是地源热泵的缺点，主要表现在地源热泵冬夏两季向大地(地下水)取热量和排热量不平衡。热平衡问题分析如下：

地源热泵通过热泵将大地中低位热能提高，对建筑供暖，同时使大地中的温度降低，即蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温，同时在大地中蓄存热量，以备冬季使用。这一特点决定了该技术适用于夏热、冬冷且冷热负荷相当的地区(或者是使用功能累积冷热量相当的特殊建筑物)。若该系统在冷热负荷不平衡的情况下长期运行，将会使土壤温度逐渐上升或下降，导致地埋管换热器换热环境恶化，换热效率下降，从而影响热泵机组的效率和运行的经济性。一般而言，对于北方地区，建筑物的冬季供暖累积总热负荷远大于夏季空调总累积冷负荷,长期运行会使使用的土壤温度场温度下降，使土壤源热泵系统供热能力和能效下降，长期运行后导致地埋管温度持续降低，严重偏离设计的使用年限，热泵机组开始低温保护，无法满足建筑物热量需求；对于南方地区，由于夏季空调总累积冷负荷大于冬季供暖总累积热负荷，造成地下土壤的温度越来越高，造成机组的冷凝温度提高，致使制冷量减少，耗功率上升，甚至出现高温保护，无法满足建筑物的冷量需求。资料显示：一般情况下，土壤温度降低1℃，会使制取同样热量的能耗增加3-4％，更为严重的是经过5年以上的运行，导致地埋管热泵技术实际应用整体瘫痪。因此，开发一种地源热泵土壤热平衡监测装置是当务之急，也是解决地源热泵这一节能技术推广的首要课题。

现有的国家规范GB50366-2009对热平衡技术有提及，但是并未得到业主、设计、施工单位的重视。导致了很多工程失败，尤其以建筑面积较大的工程居多。目前在做的地温平衡技术由于操作难度较大，价格高昂、无法维修等不利条件，使得这项技术不利于推广。

实用新型内容

本实用新型提供了一种地源热泵土壤热平衡监测装置，解决了应用地源热合理使用的问题，其技术方案如下所述：

一种地源热泵土壤热平衡监测装置，包括相互连接的地温监测系统和机房能效监测系统，所述地温监测系统主要包括垂直三芯多探头数字测温线、温度传感器、水平数据传输线、通讯转换器，所述温度传感器均匀分布安装在垂直三芯多探头数字测温线上，并通过水平数据传输线与通讯转换器相连接，所述通讯转换器将转换后的信号发送到机房能效监测系统。

所述垂直三芯多探头数字测温线采用电缆制成，直径为8mm，并内置了抗拉绳。

所述垂直三芯多探头数字测温线内置安装有温度传感器，所述温度传感器经过多层不锈钢材料防护封装，安装后的线路最大外径不超过16mm。

所述温度传感器采用总线式数字温度传感器，所述总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，所述测温芯片位于传感器头部。

所述总线式数字温度传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID。

所述机房能效监测系统包括地源侧热量表、负荷侧热量表、机组电表、水泵电表，用来长期监测实时以及累积的热量和耗电量，并实时显示热泵系统的能效比。

所述垂直三芯多探头数字测温线放置在测温孔内，所述测温孔采用地埋管。

所述通讯转换器与多组垂直三芯多探头数字测温线相连接。

所述水平数据传输线的长度不超过1500米，所述垂直三芯多探头数字测温线监控的深度不小于1000米。

所述防护封装从内到外包括内层环氧密封、外层环氧密封、不锈钢保护密封。

所述地源热泵土壤热平衡监测装置采用实用性的垂直测温线，方便工程实际施工，利于维护更换，操作简单。可以定量的反映出土壤温度变化曲线。通过机房系统监测，可以定量的反映出从土壤中提取的热量和排放的热量，通过提取与排放热量的差值结果，并针对土壤的温度变化情况，可以提前预警地埋管系统的运行状况，并且可以定量的反映出需要回补热量或散失热量的大小，利于地源热泵地埋管系统辅助冷热源大小的选型。

附图说明

图1是所述地源热泵土壤热平衡监测装置的结构示意图；

图2是所述垂直三芯多探头数字测温线的结构示意图；

图3是所述总线式数字温度传感器的示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述地源热泵土壤热平衡监测装置，包括相互连接的地温监测系统和机房能效监测系统，所述地温监测系统主要包括垂直三芯多探头数字测温线1、温度传感器2、水平数据传输线6、通讯转换器7，所述温度传感器2均匀分布安装在垂直三芯多探头数字测温线1上，并通过水平数据传输线6与通讯转换器7相连接，所述通讯转换器7将转换后的信号发送到机房能效监测系统。

所述通讯转换器7与多组垂直三芯多探头数字测温线1相连接，每组垂直三芯多探头数字测温线1在出口处设置有分机5，用于保存并传递数据。所述垂直三芯多探头数字测温线1放置在测温孔内，所述测温孔采用地埋管4。所述水平数据传输线6的长度不超过1500米，所述垂直三芯多探头数字测温线1监控的深度不小于1000米。

所述机房监测系统主要硬件包括地源侧热量表、负荷侧热量表、机组电表、水泵电表，用来长期监测实时以及累积的热量和耗电量，并实时显示热泵系统的能效比，通过一个冬天和一个夏天的运行，计算季节能效比，并且可以计算得到全年能效比。

所述机房监测系统包括电脑8，所述电脑8与打印机9相连接。

如图2所示，所述垂直三芯多探头数字测温线1采用的电缆为三芯电缆，包括有红线11、蓝线12、黑线13。

在垂直三芯多探头数字测温线1中内置了多个温度传感器2，温度传感器2外面设置有防护封装3，封装后的最大外径为16mm，所述电缆直径为8mm，并内置了抗拉绳。为长期能够在水下工作，测温电缆每个传感器经过多层不锈钢材料防护封装。

如果使用常规探头测温线的话，如果测温点需要12个，则需布置12根线，无法放到PE管内部进行施工，一旦损坏，无法进行更换，施工难度大，如果绑扎到管道外壁，12根线也容易损坏。

地埋管4一般为PE32管材，内径为26mm，垂直三芯多探头数字测温线1可以放到PE管道内部，利于以后的维修。并且也可以放到管材外部进行绑扎。抗拉抗摩擦能力强，提高了垂直测温电缆一次成功安装。

如图3所示，所述防护封装3从内到外包括内层环氧密封33、外层环氧密封32、不锈钢保护密封31。

所述温度传感器采用总线式数字温度传感器，所述总线式数字温度传感器采用测温芯片21作为感应元件，所述测温芯片位于传感器头部，并于电缆缆芯14相连接。

总线式数字温度传感器采用测温芯片21作为感应元件，传感器的精度和稳定性决定于测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，最大直径不大于16mm。

由于温度传感器输出的是数字信号所以线路长短不会对传感器精度造成任何影响，这是传统热电阻测温系统无法比拟的优势。所以总线式测温电缆是深井或地层温度监测理想的设备。总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

采用总线式数字温度传感器具有以下优点：

1、全线密封，防水防腐，使用寿命长，可长期在水下工作；

2、可根据用户需求订制传感器位置；

3、每个传感器都有唯一识别码及编号，方便识别；

4、精度高，可达0.2度，且不受通讯距离影响；

5、免校正，长期能够保持高精度。

对于冬夏冷热负荷不相当的地区，目前的解决方法是加辅助热源补偿地下冷热源差值。对于冬季吸热量大于夏季排热量的北方寒冷地区，最常用的方法是采用锅炉或太阳能作为辅助热源。对于夏季排热量大于冬季吸热量的南方地区，最常用的方法是带有冷却塔的辅助散热系统。

本实用新型的应用，与其他系统相连接，包括地下埋管换热系统、地源热泵能量提升供给系统，还包括反季节平衡蓄能系统。地下埋管在连接地源热泵机组的同时，还并联连接着反季节平衡蓄能装置。建筑物冬夏负荷不平衡的情况时，在相反的季节或过度季节，可以向地下蓄存季节性冷热量，以实现地源热泵地下的总排热量和排冷量相等，确保地源热泵可可控制地、长期稳定地运行。反季节平衡蓄能系统，是将地上季节性冷量和热量，包括太阳能、空气、地表层土壤及水及各类建筑物中的季节性余能，通过采集、转化后向地下蓄存利用的综合性方法。

维持地源热泵土壤热平衡的步骤如下所述：

第一年，先采集、记录制冷、采暖两个的季节的运行数据、土壤数据、计算热不平衡率，估算土壤的热平衡能力的大小；

第二年，根据第一年的热不平衡率，进行单方向热平衡的补偿(即只补热或只散热)，同时计算剩余热不平衡率，校核土壤的热平衡能力；

第三年，根据前两年的数据，进行双方向热平衡补偿(既补热又散热)，既可以在运转后补偿又可以在运转同时补偿，以维持土壤温度持续平衡为补偿目标；

至此，通过以上年度得到的数据可以计量地源热泵系统的实际热不平衡的数量情况，根据数据准确运行反季节蓄能系统调节地下温度场，解决了依靠建筑本身的负荷不能解决地源热泵热平衡的问题，提高地源热泵的运行效率。

Claims (10)

1.一种地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：包括相互连接的地温监测系统和机房能效监测系统，所述地温监测系统主要包括垂直三芯多探头数字测温线、温度传感器、水平数据传输线、通讯转换器，所述温度传感器均匀分布安装在垂直三芯多探头数字测温线上，并通过水平数据传输线与通讯转换器相连接，所述通讯转换器将转换后的信号发送到机房能效监测系统。

2.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述垂直三芯多探头数字测温线采用电缆制成，直径为8mm，并内置了抗拉绳。

3.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述垂直三芯多探头数字测温线内置安装有温度传感器，所述温度传感器经过防护封装，安装后的线路最大外径不超过16mm。

4.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述温度传感器采用总线式数字温度传感器，所述总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，所述测温芯片位于传感器头部。

5.根据权利要求4所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述总线式数字温度传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯一的识别ID。

6.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述机房能效监测系统包括地源侧热量表、负荷侧热量表、机组电表、水泵电表，用来长期监测实时以及累积的热量和耗电量，并实时显示热泵系统的能效比。

7.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述垂直三芯多探头数字测温线放置在测温孔内，所述测温孔采用地埋管。

8.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述通讯转换器与多组垂直三芯多探头数字测温线相连接。

9.根据权利要求1所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述水平数据传输线的长度不超过1500米，所述垂直三芯多探头数字测温线监控的深度不小于1000米。

10.根据权利要求3所述的地源热泵土壤热平衡监测装置，其特征在于：所述防护封装从内到外包括内层环氧密封、外层环氧密封、不锈钢保护密封。