本發(fā)明專利技術(shù)公開了地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，其特征是：在箱體（１）內(nèi)集裝有由排氣閥（１１）、流量傳感變送器（２）、至少一只電加熱管（３）和循環(huán)水泵（１０）、能與水箱連接的三通閥串聯(lián)組成的管路，該管路兩端為能與Ｕ型地下?lián)Q熱器一端相接且設(shè)有第一溫度傳感器（８）的進(jìn)口管（７）和能與Ｕ型地下?lián)Q熱器另一端相接具設(shè)有第二溫度傳感器（５）的出口管（６）。本發(fā)明專利技術(shù)裝置測(cè)得數(shù)據(jù)采用專用的等效管地下耦合傳熱模型程序估計(jì)地下土壤結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)特性。本發(fā)明專利技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)整湊、輕便，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試地下土壤熱傳導(dǎo)特性的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，特別是涉及一種地下 土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。技術(shù)背景土壤源熱泵是利用地表淺層熱能的系統(tǒng)，地下耦合換熱器是土壤 源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。它的熱交換性能決定熱泵系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行能源效率。地下耦合換熱器由土壤結(jié)構(gòu)、鉆孔和u型換熱管組成。一般地，u型換熱管和鉆孔內(nèi)的灌漿材料的熱阻(熱特性參數(shù))，在安裝前通過(guò)材料特性測(cè)試和預(yù)制樣品測(cè)試，可以獲得。土壤結(jié)構(gòu)的熱特性隨地理位置、深度、地下結(jié)構(gòu)特性不同而不同；鉆孔方式也對(duì)地下 土壤結(jié)構(gòu)的特性有較大的影響。所以，難以確定安裝后土壤源熱泵系 統(tǒng)的地下耦合換熱器的換熱性能。在進(jìn)行土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝之前，工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員必須 知道地下耦合換熱器的換熱性能，特別是地下土壤結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性 能。 一般是在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)鉆和安裝一個(gè)地下耦合換熱器U型管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí) 地測(cè)試，目前的地下土壤熱傳導(dǎo)特性測(cè)試裝置僅限于實(shí)驗(yàn)室固定使 用，系統(tǒng)龐大，不便于攜帶。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)整湊、輕便，便于攜 帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試地下土壤熱傳導(dǎo)特性(導(dǎo)熱系數(shù))的地下土壤熱傳 導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng) 測(cè)試裝置，在箱體內(nèi)集裝有由排氣閥、流量傳感變送器、至少一只電 加熱管和循環(huán)水泵、能與水箱連接的三通閥串聯(lián)組成的管路，該管路 兩端為能與U型地下?lián)Q熱器一端相接且設(shè)有第一溫度傳感器的進(jìn)口管 和能與u型地下?lián)Q熱器另一端相接具設(shè)有第二溫度傳感器的出口管。所述的流量傳感變送器為渦輪或電磁流量傳感變送器。所述的第一溫度傳感器和第二溫度傳感器為熱敏電阻、銅(鉬)電 阻或熱電偶溫度傳感器。所述裝置在測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，需用專用的簡(jiǎn)化的等效管地下耦合 傳熱模型對(duì)土壤熱傳導(dǎo)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和參數(shù)估計(jì)。采用上述技術(shù)方案的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，是在土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，讓技術(shù)人員在將要安裝土壤源熱泵系統(tǒng)的位 置對(duì)地下土壤結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的裝置。本裝置的特點(diǎn)1、 結(jié)構(gòu)整湊、輕便，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試；2、簡(jiǎn)化的等效管地下耦合傳熱模型；3、與等效管地下耦合傳熱型結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地層土壤結(jié) 構(gòu)的熱傳導(dǎo)系數(shù)估計(jì)計(jì)算；4、適用于熱泵工程實(shí)施前的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè) 試和工程完工后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試；5、三個(gè)電加熱器可實(shí)現(xiàn)階梯加熱 控制，適用于不同鉆孔深度的U型換熱器。綜上所述，本專利技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)整湊、輕便，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝 測(cè)試地下土壤熱傳導(dǎo)特性的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。 附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是土壤結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)系數(shù)估計(jì)流程圖。具體實(shí)施方式參見圖1，在箱體1內(nèi)集裝有由排氣閥11、流量傳感變送器2、 三只電加熱管3和循環(huán)水泵IO通過(guò)外加保溫的DN25銅管串聯(lián)組成的 管路，該管路兩端分別連接有第一三通閥9和第二三通閥4，第一三 通閥9 一個(gè)接口連接水箱，另一接口連接有與U型地下?lián)Q熱器相接的 進(jìn)口管7，進(jìn)口管7上設(shè)有第一溫度傳感器8，第二三通閥4一個(gè)接 口連接水箱，另一接口連接有與U型地下?lián)Q熱器相接的出口管6，出 口管6上設(shè)有第二溫度傳感器5。所有閥門和管路均保溫。流量傳感變送器2采用渦輪或電磁流量傳感變送器，輸出信號(hào)可 以為脈沖信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)。第一溫度傳感器8和第二溫度 傳感器5溫度傳感器可采用熱敏電阻、銅(鉑)電阻或熱電偶溫度傳感 器。每個(gè)電加熱器3與一個(gè)控制開關(guān)串聯(lián)連接，其功率為400-500W。 三個(gè)電加熱器3的電路并聯(lián)連接，然后接入一個(gè)功率變送器，再連接 到外部電網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)。控制開關(guān)根據(jù)U型換熱器的鉆孔深度 (5-8W/m)手動(dòng)控制電加熱器3的通電個(gè)數(shù)。功率變送器測(cè)量電加熱器 輸出到U型換熱器的電功率，其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)。現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試時(shí)，溫度傳感器、流量變送傳感器和功率變送器的信號(hào)輸出線 與數(shù)據(jù)記錄儀或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。參見圖1和圖2，進(jìn)口管7和出口管6分別與現(xiàn)場(chǎng)的地下耦合U 型換熱器連接。將電加熱器3和循環(huán)水泵10循環(huán)泵與電網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)發(fā) 電機(jī)的輸出線路連接。將流量傳感變送器2、第二溫度傳感器5、第 一溫度傳感器8的傳感器和功率變送器的輸出信號(hào)線與數(shù)據(jù)記錄儀或 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。打開排氣闊11，通過(guò)第一三通閥9和第二 三通閥4從現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好的水箱向測(cè)試裝置注水，直至整個(gè)管路充滿水。將第一三通閥9和第二三通闊4旋至與測(cè)試裝置相通的位置，開啟循 環(huán)水泵10，讓水在測(cè)試裝置和U型換熱器中流動(dòng)。啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄儀或 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄管路系統(tǒng)中水流量、流進(jìn)流出鉆孔中U型換 熱器的水溫和電加熱器消耗的電功率。根據(jù)鉆孔深度閉合電加熱器控制開關(guān)個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔為10-15分鐘，測(cè)試時(shí)間為48-72小 時(shí)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，將測(cè)試紀(jì)錄的地下耦合U型換熱器進(jìn)出口水溫度、 流量和功率的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)用本測(cè)試裝置專門開發(fā)的參數(shù)估計(jì)計(jì)算 程序，估計(jì)出被測(cè)鉆孔位置的地層土壤結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)，還可以計(jì)算出 灌漿鉆孔的熱組。圖2為土壤結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試估計(jì)流程。參數(shù)估計(jì)計(jì)算程序是根據(jù)本專利提出的等效管地下耦合傳熱模 型和參數(shù)估計(jì)方法編制的。等效管地下耦合傳熱模型是將U型換熱器 轉(zhuǎn)換為一根與鉆孔相同深度的立管的等效鉆孔傳熱模型與土壤傳熱 模型耦合求解的模型。將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量歷史數(shù)據(jù)對(duì)等效管地下耦合傳熱模 型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，最后獲得土壤熱傳導(dǎo)系數(shù)和灌漿鉆孔的熱組。權(quán)利要求1、一種地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，其特征是在箱體(1)內(nèi)集裝有由排氣閥(11)、流量傳感變送器(2)、至少一只電加熱管(3)和循環(huán)水泵(10)、能與水箱連接的三通閥串聯(lián)組成的管路，該管路兩端為能與U型地下?lián)Q熱器一端相接且設(shè)有第一溫度傳感器(8)的進(jìn)口管(7)和能與U型地下?lián)Q熱器另一端相接具設(shè)有第二溫度傳感器(5)的出口管(6)。2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置， 其特征是所述的流量傳感變送器(2)為渦輪或電磁流量傳感變送器。3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝 置，其特征是所述的第一溫度傳感器(8)和第二溫度傳感器(5)為熱 敏電阻、銅或鉑電阻或熱電偶溫度傳感器。全文摘要本專利技術(shù)公開了地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，其特征是在箱體(1)內(nèi)集裝有由排氣閥(11)、流量傳感變送器(2)、至少一只電加熱管(3)和循環(huán)水泵(10)、能與水箱連接的三通閥串聯(lián)組成的管路，該管路兩端為能與U型地下?lián)Q熱器一端相接且設(shè)有第一溫度傳感器(8)的進(jìn)口管(7)和能與U型地下?lián)Q熱器另一端相接具設(shè)有第二溫度傳感器(5)的出口管(6)。本專利技術(shù)裝置測(cè)得數(shù)據(jù)采用專用的等效管地下耦合傳熱模型程序估計(jì)地下土壤結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)特性。本專利技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)整湊、輕便，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試地下土壤熱傳導(dǎo)特性的地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。文檔編號(hào)G01N25/18GK101105466SQ200710034950公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日專利技術(shù)者張國(guó)強(qiáng), 陳友明 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種地下土壤熱傳導(dǎo)特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，其特征是：在箱體（１）內(nèi)集裝有由排氣閥（１１）、流量傳感變送器（２）、至少一只電加熱管（３）和循環(huán)水泵（１０）、能與水箱連接的三通閥串聯(lián)組成的管路，該管路兩端為能與Ｕ型地下?lián)Q熱器一端相接且設(shè)有第一溫度傳感器（８）的進(jìn)口管（７）和能與Ｕ型地下?lián)Q熱器另一端相接具設(shè)有第二溫度傳感器（５）的出口管（６）。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳友明，張國(guó)強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：43[中國(guó)|湖南]
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