CN209927306U - 浅层地温场监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种浅层地温场监测装置，包括保护管、多根换热管、温场监测电缆、管卡和定位器；定位器连接保护管底端；温场监测电缆上设置有多个温度传感器；温场监测电缆被依次划分为换热监测区、换热影响监测区和原始地温监测区；换热监测区通过管卡固定在换热管上；换热影响监测区和原始地温监测区连接定位器。通过三个监测区上的温度传感器分别监测地源热泵换热区域、换热影响监测区和原始地温区域的温度，只需在开采孔中设置监测装置，即可以实现地源热泵换热区域、换热影响区域和原始地温区域的温度监测。不仅可以降低地质环境监测成本，而且克服传统地质环境监测系统的原始地温监测孔与换热孔距离较远，带来浅层地温层温场监测不准确的问题。

Description

浅层地温场监测装置

技术领域

本申请涉及地源热泵技术领域，尤其涉及一种浅层地温场监测装置。

背景技术

浅层地温能是指地表以下一定深度范围内，具备开发利用价值的地球内部热能资源，浅层地温能是地热资源的一部份，也是一种特殊的矿产资源。浅层地温能通过地源热泵进行采集后，可以为建筑物供暖，较常规供暖技术节能50％到60％，运行费用降低约30％到40％。浅层地热能分布广，储量大，再生迅速，利用价值大。不但可以满足供暖需求，同时也直接降低了排放的污染量，有利于保护环境。

但是利用地源热泵技术开采浅层地温能资源，会在一定程度上改变开采区域的地温场原有特征，若浅层地温能被过度开采，则会对地层的地下水温、水位和水质产生较大影响。为预防过度开采导致浅层地温场异常和地源热泵系统能效降低，需设置地质环境监测系统对地源热泵系统的运行状态和开采区域地质环境的变化情况进行监测，并根据监测结果及时调整地源热泵系统运行状态。

传统的地质环境监测系统一般需要设置三个地层温度监测装置，三个监测装置分别设置在换热孔、换热影响监测孔(距离换热孔1～5m)和原始地温监测孔(一般距离换热孔数十米)中，通过监测三个孔内的温度，实现开采区域的浅层地温场监测，这种开采区域的地质环境监测系统一方面需要设置多个地下孔及监测装置，监测成本高；另一方面为了保证原始地温监测孔中的温度不受换热孔内地源热泵的换热影响，需要在距离换热孔较远的位置设置原始地温监测孔，但两孔的距离较远时，两孔的原始地温本身可能存在较大差别，容易造成浅层地层温场监测的不准确。

实用新型内容

本申请提供了一种浅层地温场监测装置，以解决传统的地质环境监测系统存在监测成本高及监测不准确的问题。

本申请提供一种浅层地温场监测装置，包括保护管、设置在保护管内部的多根换热管、温场监测电缆、管卡和定位器；多根所述换热管之间通过所述管卡连接，所述定位器连接所述保护管底端；

所述温场监测电缆上设置有多个温度传感器，所述温场监测电缆被依次划分为换热监测区、换热影响监测区和原始地温监测区；

所述换热监测区通过所述管卡固定在所述换热管上，所述换热监测区上的所述温度传感器监测地源热泵换热区域的温度；所述换热影响监测区和所述原始地温监测区连接所述定位器，所述换热影响监测区上的所述温度传感器监测换热影响区域的温度；所述原始地温监测区上的所述温度传感器监测原始地温区域的温度。

可选的，所述保护管底部设置有线孔和密封圈；

所述温场监测电缆穿过所述线孔，所述温场监测电缆和所述线孔之间设置所述密封圈。

可选的，所述换热监测区的长度等于所述换热管的长度，所述换热影响监测区的长度为8～15米，所述原始地温监测区的长度为15～22米。

可选的，在所述温度传感器和所述温场监测电缆的连接点从里至外依次设置第一环氧密封层、第二环氧密封层和金属密封层。

可选的，所述温度传感器在所述换热监测区上的设置密度为10～15米/个；所述温度传感器在所述换热影响监测区上的设置密度为2米/个；所述温度传感器在所述原始地温监测区上的设置密度为5米/个。

可选的，所述定位器包括连接头和定位杆，所述连接头连接所述定位杆；

所述连接头活动连接所述保护管的底端，所述定位杆连接所述温场监测电缆的所述换热影响监测区和所述原始地温监测区。

可选的，所述保护管内填充有作为导热介质的液态耦合剂。

本申请提供一种浅层地温场监测装置，包括保护管、设置在保护管内部的多根换热管、温场监测电缆、管卡和定位器；多根换热管之间通过管卡连接，定位器连接保护管底端；温场监测电缆上设置有多个温度传感器；温场监测电缆被依次划分为换热监测区、换热影响监测区和原始地温监测区；换热监测区通过管卡固定在换热管上；换热影响监测区和原始地温监测区连接定位器。

将设置在浅层地温能开采孔中的温场监测电缆划分为换热监测区、换热影响监测区和原始地温监测区三个测温区域，分别监测三个不同的区域，其中，换热监测区上的温度传感器监测地源热泵换热区域的温度，换热影响监测区上的温度传感器监测换热影响区域的温度；原始地温监测区上的温度传感器监测原始地温区域的温度。

只需在浅层低温能开采孔中设置监测装置，即可以同时实现地源热泵换热区域、换热影响区域和原始地温区域的温度监测。避免传统地质环境监测系统需要设置三个监测孔，本申请提供的监测装置不仅可以降低地质环境监测成本，而且克服传统地质环境监测系统的原始地温监测孔与换热孔距离较远，带来浅层地温层温场监测不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为一种浅层地温场监测装置结构示意图；

图2为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆与换热管连接示结构意图；

图3为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆结构示意图；

图4为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆与保护管连接密封结构示意图；

图5为一种浅层地温场监测装置的温度传感器密封结构示意图；

图6为一种浅层地温场监测装置的定位器结构示意图；

图7为一种浅层地温场监测装置的换热管弯头结构示意图；

图示说明：

其中，1-保护管，11-线孔，12-密封圈，2-换热管，3-温场监测电缆，31-换热监测区，32-换热影响监测区，33-原始地温监测区，34-温度传感器，35-第一环氧密封层，36-第二环氧密封层，37-金属密封层，4-管卡，5-定位器，51-连接头，52-定位杆。

具体实施方式

参见图1，为一种浅层地温场监测装置结构示意图。

参见图2，为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆与换热管连接示结构意图。

参见图3，为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆结构示意图。

参见图7，为一种浅层地温场监测装置的换热管弯头结构示意图。

本申请提供的一种浅层地温场监测装置，包括保护管1、设置在保护管1内部的多根换热管2、温场监测电缆3、管卡4和定位器5；多根所述换热管2之间通过所述管卡4连接，所述定位器5连接所述保护管1底端。

所述温场监测电缆3上设置有多个温度传感器34，所述温场监测电缆3被依次划分为换热监测区31、换热影响监测区32和原始地温监测区33。

所述换热监测区31通过所述管卡4固定在所述换热管2上，所述换热监测区31上的所述温度传感器34监测地源热泵换热区域的温度；所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33连接所述定位器5，所述换热影响监测区32上的所述温度传感器34监测换热影响区域的温度；所述原始地温监测区33上的所述温度传感器34监测原始地温区域的温度。

本申请实施例中，所述保护管1放置在换热孔中，在所述保护管1内部设置多根换热管2，所述保护管1对所述换热管2起到防护作用。

进一步的，所述管卡4为连接法兰，通过管卡4将保护管中的多根换热管2进行固定，保证多根换热管2之间不会相互干扰。

进一步的，多根所述换热管2内部之间相互独立，但是不局限于相互独立，也可以将两根所述换热管2之间相互连通。如图7所示，若两根所述换热管2之间相互连通，在所述换热管2靠近所述保护管1底端的一侧设置双U型连接管，使两根换热管2组成双U型换热器。

进一步的，所述定位器5与所述保护管1的底端活动连接，但是不局限于活动连接方式，还可以为固定连接方式，活动连接方便所述定位器5与所述保护管1之间的连接和拆卸。

所述定位器5的长度大于等于30米，处于地源热泵的换热影响区域和原始地温区域，换热影响区域为地源热泵下方一定范围内，该范围的温场会受到地源热泵的换热影响。

原始地温区域处于换热影响区域下方，原始地温区域距离地源热泵换热区较远，温场不会受到地源热泵的换热影响。

进一步的，所述温场监测电缆3上设置有多个温度传感器34，利用温度传感器34监测温场内的实时温度。

进一步的，所述温场监测电缆3根据所处位置的不同，被划分为换热监测区31、换热影响监测区32和原始地温监测区33。

进一步的，所述换热监测区31通过所述管卡4连接所述换热管2，所述换热监测区31上的所述温度传感器34监测地源热泵换热区的温度。

进一步的，所述换热监测区31上的所述温度传感器34处与多根所述换热管2的中间，但是不局限于多根所述换热管2的中间，只要处与所述保护管1的内部即可。处于多根换热管2之间，有利于所述温度传感器34准确监测地源热泵换热区域的温度。

进一步的，所述换热影响监测区32连接所述定位器5，所述换热影响监测区32上的所述温度传感器34监测换热影响区域的温度。

进一步的，所述原始地温监测区33连接所述定位器5，所述原始地温监测区33上的所述温度传感器34监测原始地温区域的温度。

本申请提供一种浅层地温场监测装置，包括保护管1、设置在保护管内部的多根换热管2、温场监测电缆3、管卡4和定位器5；多根所述换热管2之间通过所述管卡4连接，所述定位器5连接所述保护管1底端；所述温场监测电缆3上设置有多个温度传感器34；所述温场监测电缆3被依次划分为换热监测区31、换热影响监测区32和原始地温监测区33；所述换热监测区31通过所述管卡4固定在所述换热管2上；所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33连接所述定位器5。

将设置在浅层地温能开采孔中的所述温场监测电缆3划分为所述换热监测区31、所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33三个测温区域，分别监测三个不同的区域，其中，所述换热监测区31上的所述温度传感器34监测地源热泵换热区域的温度，所述换热影响监测区32上的所述温度传感器34监测换热影响区域的温度；所述原始地温监测区33上的所述温度传感器34监测原始地温区域的温度。

只需在浅层低温能开采孔中设置监测装置，即可以同时实现地源热泵换热区域、换热影响区域和原始地温区域的温度监测。避免传统地质环境监测系统需要设置三个监测孔，本申请提供的监测装置不仅可以降低地质环境监测成本，而且克服传统地质环境监测系统的原始地温监测孔与换热孔距离较远，带来浅层地温层温场监测不准确的问题。

参见图4，为一种浅层地温场监测装置的温场监测电缆与保护管连接封结构示意图。

本申请提供的浅层地温场监测装置，所述保护管1底部设置有线孔11和密封圈12；所述温场监测电缆3穿过所述线孔11，所述温场监测电缆3和所述线孔11之间设置所述密封圈12。

本申请实施例中，所述保护管1的底部设置有线孔11，所述线孔11用于所述温场监测电缆3穿过所述保护管1，所述温场监测电缆3的换热监测区31处于所述线孔11的上方，即所述换热监测区31处于所述保护管1的内部。

所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33处于所述线孔11的下方，即所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33处于所述保护管1的外部。

进一步的，在所述温场监测电缆3和所述线孔11之间设置有密封圈12，所述密封圈12保证在所述保护管1底端的内部和外部隔绝。

本申请提供的浅层地温场监测装置，所述换热监测区31的长度等于所述换热管2的长度，所述换热影响监测区32的长度为8～15米，所述原始地温监测区33的长度为15～22米。

本申请实施例中，所述换热监测区31的长度与所述换热管2的长度相等，但是不局限于两者长度相等。所述换热监测区31的长度等于所述换热管2的长度，目的是保证换热监测区31上的所述温度传感器34可以完整的监测地源热泵换热区域的温度，只要能够实现上述目的，所述换热监测区31的长度可以略小于或者略大于所述换热管2的长度。

进一步的，所述换热影响监测区32的长度为8～15米，换热影响监测区32的长度需要根据地源热泵换热影响区域的深度确定，在浅层低温能开采过程中，地源热泵的换热影响深度一般约为10米。

进一步的，所述原始地温监测区33的长度为15～22米。所述原始地温监测区33的长度根据所述换热管2的长度有关，浅层地温能一般处于地表以下200米范围内，所述换热管2的长度约为150米，一般认为热影响区域以下的深度即是原始地温区域，但原始地温区域不应超出地表以下200米的范围。

所以原始地温监测区33的长度受限于所述换热管2的长度，所述换热管2的长度较长时，所述原始地温监测区33的长度需要适应性减少；所述换热管2的长度较短时，所述原始地温监测区33的长度需要适应性增加。

参见图5，为一种浅层地温场监测装置的温度传感器密封结构示意图。

本申请提供的浅层地温场监测装置，在所述温度传感器34和所述温场监测电缆3的连接点从里至外依次设置第一环氧密封层35、第二环氧密封层36和金属密封层37。

本申请实施例中，所述温场监测电缆3为三芯电缆，表皮外径为16mm，表皮内径为8mm，所述温场监测电缆3内置抗拉绳，可以保证所述温场监测电缆3承受一定的拉伸力。

进一步的，所述温度传感器34为数字传感器，型号为：MPT-RTU，采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于所述温度传感器34的内部。

进一步的，为了保证所述温场监测电缆3能够长期在水下工作，所述温度传感器34与所述温场监测电缆3的连接点从里至外依次设置了所述第一环氧密封层35、所述第二环氧密封层36和所述金属密封层37。

进一步的，所述第一环氧密封层35和所述第二环氧密封层36的材料为环氧树脂。

所述第一环氧密封层35主要用于所述温度传感器34与所述温场监测电缆3的内芯连接点的密封，保证所述温度传感器34与所述温场监测电缆3的电连接与外界保持隔绝。

所述第二环氧密封层36主要用于所述温场监测电缆3的外表皮密封，防止水分等杂质进入所述温场监测电缆3的外表皮与内芯之间，对所述温场监测电缆3进行内部腐蚀。

所述金属密封层37设置在所述第二环氧密封层36，主要对所述温度传感器34与所述温场监测电缆3的连接点起物理防护作用，避免浅层地温场监测装置在安装及工作过程中，所述温度传感器34与孔壁或其他设备发生直接碰撞。

本申请提供的浅层地温场监测装置，所述温度传感器34在所述换热监测区31上的设置密度为10～15米/个；所述温度传感器34在所述换热影响监测区32上的设置密度为2米/个；所述温度传感器34在所述原始地温监测区33上的设置密度为5米/个。

本申请实施例中，地源热泵换热区域的温度梯度变化较小，所述保护管1内各区域的温度差异较小，故在所述换热监测区31上设置所述温度传感器34的密度为10～15米/个，在保证准确监测地源热泵换热区域温度的情况下，尽量设置密度较低的温度传感器34，减少监测装置的生产成本。

进一步的，在换热影响区域的温度梯度变化较大，为了准确监测换热影响局域的温度，在所述换热影响监测区32上设置所述温度传感器34的密度为2米/个。

进一步的，在原始地温区域的温度温度梯度变化处于换热影响区域和地源热泵换热区域的温度梯度变化之间，在所述原始地温监测区33设置的所述温度传感器34密度为5米/个。但是不局限于密度为5米/个，根据传感器性能不同，密度可以适应性调整，目的是保证所述温度传感器34的设置密度可以保证温度监测的准确性。

图6为一种浅层地温场监测装置的定位器结构示意图；

本申请提供的浅层地温场监测装置，所述定位器5包括连接头51和定位杆52，所述连接头51连接所述定位杆52。

所述连接头51活动连接所述保护管1的底端，所述定位杆52连接所述温场监测电缆3的所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33。

本申请实施例中，所述定位器5包括连接头51和定位杆52，所述连接头51和所述定位杆52为一体成型结构，所述定位器5采用圆形钢材制成，但是不局限于圆形钢材，还可以为其他材料，如PE材料。所述定位器5主要用于固定所述温场监测电缆3的所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33，需要有一定的支撑强度。而且，所述定位器5处理地源热泵换热孔，故所述定位器5需要具有一定的抗腐蚀性能。

在所述保护管1的底端设置有连接孔，所述连接头51可以活动连接所述保护管1底端的连接孔。

本申请提供的浅层地温场监测装置，所述保护管1内填充有作为导热介质的液态耦合剂。

本申请实施例中，所述保护管1内填充的液态耦合剂为水，但是不局限于用水作为导热介质，还可以为其他导热介质。水的比热容较大，化学性质稳定，是作为导热介质的理想介质。

本申请提供一种浅层地温场监测装置，包括保护管1、设置在保护管内部的多根换热管2、温场监测电缆3、管卡4和定位器5；多根所述换热管2之间通过所述管卡4连接，所述定位器5连接所述保护管1底端；所述温场监测电缆3上设置有多个温度传感器34；所述温场监测电缆3被依次划分为换热监测区31、换热影响监测区32和原始地温监测区33；所述换热监测区31通过所述管卡4固定在所述换热管2上；所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33连接所述定位器5。

将设置在浅层地温能开采孔中的所述温场监测电缆3划分为所述换热监测区31、所述换热影响监测区32和所述原始地温监测区33三个测温区域，分别监测三个不同的区域，其中，所述换热监测区31上的所述温度传感器34监测地源热泵换热区域的温度，所述换热影响监测区32上的所述温度传感器34监测换热影响区域的温度；所述原始地温监测区33上的所述温度传感器34监测原始地温区域的温度。

只需在浅层低温能开采孔中设置监测装置，即可以同时实现地源热泵换热区域、换热影响区域和原始地温区域的温度监测。避免传统地质环境监测系统需要设置三个监测孔，本申请提供的监测装置不仅可以降低地质环境监测成本，而且克服传统地质环境监测系统的原始地温监测孔与换热孔距离较远，带来浅层地温层温场监测不准确的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种浅层地温场监测装置，包括保护管(1)和设置在保护管(1)内部的多根换热管(2)，其特征在于，还包括温场监测电缆(3)、管卡(4)和定位器(5)；多根所述换热管(2)之间通过所述管卡(4)连接，所述定位器(5)连接所述保护管(1)底端；

所述温场监测电缆(3)上设置有多个温度传感器(34)，所述温场监测电缆(3)被依次划分为换热监测区(31)、换热影响监测区(32)和原始地温监测区(33)；

所述换热监测区(31)通过所述管卡(4)固定在所述换热管(2)上，所述换热监测区(31)上的所述温度传感器(34)监测地源热泵换热区域的温度；所述换热影响监测区(32)和所述原始地温监测区(33)连接所述定位器(5)，所述换热影响监测区(32)上的所述温度传感器(34)监测换热影响区域的温度；所述原始地温监测区(33)上的所述温度传感器(34)监测原始地温区域的温度。

2.根据权利要求1所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，所述保护管(1)底部设置有线孔(11)和密封圈(12)；

所述温场监测电缆(3)穿过所述线孔(11)，所述温场监测电缆(3)和所述线孔(11)之间设置所述密封圈(12)。

3.根据权利要求1所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，所述换热监测区(31)的长度等于所述换热管(2)的长度，所述换热影响监测区(32)的长度为8～15米，所述原始地温监测区(33)的长度为15～22米。

4.根据权利要求1所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，在所述温度传感器(34)和所述温场监测电缆(3)的连接点从里至外依次设置第一环氧密封层(35)、第二环氧密封层(36)和金属密封层(37)。

5.根据权利要求4所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，所述温度传感器(34)在所述换热监测区(31)上的设置密度为10～15米/个；所述温度传感器(34)在所述换热影响监测区(32)上的设置密度为2米/个；所述温度传感器(34)在所述原始地温监测区(33)上的设置密度为5米/个。

6.根据权利要求1所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，所述定位器(5)包括连接头(51)和定位杆(52)，所述连接头(51)连接所述定位杆(52)；

所述连接头(51)活动连接所述保护管(1)的底端，所述定位杆(52)连接所述温场监测电缆(3)的所述换热影响监测区(32)和所述原始地温监测区(33)。

7.根据权利要求1所述的浅层地温场监测装置，其特征在于，所述保护管(1)内填充有作为导热介质的液态耦合剂。

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