CN205958495U - 一种新型岩土热响应试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可同时进行放热试验和取热试验的新型岩土热响应试验装置，所述测试装置有两套U形地埋换热管；两套进水管和出水管；常压恒温冷、热水箱，水箱中部装有加热器；进水管、U形地埋换热管、出水管和水箱组成水流循环系统。冷凝器和蒸发器分别装于热水箱和冷水箱内，冷凝器放热加热热水箱中的水，蒸发器吸热冷却冷水箱中的水。PLC控制器根据水箱出水管上的温度控制加热器和压缩机运行工况，保持冷、热水箱恒温；由水箱进水管水温、出水管水温、流量及加热器功率可以准确地计算出某个地热孔内的热交换情况。该装置取热、放热工况和实际土壤源热泵系统的运行工况一致，测试数据对土壤源热泵系统的设计具有很好的借鉴和参考意义。

Description

一种新型岩土热响应试验装置

技术领域

本实用新型公开了一种可同时进行放热试验和取热试验的新型岩土热响应试验装置

背景技术

土壤热响应实验是地源热泵系统的重要设计依据，在我国北方采暖地区，冬季采暖热负荷大，主要从土壤中取热。以放热试验的岩土热响应实验数据进行混合式热泵系统(取热/放热工况)和以采暖为主的(主要是取热工况)土壤源热泵设计存在一定的局限性。另有调查发现，现有的岩土热响应实验装置大多一次只能进行放热试验或取热单一工况试验，放热试验和取热试验不能同时进行。鉴于此，提出了一种可同时进行放热试验和取热试验的新型岩土热响应试验装置，该装置的取热工况和放热工况与实际的土壤源热泵系统的运行工况相一致，测试数据对土壤源热泵系统的设计具有很好的借鉴和参考意义。

实用新型内容

本实用新型公开了一种可同时进行放热试验和取热试验的新型岩土热响应试验装置，实现了地源热泵同时从土壤中取热和放热，节省测试时间，缩短测试周期。

为实现上述目的，采用以下技术方案：所述测试装置包括蒸发器(1)，第一加热器(2)，常压冷水箱(3)，第一U形地埋换热管(4)，第一温度传感器(5)，第一循环水泵(6)，第一电磁流量计(7)，第二温度传感器(8)，压缩机(9)，膨胀阀(10)，冷凝器(11)，第二加热器(12)，常压热水箱(13)，第二U形地埋换热管(14)，第三温度传感器(15)，第二循环水泵(16)，第二电磁流量计(17)，第四温度传感器(18)，PLC可编程控制器(19)，显示器(20)。该测试装置冷水循环中，冷水箱(3)出水管与第一U形地埋换热管(4)进水管相连，冷水箱(3)进水管与第一U形地埋换热管(4)出水管相连；冷水箱(3)内侧面装有蒸发器(1)，冷水箱(3)中部装有第一加热器(2)。热水循环中，热水箱(13)出水管与第二U形地埋换热管(14)进水管相连，热水箱(13)进水管与第二U形地埋换热管(14)出水管相连；热水箱(13)内侧面装有冷凝器(11)，热水箱(13)中部装有第二加热器(12)。压缩机(9)、第一加热器(2)、第二加热器(12)与PLC控制器(19)通过控制线相连。显示器(20)与各温度传感器、流量计通过信号线、采集模块相连。蒸发器(1)、压缩机(9)、冷凝器(11)、膨胀阀(10)连接成一个制冷循环系统。PLC控制器(19)根据水箱出水管温度情况，控制制冷压缩机(9)的运行工况和加热器的加热功率控制冷水箱(3)、热水箱(13)恒温。热水循环侧U形地埋换热管、循环水泵、热水箱和冷水循环侧U形地埋换热管、循环水泵、冷水箱分别组成两套独立的水流循环系统。该装置可实现取热、放热同时进行，是一种新型岩土热响应试验装置。

冷水箱(3)进水管上沿进水方向依次设有第一电磁流量计(7)和第二温度传感器(8)，热水箱(13)进水管上沿进水方向依次设有第二电磁流量计(17)和第四温度传感器(18)。

冷水箱(3)出水管上沿出水方向依次设有第一温度传感器(5)和第一循环水泵(6)。热水箱(13)出水管上沿出水方向依次设有第三温度传感器(15)和第二循环水泵(16)。

为了方便检修，该测试装置的冷、热水循环侧水泵进出口侧分别设置阀门，冷、热水箱进、出水管处分别设置阀门；

本装置结构简单、紧凑，可以根据U形地埋换热管出水管的温度、进水管的温度、加热器的功率及水的流量就可以准确的计算出某个地热孔内的热交换情况，为后续的施工打下良好的基础。并且装置的流量调整简单，无需对水泵的转速进行调整，进一步减低了成本。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图

图中：1-蒸发器，2、12-加热器，3-常压冷水箱，4、14-U形地埋换热管，5、8、15、18-温度传感器，6、16-循环水泵，7、17-电磁流量计，9-压缩机，10-膨胀阀，11-冷凝器，13-常压热水箱，19-PLC可编程控制器，20-显示器。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本实用新型做进一步描述：

如附图1所示，新型岩土热响应试验装置主要由制冷系统、冷热水循环系统和控制系统构成。制冷系统主要由蒸发器(1)、压缩机(9)、冷凝器(11)和膨胀阀(10)组成；控制系统由PLC可编程控制器(19)、第一加热器(2)和第二加热器(12)构成；冷、热水循环系统由冷水箱(3)、热水箱(13)分别和第一、二U型地埋换热管相连，实现系统取热、放热试验。热水箱的温度控制范围为自然水温～45℃，冷水箱的温度控制范围为5～20℃，冷热水箱的有效容积为40L。制冷系统设计蒸发温度2℃，设计冷凝温度为50℃。

本实用新型工作过程为测试时冷水箱(3)和第一U形地埋管(4)相连，进行取热热响应试验测试，同时热水箱(13)和第二U形地埋换热管(14)相连，进行放热热响应试验测试。测试时制冷系统工作，在蒸发器(1)一侧蒸发吸热产生冷水，同时冷凝器(11)一侧冷凝放热产生热水。测试进入稳态时，U形地埋换热管循环流体的流量保持恒定的条件下，循环流体的进出口温度保持恒定，因此放热功率和取热功率也保持恒定。为使测试便于达到稳态，在冷水箱(3)和热水箱(13)分别设有第一加热器(2)和第二加热器(12)，在冷水箱(3)和热水箱(13)出水管上设置第一温度传感器(5)和第三温度传感器(15)，温度信号通过信号线、采集模块传输至PLC控制器。PLC控制器根据水箱出水管温度变化控制冷、热水箱中加热器功率和压缩机运行工况，使测试装置的放热功率和取热功率同地埋换热管的取、放热工况相适应。由U形地埋换热管出水管的温度、进水管的温度、加热器的功率及水的流量就可以准确的计算出某个地热孔内的热 交换情况，为后续的施工打下良好的基础。

本试验装置相比传统的测试装置，具有一下优点：

1)可同时进行岩土的取热和放热热响应试验，节省测试时间，缩短测试周期；

2)测试工况和实际的地源热泵运行工况相一致，对地源热泵地下换热管的设计具有更好的指导作用；

3)充分利用取热测试过程中的冷凝热制备放热试验用的热水，节省测试费用；

4)在冷水箱和热水箱中设有辅助电加热器和温度测试装置，并通过PLC控制器调节制冷装置和加热装置的运行，测试过程易于实现。

Claims (4)

1.一种新型岩土热响应试验装置，所述试验装置包括：蒸发器(1)，第一加热器(2)，常压冷水箱(3)，第一U形地埋换热管(4)，第一温度传感器(5)，第一循环水泵(6)，第一电磁流量计(7)，第二温度传感器(8)，压缩机(9)，膨胀阀(10)，冷凝器(11)，第二加热器(12)，常压热水箱(13)，第二U形地埋换热管(14)，第三温度传感器(15)，第二循环水泵(16)，第二电磁流量计(17)，第四温度传感器(18)，PLC可编程控制器(19)，显示器(20)，该试验装置冷水循环中，冷水箱(3)出水管与第一U形地埋换热管(4)进水管相连，冷水箱(3)进水管与第一U形地埋换热管(4)出水管相连；冷水箱(3)内侧面装有蒸发器(1)，冷水箱(3)中部装有第一加热器(2)；热水循环中，热水箱(13)出水管与第二U形地埋换热管(14)进水管相连，热水箱(13)进水管与第二U形地埋换热管(14)出水管相连；热水箱(13)内侧面装有冷凝器(11)，热水箱(13)中部装有第二加热器(12)；压缩机(9)、第一加热器(2)、第二加热器(12)与PLC控制器(19)通过控制线相连，显示器(20)与各温度传感器、流量计通过信号线、采集模块相连，蒸发器(1)、压缩机(9)、冷凝器(11)、膨胀阀(10)连接成一个制冷循环系统。

2.如权利要求1所述的一种新型岩土热响应试验装置，其特征在于：冷水箱(3)进水管上沿进水方向依次设有第一电磁流量计(7)和第二温度传感器(8)，热水箱(13)进水管上沿进水方向依次设有第二电磁流量计(17)和第四温度传感器(18)。

3.如权利要求1所述的一种新型岩土热响应试验装置，其特征在于： 冷水箱(3)出水管上沿出水方向依次设有第一温度传感器(5)和第一循环水泵(6)，热水箱(13)出水管上沿出水方向依次设有第三温度传感器(15)和第二循环水泵(16)。

4.如权利要求1所述的一种新型岩土热响应试验装置，其特征在于：冷、热水循环侧水泵进出口分别设置阀门，冷、热水箱进、出水管处分别设置阀门。