一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于地源熱物理領(lǐng)域，涉及一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備。本發(fā)明包括數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置，還包括：兩個(gè)循環(huán)管路，用于輸送循環(huán)介質(zhì)；熱電制冷裝置，和兩個(gè)循環(huán)管路上的換熱器相連，用于同時(shí)向兩個(gè)循環(huán)管路輸送熱量和冷量；直流穩(wěn)壓電源，與熱電制冷裝置連接，用來(lái)為熱電制冷裝置供電。本發(fā)明巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，配備了熱電制冷裝置，可以同時(shí)輸出熱量和冷量，將兩個(gè)循環(huán)管路分別與兩個(gè)熱交換井連接，可以分別對(duì)兩個(gè)熱交換井進(jìn)行取熱和放熱兩種工況的熱響應(yīng)測(cè)試。
【專利說(shuō)明】一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地源熱物理領(lǐng)域，涉及一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]地源熱泵技術(shù)以其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，但該技術(shù)在推廣應(yīng)用過(guò)程中面臨一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題，即地層熱物性參數(shù)的確定。目前很多地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的地層熱物性參數(shù)都來(lái)自于室內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)，甚至相當(dāng)一部分工程設(shè)計(jì)僅依靠經(jīng)驗(yàn)和估算，為此2009年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50366-2005，2009年版)中修訂增加了原位熱響應(yīng)測(cè)試方面的要求。
[0003]熱響應(yīng)測(cè)試是一種將實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，來(lái)推導(dǎo)出一定深度內(nèi)巖土體綜合熱物性參數(shù)的測(cè)試方法。進(jìn)行熱響應(yīng)測(cè)試前需完成測(cè)試鉆孔的施工，并埋設(shè)好換熱器。測(cè)試孔的深度及埋管換熱器的類型需提前進(jìn)行初步設(shè)計(jì)以避免系統(tǒng)施工時(shí)發(fā)生較大改變。熱響應(yīng)測(cè)試時(shí)，測(cè)試設(shè)備通過(guò)循環(huán)管路將冷量或熱量持續(xù)輸送到埋管換熱器內(nèi)，同時(shí)記錄管路內(nèi)循環(huán)水的溫度及流量等相關(guān)數(shù)據(jù)，測(cè)試完畢之后根據(jù)循環(huán)水的溫度變化情況，反推出埋管換熱器周圍巖土體的相關(guān)熱物性參數(shù)。
[0004]自1996年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備以來(lái)，已有20多個(gè)國(guó)家研制了相同或相近的設(shè)備；而國(guó)內(nèi)自2000年之后，也有相關(guān)科研院所和企業(yè)單位先后開始研制巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備。
[0005]目前熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備多采用電加熱器作為熱源，可以完成夏季制冷工況(向地下輸送熱量)測(cè)試，而冬季供暖工況下相關(guān)參數(shù)只能通過(guò)軟件模擬推算得出。隨后也出現(xiàn)了采用熱泵作為冷熱源的測(cè)試設(shè)備，可以進(jìn)行夏季制冷和冬季供暖兩個(gè)工況的測(cè)試，但是在進(jìn)行冬季供暖工況的測(cè)試時(shí)，必須采用熱泵作為冷源。由于熱泵的運(yùn)行機(jī)理限制，熱泵從循環(huán)水中提取到的熱量需要通過(guò)冷凝管和風(fēng)機(jī)排放到環(huán)境空氣中，因此循環(huán)水溫度就不可避免的會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。同時(shí)熱泵的制冷效率也會(huì)隨環(huán)境溫度產(chǎn)生變化，在不采用輔助熱源控制的情況下，測(cè)試設(shè)備的輸出功率及循環(huán)水溫度均會(huì)隨環(huán)境氣溫變化而呈現(xiàn)出較大的起伏。另外，由于熱泵通常具有較大的重量和體積，采用熱泵作為冷熱源的熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備通常只能安裝在廂式貨車的車廂內(nèi)，作為車載式測(cè)試設(shè)備，整體成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，該設(shè)備能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)熱交換井分別進(jìn)行取熱和放熱兩種工況的熱響應(yīng)測(cè)試，并且能夠精確控制冷/熱源的輸出功率，提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度，以解決現(xiàn)有熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試精度差，效率低的缺陷。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，包括數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置，其特征為所述設(shè)備還包括:
[0008]兩個(gè)循環(huán)管路，用于輸送循環(huán)介質(zhì)；[0009]熱電制冷裝置，和兩個(gè)循環(huán)管路上的換熱器相連，用于同時(shí)向兩個(gè)循環(huán)管路輸送熱量和冷量；
[0010]直流穩(wěn)壓電源，用來(lái)為熱電制冷裝置供電。
[0011]進(jìn)一步的，上述技術(shù)方案中，還可包括配備散熱風(fēng)扇的換熱器，設(shè)置在其中一個(gè)循環(huán)管路上，在進(jìn)行單個(gè)熱交換井測(cè)試時(shí)，用于將另外一個(gè)未連接熱交換井的循環(huán)管路中的熱量或冷量排放到環(huán)境空氣中。
[0012]進(jìn)一步的，上述設(shè)備還可以包括一個(gè)功率調(diào)整裝置，分別與數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置和直流穩(wěn)壓電源相連，用于精確控制熱電制冷裝置的輸出功率。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，配備了熱電制冷裝置，可以同時(shí)輸出熱量和冷量，將兩個(gè)循環(huán)管路分別與兩個(gè)熱交換井連接，可以分別對(duì)兩個(gè)熱交換井進(jìn)行取熱和放熱兩種工況的熱響應(yīng)測(cè)試；若只連接一個(gè)熱交換井，則可以利用配備散熱風(fēng)扇的換熱器將另一個(gè)循環(huán)管路中多余的熱量或冷量排放到周圍環(huán)境中；采用本發(fā)明巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備可以通過(guò)控制熱電制冷裝置的供電電壓來(lái)精確控制設(shè)備輸出的冷量和熱量，這樣既可以控制循環(huán)管路進(jìn)出井口的溫差恒定，也可以控制循環(huán)管路的進(jìn)井溫度恒定，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試目的；另外，采用本發(fā)明的測(cè)試設(shè)備既可以安裝到廂式貨車的車廂內(nèi)，作為車載式熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備使用，可以將各部分組件獨(dú)立封裝，作為便攜式測(cè)試設(shè)備使用，以適應(yīng)不同的測(cè)試環(huán)境，更加方便實(shí)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為熱電制冷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為熱電制冷裝置的控制原理示意圖；
[0017]圖4為使用本發(fā)明測(cè)試設(shè)備進(jìn)行雙工況熱響應(yīng)測(cè)試示意圖；
[0018]圖5為使用本發(fā)明測(cè)試設(shè)備進(jìn)行單工況熱響應(yīng)測(cè)試示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備其具體的實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0020]請(qǐng)參閱圖1所示，是本發(fā)明提出的巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，其主要包括兩個(gè)循環(huán)管路，管路系統(tǒng)I包括至少一個(gè)排氣裝置2，一個(gè)循環(huán)水泵6、水泵前至少一個(gè)溫度傳感器3和過(guò)濾器5、水泵后至少一個(gè)溫度傳感器8和單向閥7，一個(gè)換熱器9、換熱器后至少一個(gè)溫度傳感器10和一個(gè)壓力傳感器11，一個(gè)電磁流量計(jì)12、電磁流量計(jì)后一個(gè)溫度傳感器13 ;管路系統(tǒng)II包括至少一個(gè)排氣裝置16，一個(gè)循環(huán)水泵20、水泵前至少一個(gè)溫度傳感器17和過(guò)濾器19、水泵后至少一個(gè)溫度傳感器22和單向閥21，一個(gè)換熱器23、換熱器后至少一個(gè)溫度傳感器24和一個(gè)壓力傳感器25，一個(gè)電磁流量計(jì)26、電磁流量計(jì)后一個(gè)溫度傳感器27。
[0021]熱電制冷裝置29，和兩個(gè)循環(huán)管路上的換熱器9及換熱器23相連，用于同時(shí)向兩個(gè)循環(huán)管路輸送熱量和冷量。
[0022]補(bǔ)水水箱4和18，兩個(gè)循環(huán)管路各設(shè)置一個(gè)，用于向循環(huán)管路中補(bǔ)充循環(huán)介質(zhì)。[0023]配備散熱風(fēng)扇的換熱器32，設(shè)置在循環(huán)管路II上，用于將循環(huán)管路II中的熱量或冷量排放到周圍環(huán)境空氣中。
[0024]閥門1、14、15、28、30、31，用于控制循環(huán)管路中循環(huán)介質(zhì)的流向。
[0025]數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置34，采集、存儲(chǔ)所有溫度、流量和壓力傳感器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置34與功率調(diào)整裝置33相連，通過(guò)直流穩(wěn)壓電源35調(diào)節(jié)熱電制冷裝置29的輸出功率.[0026]直流穩(wěn)壓電源35，用來(lái)為熱電制冷裝置供電。
[0027]各種傳感器包括:溫度傳感器3、8、10、13、17、22、24、27，用于采集循環(huán)管路各測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)；壓力傳感器11和25，用于采集兩個(gè)循環(huán)管路的壓力數(shù)據(jù)；電磁流量計(jì)12、26，用于采集循環(huán)管路的流速數(shù)據(jù)；
[0028]請(qǐng)參閱圖2所示，是熱電制冷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。熱電制冷裝置主要由若干組熱電制冷片36并聯(lián)作為熱量和冷量的輸出裝置，兩片導(dǎo)熱金屬片37和38分別緊貼在熱電制冷片兩側(cè)，以便于將熱電制冷片產(chǎn)生的熱量和冷量快速的傳遞給與導(dǎo)熱金屬片相接觸的換熱器9和23。
[0029]請(qǐng)參閱圖3所示，是熱電制冷裝置的控制原理示意圖。首先由數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置34，采集記錄循環(huán)管路I出井口溫度傳感器3和入井口溫度傳感器13的溫度數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)傳輸給功率調(diào)整裝置33，功率調(diào)整裝置可以根據(jù)溫度數(shù)據(jù)精確控制熱電制冷裝置29的輸入電壓，從而控制熱電制冷裝置29的輸出功率。
[0030]請(qǐng)參閱圖4所示，是使用本發(fā)明測(cè)試設(shè)備進(jìn)行雙工況熱響應(yīng)測(cè)試示意圖。測(cè)試之前，首先要在測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行熱交換孔的施工，鉆孔的直徑、深度及埋管換熱器的類型、尺寸應(yīng)和實(shí)際設(shè)計(jì)相一致。兩個(gè)熱交換孔內(nèi)的埋管換熱器在清洗完管內(nèi)雜物之后，分別和測(cè)試設(shè)備的循環(huán)管路1、II的進(jìn)出口相連接。關(guān)閉閥門30和31，其他閥門全部開啟，循環(huán)管路
1、II分別和兩個(gè)熱交換井中的埋管換熱器組成兩個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。在未擾動(dòng)溫度測(cè)試結(jié)束以后，即可接通熱電制冷裝置的電源，進(jìn)行熱響應(yīng)測(cè)試。熱電制冷裝置將產(chǎn)生的熱量和冷量，分別通過(guò)換熱器9和23傳遞給循環(huán)管路I和II，即可同時(shí)對(duì)兩個(gè)熱交換井進(jìn)行取熱和放熱工況的熱響應(yīng)測(cè)試。通過(guò)改變熱電制冷裝置的供電電流方向，可以在取熱/放熱兩種測(cè)試工況之間進(jìn)行切換。
[0031]請(qǐng)參閱圖5所示，其是使用本發(fā)明測(cè)試設(shè)備進(jìn)行單工況熱響應(yīng)測(cè)試示意圖。測(cè)試之前，首先要在測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行熱交換孔的施工，鉆孔的直徑、深度及埋管換熱器的類型、尺寸應(yīng)和實(shí)際設(shè)計(jì)相一致。熱交換孔內(nèi)的埋管換熱器在清洗完管內(nèi)雜物之后，和測(cè)試設(shè)備的循環(huán)管路I的進(jìn)出口相連接。關(guān)閉閥門15和28，其他閥門全部開啟，循環(huán)管路I和熱交換井中的埋管換熱器組成封閉的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)管路II和換熱器32組成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。在未擾動(dòng)溫度測(cè)試結(jié)束以后，即可接通熱電制冷裝置的電源，進(jìn)行熱響應(yīng)測(cè)試。熱電制冷裝置將產(chǎn)生的熱量和冷量，分別通過(guò)換熱器9和23傳遞給循環(huán)管路I和II，這樣熱電制冷裝置一側(cè)產(chǎn)生的熱量或冷量用來(lái)進(jìn)行熱響應(yīng)測(cè)試，另一側(cè)產(chǎn)生的冷量或熱量則通過(guò)換熱器32及其配備的散熱風(fēng)扇排放到環(huán)境空氣中。通過(guò)改變熱電制冷裝置的供電電流方向，可以在取熱/放熱兩種測(cè)試工況之間進(jìn)行切換。
[0032]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，包括數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置，其特征為所述設(shè)備還包括: 兩個(gè)循環(huán)管路，用于輸送循環(huán)介質(zhì)； 熱電制冷裝置，和兩個(gè)循環(huán)管路上的換熱器相連，用于同時(shí)向兩個(gè)循環(huán)管路輸送熱量和冷量； 直流穩(wěn)壓電源，與熱電制冷裝置連接，用來(lái)為熱電制冷裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，其特征為所述設(shè)備還包括: 配備散熱風(fēng)扇的換熱器，設(shè)置在其中一個(gè)循環(huán)管路上，在進(jìn)行單個(gè)熱交換井測(cè)試時(shí)，用于將另外一個(gè)未連接熱交換井的循環(huán)管路中的熱量或冷量排放到環(huán)境空氣中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，其特征還在于所述設(shè)備還包括一個(gè)功率調(diào)整裝置，分別與數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)裝置和直流穩(wěn)壓電源相連，用于精確控制熱電制冷裝置的輸出功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巖土體熱響應(yīng)測(cè)試設(shè)備，其特征還在于其中所述的熱電制冷裝置包括: 多組熱電制冷片，并聯(lián)作為測(cè)試設(shè)備的冷/熱源； 兩片導(dǎo)熱金屬片，緊貼在熱電制冷片的兩側(cè)，用于將熱電制冷片產(chǎn)生的熱量或和冷量傳遞給兩個(gè)循環(huán)管路的換熱器。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103808755SQ201210441003
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】吳曉寒, 王慶華, 王篤禮, 張其昌, 黎良杰 申請(qǐng)人:中航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司