一種地下巖土體熱物性測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種地下巖土體熱物性測試裝置，該裝置包括電加熱水箱、變頻循環(huán)水泵、測量控制裝置。電加熱水箱內(nèi)設(shè)有三層均溫擋板，該電加熱水箱一側(cè)的上部設(shè)有進水管，其下部設(shè)有出水管；出水管通過變頻循環(huán)水泵經(jīng)地埋管與進水管相連；變頻循環(huán)水泵與地埋管相接的管路上依次設(shè)有流量傳感器、溫度及壓力傳感器Ⅰ；地埋管與進水管相接的管路上設(shè)有溫度及壓力傳感器Ⅱ；測量控制裝置包括內(nèi)置濾波器的變頻器、PID調(diào)節(jié)器和采集設(shè)備；變頻器通過PID調(diào)節(jié)器與采集設(shè)備相連，該采集設(shè)備分別與流量傳感器、溫度及壓力傳感器Ⅰ、溫度及壓力傳感器Ⅱ相連。本實用新型不但測試穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且自動化程度高，較容易得到更為精確的巖土體熱物性參數(shù)。
【專利說明】一種地下巖土體熱物性測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及淺層土壤能利用領(lǐng)域，尤其涉及一種地下巖土體熱物性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤源熱泵系統(tǒng)具有適用范圍廣、可靠性高、壽命長、政策支持度高等特點，自“十一五”以來得到快速發(fā)展。而作為土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計及研究過程中最基本的巖土體的熱物性參數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)λ、擴散率α和比熱容c等)的準(zhǔn)確獲取，一直是土壤源熱泵技術(shù)基礎(chǔ)研究和工程實踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重難點。
[0003]國際地源熱泵協(xié)會(IGSHPA)的標(biāo)準(zhǔn)、美國采暖制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)手冊、國際能源機構(gòu)(IEA)及《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50366-2009)都推薦恒熱流法測試巖土體的熱物性，該方法是以線/柱熱源傳熱模型為數(shù)學(xué)模型，利用測量得到的溫度場或換熱量來反解熱物性參數(shù)，核心在于選擇合適的鉆孔換熱量并保持該換熱量的基本恒定。
[0004]從已有文獻報道來看，目前國內(nèi)開發(fā)研制的熱物性測試設(shè)備從結(jié)構(gòu)設(shè)計、冷熱源選擇、數(shù)據(jù)采集處理、安全運行、自動化程度等方面進行了不斷改進，但對如何保證換熱量恒定的研制工作卻涉及較少。現(xiàn)場測試時，測試裝置受外界環(huán)境變化影響如循環(huán)水泵發(fā)熱、電壓波動、氣溫波動(晝夜溫差大的西北地區(qū)更甚)等使得實際換熱量不斷變化，且隨著測試時間影響程度不斷加大，導(dǎo)致測試條件與模型假設(shè)相差較大，增加測試數(shù)據(jù)分析處理難度的同時也大大降低了熱物性參數(shù)準(zhǔn)確程度。因此，尋求一種能夠保持換熱量基本恒定且自控程度較高的熱物性測試裝置，以大幅降低外界環(huán)境變化影響程度，使測試條件更接近于數(shù)學(xué)物理模型假設(shè)，對于提高土壤源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計的準(zhǔn)確性和便利性具有重大現(xiàn)實意義。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的地下巖土體熱物性測試裝置。
[0006]為解決上述問題，本實用新型所述的一種地下巖土體熱物性測試裝置，其特征在于:該裝置包括電加熱水箱、變頻循環(huán)水泵、測量控制裝置；所述電加熱水箱內(nèi)設(shè)有三層均溫擋板，該電加熱水箱一側(cè)的上部設(shè)有進水管，其下部設(shè)有出水管；所述出水管通過所述變頻循環(huán)水泵經(jīng)地埋管與所述進水管相連；所述變頻循環(huán)水泵與所述地埋管相接的管路上依次設(shè)有流量傳感器、溫度及壓力傳感器I ;所述地埋管與所述進水管相接的管路上設(shè)有溫度及壓力傳感器II ;所述測量控制裝置包括內(nèi)置濾波器的變頻器、PID調(diào)節(jié)器和采集設(shè)備；所述變頻器通過所述PID調(diào)節(jié)器與所述采集設(shè)備相連，該采集設(shè)備分別與所述流量傳感器、所述溫度及壓力傳感器1、所述溫度及壓力傳感器II相連。
[0007]所述三層均溫擋板為鋁制多孔擋板，且呈平行錯位設(shè)置。[0008]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0009]1、本實用新型在電加熱水箱中設(shè)置了均溫擋板，可大范圍上控制了主要熱源的穩(wěn)定輸出。
[0010]2、本實用新型測量控制裝置根據(jù)預(yù)設(shè)及實際換熱量偏差，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器控制變頻器進而控制循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整循環(huán)流量，實現(xiàn)鉆孔換熱量的穩(wěn)定控制。
[0011]3、本實用新型變頻器及各傳感器與測量控制裝置相連形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，并通過該閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)調(diào)整水流量，確?？倱Q熱量的恒定，不但測試穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且自動化程度高，較容易得到更為精確的巖土體熱物性參數(shù)。
[0012]4、本實用新型為巖土體熱物性參數(shù)的解析提供了更接近于恒熱流傳熱模型的假設(shè)條件，解決了目前地下巖土體熱物性現(xiàn)場測試過程中存在的鉆孔換熱量波動較大、難以符合傳熱模型假設(shè)條件導(dǎo)致測試結(jié)果準(zhǔn)確程度不足的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0014]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:I一電加熱水箱 2—出水管 3—變頻循環(huán)水泵 4一變頻器5—進水管 61—溫度及壓力傳感器I 62—流量傳感器 63—溫度及壓力傳感器II 7—測量控制裝置8—均溫擋板9一PID調(diào)節(jié)器10—采集設(shè)備。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，一種地下巖土體熱物性測試裝置，該裝置包括電加熱水箱1、變頻循環(huán)水泵3、測量控制裝置7。電加熱水箱I內(nèi)設(shè)有三層均溫擋板8，該電加熱水箱I 一側(cè)的上部設(shè)有進水管5，其下部設(shè)有出水管2 ;出水管2通過變頻循環(huán)水泵3經(jīng)地埋管與進水管5相連；變頻循環(huán)水泵3與地埋管相接的管路上依次設(shè)有流量傳感器62、溫度及壓力傳感器
I61 ;地埋管與進水管5相接的管路上設(shè)有溫度及壓力傳感器II 63 ;測量控制裝置7包括內(nèi)置濾波器的變頻器4、PID調(diào)節(jié)器9和采集設(shè)備10 ;變頻器4通過PID調(diào)節(jié)器9與采集設(shè)備10相連，該采集設(shè)備10分別與流量傳感器62、溫度及壓力傳感器I 61、溫度及壓力傳感器II 63相連。
[0017]其中:三層均溫擋板8為鋁制多孔擋板，且呈平行錯位設(shè)置。
[0018]實施例甘肅地區(qū)某土壤源熱泵工程，應(yīng)用建筑面積為11000m2，地埋管采用規(guī)格為DN32X3.0的雙U型PE管，單口井深100m，按規(guī)范要求采用本實用新型進行熱物性測試。
[0019]先向設(shè)有均溫擋板8的電加熱水箱I中注滿水，使水溫與地埋管水溫接近；再將該地埋管兩端與出水管2、進水管5正確連接，并做好管道保溫；然后連接好總電源，加熱功率設(shè)為6kW，開啟變頻循環(huán)水泵3，初始流速設(shè)為0.42m/s，測量控制裝置7通過流量傳感器62、溫度及壓力傳感器I 61、溫度及壓力傳感器II 63采集出水管2、進水管5處的溫度、流量、壓力參數(shù)，頻率為300s/次，同時以6kW為參照，根據(jù)自動算出的實際換熱量，內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器9控制變頻器4進而控制變頻循環(huán)水泵3轉(zhuǎn)速，調(diào)整循環(huán)流量，整個測試時間為72h。
[0020]測試完成后，讀取相關(guān)參數(shù)記錄，按恒熱流傳熱模型計算分析巖土體熱物性即可。
【權(quán)利要求】
1.一種地下巖土體熱物性測試裝置，其特征在于:該裝置包括電加熱水箱(I)、變頻循環(huán)水泵(3)、測量控制裝置(7);所述電加熱水箱(I)內(nèi)設(shè)有三層均溫擋板(8)，該電加熱水箱(I) 一側(cè)的上部設(shè)有進水管(5)，其下部設(shè)有出水管(2);所述出水管(2)通過所述變頻循環(huán)水泵(3 )經(jīng)地埋管與所述進水管(5 )相連；所述變頻循環(huán)水泵(3 )與所述地埋管相接的管路上依次設(shè)有流量傳感器(62)、溫度及壓力傳感器I (61);所述地埋管與所述進水管(5)相接的管路上設(shè)有溫度及壓力傳感器II (63);所述測量控制裝置(7)包括內(nèi)置濾波器的變頻器(4)、PID調(diào)節(jié)器(9)和采集設(shè)備(10);所述變頻器(4)通過所述PID調(diào)節(jié)器(9)與所述采集設(shè)備(10)相連，該采集設(shè)備(10)分別與所述流量傳感器(62)、所述溫度及壓力傳感器I (61)、所述溫度及壓力傳感器II (63)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地下巖土體熱物性測試裝置，其特征在于:所述三層均溫擋板(8)為鋁制多孔擋板，且呈平行錯位設(shè)置。
【文檔編號】G01N25/20GK203688481SQ201320863452
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】蔡肖, 侯文虎, 何忠茂, 王永亮 申請人:甘肅土木工程科學(xué)研究院