專利名稱:一種地源熱泵運(yùn)行中土體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種地源熱泵運(yùn)行中土體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地源熱泵試驗(yàn)系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)部分：地源熱泵試驗(yàn)系統(tǒng)由地埋管換熱系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、末端空調(diào)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括地源熱泵運(yùn)行狀況監(jiān)控、土體溫度采集、土體濕度采集、氣象數(shù)據(jù)采集和地下水監(jiān)測五個(gè)子系統(tǒng)。本實(shí)用新型能及時(shí)精確地獲得系統(tǒng)各部分的壓力和管內(nèi)水流量數(shù)據(jù)，確保整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；并且能夠精確計(jì)算出地源熱泵運(yùn)行的各狀態(tài)參數(shù)，可對整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行能耗評價(jià)；并能夠全方位地揭示地源熱泵運(yùn)行中土體熱濕遷移效應(yīng)及其對系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響。
【專利說明】-種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于環(huán)境巖±工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，設(shè)及一種地源熱累運(yùn)行中± 體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 地源熱累（Ground-Source化at Pump,簡稱GSHP)技術(shù)通過地埋管內(nèi)的液體（通 常是水）循環(huán)與地表淺層巖±體進(jìn)行熱量交換，使不能直接利用的巖±低品位熱能轉(zhuǎn)換為 可利用的高品位熱能，是目前開采淺層地能中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。其工作原理為： 地表10m深度W下的巖±層溫度不受外界氣候的影響，能全年基本保持穩(wěn)定；利用巖±層 的該一特性，冬季將其作為熱累的熱源，將±壤中的熱量提取出來，利用能量轉(zhuǎn)換對室內(nèi)供 熱，同時(shí)將熱累系統(tǒng)排放的冷量儲存于地下W供夏季使用；相反，在夏季則將其作為熱累的 冷源，吸收室內(nèi)的熱量釋放到±壤中，達(dá)到制冷效果，同時(shí)為冬季儲存熱量。在該一過程中， 熱交換對巖±介質(zhì)產(chǎn)生復(fù)雜的影響，±體的溫度場發(fā)生變化引起水分發(fā)生遷移，改變±體 含水量，而含水量的變化又引起±的比熱容、熱導(dǎo)率及熱擴(kuò)散率發(fā)生變化，從而影響熱量的 傳輸過程。同時(shí)，在地源熱累運(yùn)行中，除了熱交換的影響，地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等環(huán)境因 素也會顯著影響±壤的熱濕遷移過程，從而最終影響到地源熱累系統(tǒng)的運(yùn)行特性。目前， 現(xiàn)有的研究成果都集中于地埋管周圍±壤溫度的變化，對其濕度場變化規(guī)律的研究未見報(bào) 道，更未考慮到地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等環(huán)境因素對±壤熱濕遷移效應(yīng)的影響。實(shí)際上，地 源熱累運(yùn)行中地埋管換熱器與巖±層的熱交換是一個(gè)復(fù)雜的熱濕禪合傳熱傳質(zhì)過程，為了 更直觀地了解地源熱累運(yùn)行中±體的熱濕遷移特性及其對系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響，有必要設(shè) 計(jì)一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，W便揭示±壤溫度場、濕度場在地源 熱累運(yùn)行過程中的特征變化規(guī)律。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕 遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)。其技術(shù)方案如下：
[0004] 一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)、運(yùn)行 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)部分：地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)由地埋管換熱系統(tǒng)、熱累機(jī)組、末端空調(diào) 系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括地源熱累運(yùn)行狀況監(jiān)控、±體溫度采 集、±體濕度采集、氣象數(shù)據(jù)采集和地下水監(jiān)測五個(gè)子系統(tǒng)。
[0005] 地埋管換熱系統(tǒng)采用橫、豎復(fù)合方式，地埋管換熱系統(tǒng)分為A、B、C S個(gè)區(qū)域；A區(qū) 包括A1、A2、A3、A4、A5、A6六個(gè)豎直埋管熱交換器，其中A3?A6與B區(qū)、C區(qū)的流量和換熱 功率保持均衡，A1、A2與總集水器直接連接（可獨(dú)立控制），為實(shí)驗(yàn)平臺后期試驗(yàn)預(yù)留相關(guān) 功能及輔助熱交換作用；B區(qū)包括B1、B2、B3、B4四個(gè)豎直埋管熱交換器；C區(qū)包括C1、C2、 C3、C4四個(gè)橫埋管熱交換器。
[0006] 優(yōu)選地，地埋管換熱系統(tǒng)采用對稱設(shè)計(jì)，左右兩邊管路同程布置，同時(shí)在每組管道 分水器上安裝流量計(jì)和控制閥，對每個(gè)熱交換器的的流量進(jìn)行有效控制；采用4 50mm的高 密度聚己締（皿陽）管作為主管（橫截面積1314mm2)水平全程鋪設(shè)，使管內(nèi)流動(dòng)水阻降至 最低；使用分水器分流至4根4 25mm的皿陽管（總橫截面積；4X 328. 4 = 1314mm2)，在每 根4 25mm的皿PE分管處，安裝控制閥口，設(shè)置管道井。
[0007] 優(yōu)選地，豎直埋管熱交換器均采用單U型皿陽管，內(nèi)徑d) = 25mm ;在A區(qū)矩形布 置6 口豎井，B區(qū)線形布置4日豎井，鉆井深度為32m，間距為5m，鉆井直徑130mm。
[000引優(yōu)選地，橫埋管熱交換器在主管的兩側(cè)，呈"串"字形布置；在C區(qū)共布置了 4組換 熱器，每組間距為4. Om ;每組為單層水平雙管，管間距為1. Om，埋深為2. 5m ;組間采用并聯(lián) 同程式；管材為高密度聚己締皿PE管，內(nèi)徑4 = 25mm，管子周圍為半無限大±壤層。
[0009] 優(yōu)選地，所述熱累機(jī)組采用江蘇滿藝商用空調(diào)有限公司生產(chǎn)的水-水式水源熱累 機(jī)組，型號為HYSS090RA-JF。
[0010] 優(yōu)選地，所述末端空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管，選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組式水 溫空調(diào)系統(tǒng)，型號為SK-14。
[0011] 優(yōu)選地，所述輔助系統(tǒng)包括各種閥口、循環(huán)水累、控制柜和集水器、分水器。
[0012] 優(yōu)選地，所述地源熱累運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)包括傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分。傳感器部 分；管內(nèi)循環(huán)水流量采用DN250型智能電磁流量計(jì)進(jìn)行測量，一共布置了 8個(gè)流量計(jì)，分別 安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨?，②A區(qū)入水口，⑨B區(qū)入水口，④C區(qū)入水口，⑥A1管入 水口，⑧A5管入水口，⑦B1管入水口，⑨C3管入水口；管內(nèi)循環(huán)水壓力采用YBP-802防水型 壓力（液位）傳感器進(jìn)行測定，一共布置了 8個(gè)壓力傳感器，與流量計(jì)配套形成水壓力、流 量測定系統(tǒng)，安裝位置同流量計(jì)；進(jìn)、出口水溫采用防水型DS18b20溫度傳感器進(jìn)行測定， 一共布置了 8組溫度傳感器，分別安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨诤涂偦厮?；②A區(qū)入 水口和回水口；⑨B區(qū)入水口和回水口；④C區(qū)入水口和回水口；⑥A1管入水口和回水口； ⑧A5管入水口和回水口；⑦B1管入水口和回水口；⑨C3管入水口和回水口。數(shù)據(jù)采集部 分由計(jì)算機(jī)、可編程控制器和RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)組成，包括A區(qū)溫度模塊、B區(qū)溫度模塊、 C區(qū)溫度模塊和流量與壓力模塊。其工作原理為；通過各路控制器對各傳感器的現(xiàn)場信號 進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集數(shù)據(jù)和信號通過RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將 數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。輸入熱累機(jī)組壓縮機(jī)的電流與電 壓均采用便攜式萬用表進(jìn)行測量。
[0013] 優(yōu)選地，所述±體溫度采集系統(tǒng)采用PT100銷電阻溫度計(jì)（JMT-36C)和 JMZR-2000T多點(diǎn)無線溫度自動(dòng)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元（計(jì)算機(jī)）、采集單元（包括采 集模塊、電源模塊及全密封箱等）組成，可實(shí)現(xiàn)64通道多點(diǎn)溫度全自動(dòng)采集。
[0014] 優(yōu)選地，所述±體濕度采集系統(tǒng)采用美國SEC(SoilmoisUire Equipment Co;rp.) 公司生產(chǎn)的MiniTrase水分測定系統(tǒng)，其主體設(shè)備由TDR探針（同軸電纜）、脈沖發(fā)射器、 多路擴(kuò)展板機(jī)箱和顯示控制器（Ipad或計(jì)算機(jī)）組成；該系統(tǒng)利用時(shí)域反射儀（TDR探針） 快速測量±壤及其它潮濕介質(zhì)的體積含水量，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集和存儲。
[0015] 優(yōu)選地，所述氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PC-4型便攜式陽光氣象站，可采集溫度、濕 度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽福射、降雨量、蒸發(fā)量等多項(xiàng)氣象信息，內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存儲器可連續(xù) 存儲60天氣象數(shù)據(jù)；通過RS232/RS485/USB等標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與筆記本電腦在現(xiàn)場讀取數(shù) 據(jù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述地下水監(jiān)測系統(tǒng)通過在±壤中埋設(shè)PVC水位管，利用水位計(jì)進(jìn)行定 期監(jiān)測。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0018] (1)對地源熱累系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)精確地獲得系統(tǒng)各部分的 壓力和管內(nèi)水流量數(shù)據(jù)，確保整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；并且能夠精確計(jì)算出地源熱累運(yùn)行 的各狀態(tài)參數(shù)，可對整個(gè)地源熱累系統(tǒng)進(jìn)行能耗評價(jià)。
[0019] 似對地埋管周圍的溫度、濕度場進(jìn)行了全面監(jiān)控，并對地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等 環(huán)境影響因素也進(jìn)行了監(jiān)測，能夠全方位地揭示地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)及其對 系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響。

【附圖說明】

[0020] 圖1是本實(shí)用新型地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)的組成圖；
[0021] 圖2是本實(shí)用新型地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)方法的流程圖；
[0022] 圖3是本實(shí)用新型的地埋管換熱系統(tǒng)布置平面圖；
[0023] 圖4是本實(shí)用新型的橫埋管換熱器水路循環(huán)圖；
[0024] 圖5是本實(shí)用新型的±體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測孔平面布置圖；
[002引圖6是本實(shí)用新型的±體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測孔剖面圖，其中，圖6a)豎埋管A5-1剖面， 圖化）豎埋管A5-2剖面，圖6c)豎埋管B1-1剖面，圖6d)豎埋管B1-2剖面。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027] 參照圖1-圖6, 一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括地源熱累 試驗(yàn)系統(tǒng)1、運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2兩個(gè)部分；地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)1由地埋管換熱系統(tǒng) 3、熱累機(jī)組4、末端空調(diào)系統(tǒng)5和輔助系統(tǒng)6組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2包括地源熱 累運(yùn)行狀況監(jiān)控7、±體溫度采集8、±體濕度采集9、氣象數(shù)據(jù)采集10和地下水監(jiān)測11五 個(gè)子系統(tǒng)。
[002引地埋管換熱系統(tǒng)3采用橫、豎復(fù)合方式，地埋管換熱系統(tǒng)分為A、B、CS個(gè)區(qū)域；A 區(qū)包括A1、A2、A3、A4、A5、A6六個(gè)豎直埋管熱交換器，其中A3?A6與B區(qū)、C區(qū)的流量和 換熱功率保持均衡，A1、A2與總集水器直接連接（可獨(dú)立控制），為實(shí)驗(yàn)平臺后期試驗(yàn)預(yù)留 相關(guān)功能及輔助熱交換作用；B區(qū)包括B1、B2、B3、B4四個(gè)豎直埋管熱交換器；C區(qū)包括C1、 C2、C3、C4四個(gè)橫埋管熱交換器。
[0029] 地埋管換熱系統(tǒng)采用對稱設(shè)計(jì)，左右兩邊管路同程布置，同時(shí)在每組管道分水器 上安裝流量計(jì)和控制閥，對每個(gè)熱交換器的的流量進(jìn)行有效控制；采用450mm的高密度聚 己締（皿陽）管作為主管（橫截面積1314mm 2)水平全程鋪設(shè)，使管內(nèi)流動(dòng)水阻降至最低；使 用分水器分流至4根d) 25mm的皿陽管（總橫截面積；4X328. 4 = 1314mm2)，在每根d) 25mm 的皿PE分管處，安裝控制閥口，設(shè)置管道井。
[0030] 豎直埋管熱交換器均采用單U型皿陽管，內(nèi)徑d) = 25mm ;在A區(qū)矩形布置6 口 豎井，B區(qū)線形布置4日豎井，鉆井深度為32m，間距為5m，鉆井直徑130mm。
[0031] 橫埋管熱交換器在主管的兩側(cè)，呈"串"字形布置；在C區(qū)共布置了 4組換熱器，每 組間距為4. Om ;每組為單層水平雙管，管間距為1. Om，埋深為2. 5m ;組間采用并聯(lián)同程式； 管材為高密度聚己締皿PE管，內(nèi)徑4 = 25mm，管子周圍為半無限大±壤層。
[0032] 熱累機(jī)組采用江蘇滿藝商用空調(diào)有限公司生產(chǎn)的水-水式水源熱累機(jī)組，型號為 HYSS090RA-JF，設(shè)計(jì)工況為；
[0033] (1)夏季；室內(nèi)側(cè)進(jìn)出水溫為7/12 °C，蒸發(fā)溫度為：TC ;室外側(cè)進(jìn)出水溫為 35/40°C，冷凝溫度為45°C。夏季設(shè)計(jì)工況下額定制冷量22. 3kW，功耗5. 31kW。
[0034] 似冬季：室內(nèi)側(cè)進(jìn)出水溫為45/40。冷凝溫度為50°C ;室外側(cè)進(jìn)出水溫為 7/12°C，蒸發(fā)溫度為3°C。冬季設(shè)計(jì)工況下額定制熱量30kW，功耗3. 98kW。
[0035] 空調(diào)末端主要包括空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管等部件，選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組式水溫空調(diào)系 統(tǒng)，型號為SK-14。
[0036] 輔助系統(tǒng)包括各種閥口、循環(huán)水累、控制柜和集水器、分水器。
[0037] 地源熱累運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)主要對管內(nèi)循環(huán)水的流量、壓力、進(jìn)出口水溫等參數(shù)進(jìn)行 自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)對運(yùn)行過程中輸入熱累機(jī)組壓縮機(jī)的電流與電壓進(jìn)行測量，包 括傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分。
[003引 （1)傳感器部分
[0039] 管內(nèi)循環(huán)水流量采用DN250型智能電磁流量計(jì)進(jìn)行測量，一共布置了 8個(gè)流量計(jì)， 分別安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨?；②A區(qū)入水口；⑨B區(qū)入水口；④C區(qū)入水口；⑥A1 管入水口；⑧A5管入水口；⑦B1管入水口；⑨C3管入水口。
[0040] 管內(nèi)循環(huán)水壓力采用YBP-802防水型壓力（液位）傳感器進(jìn)行測定，一共布置了 8個(gè)壓力傳感器，與流量計(jì)配套形成水壓力、流量測定系統(tǒng)，安裝位置同流量計(jì)。
[0041] 進(jìn)、出口水溫采用防水型DS18b20溫度傳感器進(jìn)行測定，一共布置了 8組溫度傳感 器，分別安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨诤涂偦厮?；②A區(qū)入水口和回水口；⑨B區(qū)入 水口和回水口；④C區(qū)入水口和回水口；⑥A1管入水口和回水口；⑧A5管入水口和回水口； ⑦B1管入水口和回水口；⑨C3管入水口和回水口。
[00創(chuàng) 似數(shù)據(jù)采集部分
[0043] 數(shù)據(jù)采集部分由計(jì)算機(jī)、可編程控制器和RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)組成，其工作原理 為；通過各路控制器對各傳感器的現(xiàn)場信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集數(shù)據(jù)和信號通過 RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān) 控等功能。
[0044] 地源熱累運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控由自行編制的系統(tǒng)軟件模塊來完 成，主要由W下幾個(gè)模塊組成：
[0045] 1) A區(qū)溫度模塊；自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)顯示地源熱累運(yùn)行中A區(qū)地埋管內(nèi)循環(huán)水溫度， 包括；A區(qū)入水和回水、A1管入水和回水、A5管入水和回水。
[0046] 2)B區(qū)溫度模塊；自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)顯示地源熱累運(yùn)行中系統(tǒng)總管和B區(qū)地埋管內(nèi) 循環(huán)水溫度，包括：系統(tǒng)總?cè)胨涂偦厮?、B區(qū)入水和回水、B1管入水和回水。
[0047] 3) C區(qū)溫度模塊；自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)顯示地源熱累運(yùn)行中C區(qū)地埋管內(nèi)循環(huán)水溫度， 包括；C區(qū)入水和回水、C3管入水和回水。
[0048] 4)流量和壓力模塊：自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)顯示地源熱累運(yùn)行中地埋管內(nèi)循環(huán)水流量 和壓力，并對壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0049] 在地源熱累運(yùn)行過程中，輸入熱累機(jī)組壓縮機(jī)的電流與電壓均采用便攜式萬用表 進(jìn)行測量。
[0化0] 地源熱累運(yùn)行過程中，地埋管換熱器與周圍±壤發(fā)生熱量交換，引起±體的溫度 和含水率發(fā)生改變；為了準(zhǔn)確獲得U型管換熱器周圍±壤溫度場、濕度場的變化，需在其周 圍布置溫、濕度傳感器，獲得±體的狀態(tài)參數(shù)（即溫度和含水率）。
[0化1 ] 選擇豎埋管A5和B1、水平埋管C3作為監(jiān)測對象，在其周圍布置±體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測 孔。
[0化2] 其中，豎埋管A5周圍沿S個(gè)方向布置測量點(diǎn)；①J-1?J-4方向由近至遠(yuǎn)按照Im、 Im、1. 5m、1. 5m的間隔布置，豎直方向從上到下按地下3m、6m、9m、16m分四層布置；②J-5? J-6方向由近至遠(yuǎn)按照lm、l. 5m的間隔布置，豎直方向從上到下按地下3m、6m、10. 5m分S 層布置；⑨J-9?J-10方向由近至遠(yuǎn)按照0. 5m、Im的間隔布置，J-9和J-10的埋設(shè)深度分 別為6. 3m和4. 7m ;地下3m、6m兩層均同時(shí)埋設(shè)溫度傳感器和濕度傳感器，其它各層均只埋 設(shè)溫度傳感器；同時(shí)在豎直方向緊貼U型管外壁從上到下布置了 4個(gè)測點(diǎn)，依次位于地表下 6m、16m、20m、25m 處。
[0化3] 同時(shí)，在豎埋管的熱影響半徑范圍外布置±壤濕度測量點(diǎn)J-7和溫度測量點(diǎn)J-8， 其中J-7測點(diǎn)由上至下一共布置了 5個(gè)濕度傳感器，距離地表面依次為0. 5m、lm、2m、3m、 4. 5m J-8測點(diǎn)由上至下一共布置了 15個(gè)溫度傳感器，距離地表面依次為0. lm、0. 5m、Im、 1. 5m、2m、2. 5m、3m、4m、5m、6m、8m、10m、12m、15m、18m。
[0化4] 豎埋管B1周圍沿S個(gè)方向布置測量點(diǎn)；①K-1?K-4方向由近至遠(yuǎn)按照 1. 5m、2. 5m的間隔布置，豎直方向從上到下按地下3m、6m、11m分；層布置；②K-5?K-6方 向由近至遠(yuǎn)按照lm、l. 5m的間隔布置，豎直方向從上到下按地下3m、6m、9. 5m分S層布置； ⑨K-7?K-9方向由近至遠(yuǎn)按照1. 5m、lm、l. 5m的間隔布置，豎直方向從上到下按地下3m、 6m、11. 5m分S層布置；地下3m、6m兩層均同時(shí)埋設(shè)溫度傳感器和濕度傳感器，其它各層均 只埋設(shè)溫度傳感器；同時(shí)在豎直方向緊貼U型管外壁從上到下布置了 4個(gè)測點(diǎn)，依次位于地 表下6m、11. 5m (進(jìn)、出管各1個(gè)）、18m處。
[0化5] 水平埋管C3沿水平方向和豎直方向分別布置測量點(diǎn)；①水平方向在距離換熱 器-〇. 6m(U型回路中間）、0m、lm、2m、3m處（與換熱器保持同一平面，即埋深2. 5m)依次布 置?五個(gè)測量點(diǎn)；②豎直方向上從下往上距離換熱器0m、0. 2m、0. 5m、1. 5m處依次 布置心2, L-6?L-9五個(gè)測量點(diǎn)；每個(gè)測量點(diǎn)均同時(shí)埋設(shè)溫度傳感器和濕度傳感器。
[0056] ±壤溫度測量采用復(fù)現(xiàn)性較好的PT100銷電阻溫度計(jì)（JMT-36C)，精度為0. rC， 埋設(shè)前每個(gè)溫度計(jì)均按要求進(jìn)行標(biāo)定。各測點(diǎn)的溫度采集使用JMZR-2000T多點(diǎn)無線溫度 自動(dòng)測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元（計(jì)算機(jī)）、采集單元（包括采集模塊、電源模塊及全密封 箱等）和系統(tǒng)軟件（包括計(jì)算機(jī)軟件、嵌入式系統(tǒng)軟件）組成，可實(shí)現(xiàn)64通道多點(diǎn)溫度自 動(dòng)義集。
[0057] ±壤含水率測量采用美國SEC(Soilmois1:ure Equipment Co;rp.)公司生產(chǎn)的 MiniTrase水分測定系統(tǒng)，其主體設(shè)備由TDR探針（同軸電纜）、脈沖發(fā)射器、多路擴(kuò)展板機(jī) 箱和顯示控制器（Ipad或計(jì)算機(jī)）組成。該系統(tǒng)利用時(shí)域反射儀（TDR探針）快速測量± 壤及其它潮濕介質(zhì)的體積含水量，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集和存儲。
[0化引氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PC-4型便攜式陽光氣象站，可采集溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng) 速、太陽福射、降雨量、蒸發(fā)量等多項(xiàng)氣象信息，內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存儲器可連續(xù)存儲60天氣 象數(shù)據(jù)；通過RS232/RS485/USB等標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與筆記本電腦在現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)。
[0化9] 地下水位通過在±壤中埋設(shè)PVC水位管，利用水位計(jì)進(jìn)行定期測量。在A區(qū)、B區(qū) 分別布置了 S-1、S-2、S-3、S-4、S-5五組水位管。
[0060] W上是本實(shí)用新型所述實(shí)施例裝置的系統(tǒng)組成描述，下面結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)工況對 該方法進(jìn)行具體說明。具體步驟為：
[0061] (1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定運(yùn)行工況；
[0062] 夏季試驗(yàn)從2013年9月14日開始，至10月7日結(jié)束，依次按3種不同的運(yùn)行模 式進(jìn)行試驗(yàn)，每一種運(yùn)行模式下連續(xù)試驗(yàn)7天，間隔1天后進(jìn)行另一種運(yùn)行模式的試驗(yàn)。具 體試驗(yàn)過程如下：
[0063] a) 2013 年 9 月 14 日 9 ;00 --9 月 20 日 17 ;00
[0064] 運(yùn)行模式I ;開機(jī)運(yùn)行8小時(shí)，停機(jī)16小時(shí)，運(yùn)停比為1:2 ;即每天9:00開機(jī)，熱累 連續(xù)運(yùn)行8小時(shí)，17:00關(guān)機(jī)。
[00化]b) 2013 年 9 月 21 日 9 ;00 --9 月 27 日 21 ;00
[0066] 運(yùn)行模式II ;開機(jī)運(yùn)行12小時(shí)，停機(jī)12小時(shí)，運(yùn)停比為1:1 ;即每天9:00開機(jī)，熱 累連續(xù)運(yùn)行12小時(shí)，21:00關(guān)機(jī)。
[0067] C) 2013 年 9 月 29 日 9 ;00 --10 月 6 日 9 ;00
[0068] 運(yùn)行模式III ;連續(xù)運(yùn)行；即9月29日9:00開機(jī)，熱累連續(xù)運(yùn)行168小時(shí)，10月6 日9:00關(guān)機(jī)。
[0069] 試驗(yàn)過程中，分別對熱累機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)（進(jìn)出口水溫、流量、壓力）、±壤的狀態(tài) 參數(shù)（溫度、濕度、地下水位）、周圍的氣象因素（降雨量、蒸發(fā)量、風(fēng)速值、太陽福射值）等 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0070] (2)啟動(dòng)地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)，并按制定的實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行；
[0071] (3)啟動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置參數(shù)，對地源熱累運(yùn)行狀況和 ±體溫度、濕度、氣象因素、地下水等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集；
[0072] (4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，對地源熱累運(yùn)行中±體的熱濕遷移效應(yīng)進(jìn)行分析。
[0073] 與地源熱累運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用公式法進(jìn)行處理，具體方法如下：
[0074] ①熱累機(jī)組性能系數(shù)：
[007引 COP = (Qe±Wc)/Wc
[0076] 式中；Qe為熱累制熱模式下熱累機(jī)組的吸熱量，kW ;W e為壓縮機(jī)的輸入功率，kW ;
[0077] ②熱累機(jī)組的吸熱量
[0078] Q,=±；nC,'{T,""-T,")
[0079] 式中：M為循環(huán)水的質(zhì)量流量，kg/s ;Cp為水的比熱容，kj/化g. K) ;T h、Twt分別為 U型管換熱器中循環(huán)水的進(jìn)、出口溫度，K ;
[0080] ⑨壓縮機(jī)的輸入功率
[0081] PV(，二 I('U(，COS <p
[00間式中；Ic為輸入壓縮機(jī)的電流，A ;U巧壓縮機(jī)的輸入電壓，V; 為功率因數(shù)；
[008引其中，/c 二魯(/(.i+/。+ /(';)
[0084] 1。1、1。2、分別為壓縮機(jī)的線電流，可由便攜式萬用表測得；
[0085] ④地埋管換熱器平均換熱量
[0086] Qc=VCpP(Twt-Tj
[0087] 式中；V為U型埋管內(nèi)循環(huán)水的體積流量，mVs ; P為水的密度，kg/m3;C P、Ti。、T"t 意義同上；
[008引⑥單位管長換熱量 化
[0089] <h =-j-
[0090] 式中；u為U型管埋管深度，m ;n為U型管支管數(shù)。
[0091] 與±體狀態(tài)、氣象因素有關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用列表法和作圖法進(jìn)行處理，例如± 壤溫度或濕度、地下水位、太陽福射、風(fēng)速、降雨量、蒸發(fā)量、空氣溫度、相對濕度等。
[0092] W上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于 此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到 的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括地源熱累試驗(yàn) 系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)部分；地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)由地埋管換熱系統(tǒng)、熱累機(jī) 組、末端空調(diào)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括地源熱累運(yùn)行狀況監(jiān)控、 ±體溫度采集、±體濕度采集、氣象數(shù)據(jù)采集和地下水監(jiān)測五個(gè)子系統(tǒng)； 地埋管換熱系統(tǒng)采用橫、豎復(fù)合方式，地埋管換熱系統(tǒng)分為A、B、C =個(gè)區(qū)域；A區(qū)包括 A1、A2、A3、A4、A5、A6六個(gè)豎直埋管熱交換器，其中A3?A6與B區(qū)、C區(qū)的流量和換熱功率 保持均衡，A1、A2與總集水器直接連接，為實(shí)驗(yàn)平臺后期試驗(yàn)預(yù)留相關(guān)功能及輔助熱交換作 用；B區(qū)包括B1、B2、B3、B4四個(gè)豎直埋管熱交換器；C區(qū)包括C1、C2、C3、C4四個(gè)橫埋管熱 交換器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 地埋管換熱系統(tǒng)采用對稱設(shè)計(jì)，左右兩邊管路同程布置，同時(shí)在每組管道分水器上安裝流 量計(jì)和控制閥，對每個(gè)熱交換器的的流量進(jìn)行有效控制；采用450mm的高密度聚己締皿PE 管作為主管，橫截面積1314mm 2,水平全程鋪設(shè)，使管內(nèi)流動(dòng)水阻降至最低；使用分水器分流 至4根4 25mm的皿陽管，總橫截面積；4X 328. 4 = 1314mm2,在每根4 25mm的皿陽分管 處，安裝控制閥口，設(shè)置管道井。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 豎直埋管熱交換器均采用單U型皿陽管，內(nèi)徑d) = 25mm;在A區(qū)矩形布置6 口豎井，B區(qū) 線形布置4 口豎井，鉆井深度為32m，間距為5m，鉆井直徑130mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 橫埋管熱交換器在主管的兩側(cè)，呈"串"字形布置；在C區(qū)共布置了 4組換熱器，每組間距為 4. Om ;每組為單層水平雙管，管間距為1. Om，埋深為2. 5m ;組間采用并聯(lián)同程式；管材為高 密度聚己締皿PE管，內(nèi)徑4 = 25mm，管子周圍為半無限大±壤層。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在 于；所述熱累機(jī)組采用江蘇滿藝商用空調(diào)有限公司生產(chǎn)的水-水式水源熱累機(jī)組，型號為 HYSS090RA-JF。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 所述末端空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管，選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組式水溫空調(diào)系統(tǒng)，型號 為 SK-14。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 所述輔助系統(tǒng)包括各種閥口、循環(huán)水累、控制柜和集水器、分水器。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于： 所述運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分，傳感器部分：管內(nèi)循環(huán)水 流量采用DN250型智能電磁流量計(jì)進(jìn)行測量，一共布置了 8個(gè)流量計(jì)，分別安裝在W下管 路：①系統(tǒng)總?cè)胨冢贏區(qū)入水口，⑨B區(qū)入水口，④C區(qū)入水口，⑥A1管入水口，⑧A5管 入水口，⑦B1管入水口，⑨C3管入水口；管內(nèi)循環(huán)水壓力采用YBP-802防水型壓力傳感器 進(jìn)行測定，一共布置了 8個(gè)壓力傳感器，與流量計(jì)配套形成水壓力、流量測定系統(tǒng)，安裝位 置同流量計(jì)；進(jìn)、出口水溫采用防水型DS18b20溫度傳感器進(jìn)行測定，一共布置了 8組溫度 傳感器，分別安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨诤涂偦厮?；②A區(qū)入水口和回水口；⑨B 區(qū)入水口和回水口；④C區(qū)入水口和回水口；⑥A1管入水口和回水口；⑧A5管入水口和回 水口；⑦B1管入水口和回水口；⑨C3管入水口和回水口；數(shù)據(jù)采集部分由計(jì)算機(jī)、可編程 控制器和RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)組成，包括A區(qū)溫度模塊、B區(qū)溫度模塊、C區(qū)溫度模塊和流量 與壓力模塊； 所述±體溫度采集系統(tǒng)采用PT100銷電阻溫度計(jì)和JMZR-2000T多點(diǎn)無線溫度自動(dòng)測 試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元、采集單元組成； 所述上體濕度采集系統(tǒng)采用美國沈C公司生產(chǎn)的MiniTrase水分測定系統(tǒng)，其主體設(shè) 備由TDR探針、脈沖發(fā)射器、多路擴(kuò)展板機(jī)箱和顯示控制器組成； 所述氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PC-4型便攜式陽光氣象站，通過RS232/RS485/USB的標(biāo)準(zhǔn) 通訊接口與筆記本電腦在現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)； 所述地下水監(jiān)測系統(tǒng)通過在±壤中埋設(shè)PVC水位管，利用水位計(jì)進(jìn)行定期監(jiān)測。
【文檔編號】G01D21-02GK204286485SQ201420666806
【發(fā)明者】曾召田, 趙艷林, 呂海波, 葛若東, 張研, 劉宗輝, 成果燈, 陳皓, 周文, 劉麗田 [申請人]廣西大學(xué)