CN206974932U - 岩土热响应测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩土热响应测试系统，包括地埋管换热器、电加热器、若干温度传感器组和循环水泵，循环水泵与地埋管换热器的进口端设置有进口温度传感器和进口压力传感器，地埋管换热器的出口端与电加热器之间的管路上依次设置有出口温度传感器和出口压力传感器，能够测量地埋管换热器进出水温度及压力随时间的变化；若干温度传感器组能够采集排热和冷却过程中钻孔内不同埋深的土壤温度分布。本实用新型通过采集排热和冷却过程中不同埋深的土壤温度分布，结合地埋管换热器进出水温度随时间的变化，分别计算排热和冷却两个过程的岩土热物性参数，提高了测试精准度。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土热响应测试技术领域，特别是涉及一种岩土热响应测试系统。
背景技术
地埋管换热器是地源热泵系统的关键部件，该部件会影响到整个系统安全高效运行，因此需要对地埋管深度范围内的综合岩土导热系数、综合比热容、土壤温度、埋管井综合热阻等进行测试。但是由于地质结构的复杂性和差异性，这些物性参数的测量具有较大难度，需要通过热响应测试技术获得。地源热泵系统工程技术规范(GB50366-2009)规定，地源热泵系统应用面积在3000m2以上时，应至少设置1个测试孔进行岩土热响应测试；应用面积大于10000m2时，测试孔数量不应少于2个。研究表明，若土壤热导率测试结果存在10％的偏差，将使地埋管换热器设计尺寸偏差达4.5～5.8％；若地埋管实际长度超过需要的10％～30％足以使地源热泵丧失经济优势。
根据实际测试的统计，实际的测试结果由于设备的精度、现场测试条件、测试者的水平等因素，导致测试数据的准确度不高，同时有没有同时校核的装置对数据进行同步校核，导致测试数据只能作为设计的参考数据。
因此，提供一种岩土热响应测试系统，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种岩土热响应测试系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过采集不同埋深的土壤温度分布，结合地埋管换热器进出水温度随时间的变化，得到岩土热物性参数，可做到前后验证，相互可比，提高了测试精准度。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种岩土热响应测试系统，包括地埋管换热器、电加热器、若干温度传感器组和循环水泵，所述电加热器通过管路依次与所述循环水泵以及所述地埋管换热器的进口端进行连接；所述循环水泵与所述地埋管换热器的进口端之间的管路上，还依次设置有进口温度传感器和进口压力传感器；所述地埋管换热器的出口端通过管路与所述电加热器进行连接，所述地埋管换热器的出口端与所述电加热器之间的管路上还依次设置有出口温度传感器和出口压力传感器；所述地埋管换热器用于设置于一钻孔内，若干所述温度传感器组分别用于设置于所述钻孔中心以及所述地埋管换热器的两侧；所述电加热器、进口温度传感器、进口压力传感器、出口温度传感器、出口压力传感器和温度传感器组均通过信号线与数据采集器进行连接。
优选的，每组所述温度传感器组都包括有若干温度传感器，所述温度传感器之间通过温度传感线进行连接，并沿所述钻孔的深度方向间隔排列。
优选的，所述温度传感器组设置有三组，包括一组中心温度传感器组和两组管壁温度传感器组。
优选的，所述中心温度传感器组沿所述钻孔的中心插入，两组所述管壁温度传感器组分别设置在所述地埋管换热器的两侧壁表面。
优选的，所述出口压力传感器与所述电加热器之间还设置有流量传感器。
优选的，所述流量传感器通过信号线与所述数据采集器进行连接。
优选的，在所述出口温度传感器前的管路上还连接有补水箱。
优选的，所述补水箱的进口处设置有补水放气阀，出口处通过补水控制阀与所述出口温度传感器前的管路进行连接。
优选的，所述循环水泵的两侧还并联有旁通阀。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型提供了一种岩土热响应测试系统，可采集排热和冷却过程中不同埋深的土壤温度分布，结合地埋管换热器进出水温度随时间的变化，分别计算排热和冷却两个过程的岩土热物性参数，可做到前后验证，相互对比，提高了测试精准度。
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为本实用新型岩土热响应测试系统的结构示意图；
图2为温度传感器组分布的截面图；
其中，1为电加热器，2为循环水泵，3为进口温度传感器，4为进口压力传感器，5为地埋管换热器，6为中心温度传感器组，7为管壁温度传感器组，8为出口温度传感器，9为出口压力传感器，10为流量传感器，11为补水箱，12为补水放气阀，13为补水控制阀，14为旁通阀，15为数据采集器。
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做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。
本实用新型的目的是提供一种岩土热响应测试系统，以解决现有技术存在的问题，通过采集不同埋深的土壤温度分布，结合地埋管换热器进出水温度随时间变化，得到岩土热物性参数，可做到前后验证，相互可比，提高了测试精准度。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种岩土热响应测试系统，如图1和图2所示，包括地埋管换热器5、电加热器1、若干温度传感器组和循环水泵2，电加热器1通过管路依次与循环水泵2以及地埋管换热器5的进口端进行连接；循环水泵2与地埋管换热器5的进口端之间的管路上，还依次设置有进口温度传感器3和进口压力传感器4；地埋管换热器5的出口端通过管路与电加热器1进行连接，地埋管换热器5的出口端与电加热器1之间的管路上还依次设置有出口温度传感器8和出口压力传感器9；本实用新型在地埋管换热器5的出口端和进口端，均设置有温度传感器和压力传感器，能够很好地测量地埋管换热器5进出水温度及压力随时间的变化。
地埋管换热器5用于设置于一钻孔内，若干温度传感器组分别用于设置于钻孔中心以及地埋管换热器5的两侧。温度传感器组设置有三组，包括一组中心温度传感器组6和两组管壁温度传感器组7。中心温度传感器组6沿钻孔的中心插入，两组管壁温度传感器组7分别设置在地埋管换热器5的两侧壁表面。每组温度传感器组都包括有若干温度传感器，温度传感器之间通过温度传感线进行连接，并沿钻孔的深度方向间隔排列，相邻温度传感器之间的间距相等或递增设置，能够采集排热和冷却过程中钻孔内不同埋深的土壤温度分布。
出口压力传感器9与电加热器1之间还设置有流量传感器10，用于测量管道内换热液体的流量。电加热器1、进口温度传感器3、进口压力传感器4、出口温度传感器8、出口压力传感器9、流量传感器10和温度传感器组均通过信号线与数据采集器15进行连接。数据采集器15具有中央处理器、只读存储器、可读写存储器、键盘、屏幕显示器和计算机接口，能够现场实时采集数据，并对数据进行处理。
在出口温度传感器8前的管路上还连接有补水箱11，补水箱11的进口处设置有补水放气阀12，出口处通过补水控制阀13与出口温度传感器8前的管路进行连接，能够保证循环流量的稳定。
循环水泵2的两侧还并联有旁通阀14，当进行岩土初始温度测试时，可以实现无功循环。
本实用新型岩土热响应测试系统的工作原理如下：
1、岩土初始温度测试：利用无功循环或者水温平衡试验测量土壤未扰动温度，直至所采集的地埋管换热器5进出口温度12h内变化量小于0.2℃时认为达到稳定；
2、基本排热测试：进行48h及以上的定功率排热实验，实时采集地埋管换热器5流体进出口温度，加热期间只采集钻孔中心温度传感器组6的数据，不采集两侧管壁温度传感器组7的数据；
3、自然冷却测试：采集测试中心温度传感器组6及管壁温度传感器组7的实时数值，记录自然冷却过程中地埋管换热器5内温度的衰减情况，直至地温连续12h内在初始值上下0.2℃范围内波动；
4、数据处理：对排热和自然冷却过程所采集到的离散(或连续)数据进行曲线拟合；确定排热过程中的排热热导率等参数，根据冷却过程拟合曲解结合控制方程确定冷却热导率并进行修正分析。
在实际工作过程中：
地埋管换热器5位于钻孔中心，中心温度传感器组6则位于地埋管换热器5进口管和出口管的中轴线中心处，通过一定间隔铺设温度传感器，可将温度传感线环绕于支撑物上再插入管内，之后灌入回填浆料，回填浆料含水率不宜过大，防止产生的对流对进口管和出口管换热的影响及两支管对中心温度传感器组6的影响。中心温度传感器组6在全过程(初温测定、排热工况、自然冷却过程)均需工作，可以全面了解地下土壤热量迁移特性。
管壁温度传感器组7只在自然冷却过程工作，因为在其他工况下，由于管内流体是湍流运动，换热强度大，管壁温度传感器组7的测温精度会受到地埋管换热器5内热对流的影响，造成测试偏差，故只在自然冷却过程中地埋管内无对流时启用。
自然冷却过程，对已回填好的测试孔，也可以通过间歇性无功循环测定土壤温度场的衰减规律。相邻测试点的时间间隔最好先密后疏，如前期6h/次，后期8h/次或者10h/次，间歇性测试时间不宜过长，防止对土壤进行长时间强制冷却换热，影响测试精度。
数据处理：排热物性参数可利用线热源(有限长、无限长)圆柱热源模型，结合最小二乘法或参数寻优法求解，散热过程可利用控制方程、数值模拟软件求解及编程软件等求解三维温度场衰减规律及冷却热物性参数。
本实用新型的岩土热响应测试系统，可采集排热和冷却过程中不同埋深的土壤温度分布，结合地埋管换热器5进出水温度随时间的变化，分别计算排热和冷却两个过程的岩土热物性参数，可做到前后验证，相互对比，提高了测试精准度。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种岩土热响应测试系统，其特征在于：包括地埋管换热器、电加热器、若干温度传感器组和循环水泵，所述电加热器通过管路依次与所述循环水泵以及所述地埋管换热器的进口端进行连接；所述循环水泵与所述地埋管换热器的进口端之间的管路上，还依次设置有进口温度传感器和进口压力传感器；所述地埋管换热器的出口端通过管路与所述电加热器进行连接，所述地埋管换热器的出口端与所述电加热器之间的管路上还依次设置有出口温度传感器和出口压力传感器；所述地埋管换热器用于设置于一钻孔内，若干所述温度传感器组分别用于设置于所述钻孔中心以及所述地埋管换热器的两侧；所述电加热器、进口温度传感器、进口压力传感器、出口温度传感器、出口压力传感器和温度传感器组均通过信号线与数据采集器进行连接。
2.根据权利要求1所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：每组所述温度传感器组都包括有若干温度传感器，所述温度传感器之间通过温度传感线进行连接，并沿所述钻孔的深度方向间隔排列。
3.根据权利要求1所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述温度传感器组设置有三组，包括一组中心温度传感器组和两组管壁温度传感器组。
4.根据权利要求3所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述中心温度传感器组沿所述钻孔的中心插入，两组所述管壁温度传感器组分别设置在所述地埋管换热器的两侧壁表面。
5.根据权利要求1所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述出口压力传感器与所述电加热器之间还设置有流量传感器。
6.根据权利要求5所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述流量传感器通过信号线与所述数据采集器进行连接。
7.根据权利要求1所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：在所述出口温度传感器前的管路上还连接有补水箱。
8.根据权利要求7所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述补水箱的进口处设置有补水放气阀，出口处通过补水控制阀与所述出口温度传感器前的管路进行连接。
9.根据权利要求1所述的岩土热响应测试系统，其特征在于：所述循环水泵的两侧还并联有旁通阀。
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