專利名稱：基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土熱物性測(cè)試系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。設(shè)計(jì)偏小會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率降低， 達(dá)不到制冷制熱要求，增加運(yùn)行費(fèi)用；而設(shè)計(jì)偏大則將造成系統(tǒng)初投資增加，影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)的合理與否很大程度取決于地下巖土熱物性參數(shù)的準(zhǔn)確性。因此在進(jìn)行地源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器設(shè)計(jì)前，必須對(duì)項(xiàng)目擬埋管區(qū)域進(jìn)行巖土熱響應(yīng)測(cè)試，得到可靠的巖土熱物性參數(shù)。但是，由于地埋管換熱器的換熱過程涉及的物理模型很復(fù)雜，涉及的因素很多。它是非穩(wěn)態(tài)的，涉及的時(shí)間跨度很長(zhǎng)，空間區(qū)域很大，條件也很復(fù)雜，包括水平及豎直埋管與土壤在短期和長(zhǎng)期工況下的換熱規(guī)律、多組管道之間的相互影響、土壤凍融的影響、地下水滲流的影響等，換熱器形式多種多樣，地層結(jié)構(gòu)及其熱物性千差萬別，換熱器的負(fù)荷隨時(shí)間變化等等。僅僅依靠初始溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻和比熱容不能全面反映埋管換熱器的換熱特性。為此，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索，提出了各種各樣的解決方案。例如，中國專利文獻(xiàn)公開了一種同步冷熱響應(yīng)巖土熱物性測(cè)試儀[申請(qǐng)?zhí)?CN201010202994. 7]，包括水-水熱泵機(jī)組的冷響應(yīng)側(cè)由冷響應(yīng)側(cè)供水管、冷響應(yīng)側(cè)流量計(jì)、冷響應(yīng)側(cè)供水溫度傳感器、冷響應(yīng)側(cè)U形管、冷響應(yīng)側(cè)回水管、冷響應(yīng)側(cè)回水溫度傳感器和冷響應(yīng)側(cè)循環(huán)泵構(gòu)成回路；水-水熱泵機(jī)組的熱響應(yīng)側(cè)由熱響應(yīng)側(cè)供水管、散熱器調(diào)節(jié)閥、翅片散熱器、加熱器調(diào)節(jié)閥、電加熱器、熱響應(yīng)側(cè)流量計(jì)、熱響應(yīng)側(cè)供水溫度傳感器、 熱響應(yīng)側(cè)U形管、熱響應(yīng)側(cè)回水管、熱響應(yīng)側(cè)回水溫度傳感器和熱響應(yīng)側(cè)循環(huán)泵構(gòu)成回路。 該方案是為了解決巖土熱物性測(cè)量采用空氣源熱泵式測(cè)量?jī)x對(duì)夏季排熱工況和冬季吸熱工況測(cè)試時(shí)，一次只能測(cè)試一種工況，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種能智能優(yōu)化測(cè)試方案，全面評(píng)價(jià)地源熱泵系統(tǒng)巖土熱物性，廣泛適用于各類地源熱泵系統(tǒng)的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種易于實(shí)施，能夠全面評(píng)價(jià)地源熱泵系統(tǒng)巖土熱物性，廣泛適用于各類地源熱泵系統(tǒng)的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案本基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)包括測(cè)試儀、相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路和用于提供各部分工作所需電能的電源，每組地埋管回路分別包括主管和并聯(lián)設(shè)置的第一支管和第二支管，在主管上串接有加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置，所述的第一支管的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)和出水開關(guān)，所述的第二支管的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)和出水開關(guān)，所述的加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置均與測(cè)試儀相連接，所述的測(cè)試儀包括中央處理模塊，在中央處理模塊上連接有能夠輸入包括建筑類型因素、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊和顯示模塊。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，所述的測(cè)試儀上還連接有當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和切斷電源的應(yīng)急斷電模塊。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，所述的信號(hào)發(fā)生器通過無線通訊方式與手持式信號(hào)接收器相連接。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，所述的主管上連接有膨脹水箱，所述的主管兩端分別設(shè)有一個(gè)溫度測(cè)量裝置。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，所述的第一支管和
第二支管均呈U形?；诙嘁蛩赜绊懛治龅膸r土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法，其特征在于，本方法包括下述步驟A、通過參數(shù)輸入模塊向測(cè)試儀輸入包括建筑類型、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、 埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)；B、由測(cè)試儀根據(jù)上述參數(shù)生成優(yōu)化測(cè)試方案，并根據(jù)優(yōu)化測(cè)試方案對(duì)相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路進(jìn)行設(shè)備連接和調(diào)試，所述的地埋管回路分別包括主管和并聯(lián)設(shè)置的第一支管和第二支管，在主管上串接有加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置，所述的第一支管的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)和出水開關(guān)，所述的第二支管的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)和出水開關(guān)，所述的加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置均與測(cè)試儀相連接；C、通過測(cè)試儀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)，從而生成基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)報(bào)告；上述的標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試包括巖土初始溫度測(cè)試和巖土體熱物性測(cè)試；上述的多因素影響分析試驗(yàn)包括變負(fù)荷試驗(yàn)、熱干擾影響試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)、單雙管影響性試驗(yàn)和變流速試驗(yàn)；D、測(cè)試儀根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)的數(shù)據(jù)生成巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)分析報(bào)告。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法中，所述的巖土初始溫度測(cè)試采用無功循環(huán)法測(cè)得，即在不向地埋管回路加載的情況下，使水在地埋管回路內(nèi)循環(huán)，待溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，循環(huán)水與巖土達(dá)到熱平衡，該溫度即為巖土初始平均溫度。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法中，所述的巖土體熱物性測(cè)試采用恒熱流法測(cè)得，即通過加熱器提供一個(gè)穩(wěn)定的加熱功率，記錄地埋管回路進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化，然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)?shù)貛r土體的平均導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容以及熱阻。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法中，所述的變負(fù)荷試驗(yàn)包括換熱量為65-80w/m的大負(fù)荷試驗(yàn)、換熱量為30 60W/m的正常負(fù)荷試驗(yàn)和換熱量不大于20w/m的小負(fù)荷試驗(yàn)；所述的熱干擾影響試驗(yàn)包括單地埋管回路試驗(yàn)和雙地埋管回路試驗(yàn)；所述的動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)包括加熱時(shí)間不大于3小時(shí)的短時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)、加熱時(shí)間為45-50 小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)、在連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后恢復(fù)至初始溫度的恢復(fù)特性試驗(yàn)、以及間隙運(yùn)行試驗(yàn)；所述的單雙管影響性試驗(yàn)包括在一組地埋管回路中僅接通第一支管或第二支管進(jìn)行試驗(yàn)和同時(shí)接通第一支管和第二支管進(jìn)行試驗(yàn)；所述的變流速試驗(yàn)包括流速為2. 5-3. 5m/ s的大流速試驗(yàn)、流速為l-2m/s的正常流量試驗(yàn)和流速不大于0. 5m/s的小流速試驗(yàn)。在上述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法中，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警并切斷電源供應(yīng)，所述的異常情況包括缺水、斷電、漏水、漏電和設(shè)備故障。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)在于1、能夠針對(duì)不同建筑類型采取不同的測(cè)試方案，對(duì)于重要影響因素進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供更詳盡可靠的依據(jù)。2、自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，大大提高了測(cè)試效率。3、 當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警并切斷電源供應(yīng)，安全可靠。


圖1是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的工作流程圖。圖中，測(cè)試儀1、手持式信號(hào)接收器10、中央處理模塊11、參數(shù)輸入模塊12、顯示模塊13、信號(hào)發(fā)生器14、應(yīng)急斷電模塊15、地埋管回路2、膨脹水箱20、主管21、第一支管22、 第二支管23、電源3、加熱器4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6、流量測(cè)量裝置7、進(jìn)水開關(guān)8、出水開關(guān)9。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括測(cè)試儀1、相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路2和用于提供各部分工作所需電能的電源3。每組地埋管回路2 分別包括主管21和并聯(lián)設(shè)置的第一支管22和第二支管23，在主管21上串接有加熱器4、 循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6和流量測(cè)量裝置7。第一支管22的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)8和出水開關(guān)9，第二支管23的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)8和出水開關(guān) 9。本實(shí)施例中，第一支管22和第二支管23均呈U形，且豎直設(shè)置。主管21上連接有膨脹水箱20，且主管20兩端分別設(shè)有一個(gè)溫度測(cè)量裝置6。加熱器4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6和流量測(cè)量裝置7均與測(cè)試儀1相連接，更具體地說加熱器4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6和流量測(cè)量裝置7通過信號(hào)變送器與測(cè)試儀1相連接。加熱器4的加熱元件為電熱管， 功率范圍為0 10kW。采用PtlOOO鉬電阻測(cè)量流體溫度。循環(huán)水泵5驅(qū)動(dòng)流體在回路中循環(huán)流動(dòng)，流體經(jīng)過加熱器4加熱后流經(jīng)地埋管回路2與地下巖土進(jìn)行換熱，測(cè)得的進(jìn)出口流體溫度、流體流量、加熱功率等經(jīng)信號(hào)變送傳至測(cè)試儀1。測(cè)試儀1包括中央處理模塊11，在中央處理模塊11上連接有能夠輸入包括建筑類型因素、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊 12和顯示模塊13。測(cè)試儀1上還連接有當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器14和切斷電源的應(yīng)急斷電模塊15。信號(hào)發(fā)生器14通過無線通訊方式與手持式信號(hào)接收器10相連接。待排查出故障原因后，重新制定測(cè)試方案并進(jìn)行測(cè)試。
如圖2所示，基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法包括下述步驟A、通過參數(shù)輸入模塊12向測(cè)試儀1輸入包括建筑類型、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)。B、由測(cè)試儀1根據(jù)上述參數(shù)生成優(yōu)化測(cè)試方案，并根據(jù)優(yōu)化測(cè)試方案對(duì)相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路2進(jìn)行設(shè)備連接和調(diào)試，所述的地埋管回路2分別包括主管21和并聯(lián)設(shè)置的第一支管22和第二支管23，在主管21上串接有加熱器4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6 和流量測(cè)量裝置7，所述的第一支管22的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)8和出水開關(guān) 9，所述的第二支管23的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)8和出水開關(guān)9，所述的加熱器 4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6和流量測(cè)量裝置7均與測(cè)試儀1相連接。這里的進(jìn)水開關(guān)8 和出水開關(guān)9均為電磁閥且與測(cè)試儀1相連接。C、通過測(cè)試儀1進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)，從而生成基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)報(bào)告。上述的標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試包括巖土初始溫度測(cè)試和巖土體熱物性測(cè)試；上述的多因素影響分析試驗(yàn)包括變負(fù)荷試驗(yàn)、熱干擾影響試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)、單雙管影響性試驗(yàn)和變流速試驗(yàn)。多因素影響分析實(shí)質(zhì)上是模擬地埋管回路2的各種實(shí)際換熱情況，分別改變循環(huán)液流速、埋管間距、負(fù)荷強(qiáng)度及運(yùn)行工況等參數(shù)來分析進(jìn)出水口的溫度變化，從而得出相關(guān)規(guī)律，為設(shè)計(jì)提供更詳盡的依據(jù)。、D、測(cè)試儀1根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)的數(shù)據(jù)生成巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)分析報(bào)告。巖土初始溫度測(cè)試采用無功循環(huán)法測(cè)得，即在不向地埋管回路2加載的情況下， 使水在地埋管回路2內(nèi)循環(huán)，待溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，循環(huán)水與巖土達(dá)到熱平衡，該溫度即為巖土初始平均溫度。在實(shí)際測(cè)試過程中，當(dāng)?shù)芈窆芑芈?的進(jìn)水溫度和出水溫度的溫差持續(xù) 1小時(shí)不大于0. rc時(shí)，即可認(rèn)為循環(huán)水溫度達(dá)到穩(wěn)定，該溫度值即為巖土初始溫度。巖土體熱物性測(cè)試采用恒熱流法測(cè)得，即通過加熱器4提供一個(gè)穩(wěn)定的加熱功率，記錄地埋管回路2進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化，然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)?shù)貛r土體的平均導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容以及熱阻。以此作為主要設(shè)計(jì)依據(jù)，并按規(guī)范計(jì)算得到地埋管回路2的總長(zhǎng)度ο變負(fù)荷試驗(yàn)包括換熱量為65-80w/m的大負(fù)荷試驗(yàn)、換熱量為30 60W/m的正常負(fù)荷試驗(yàn)和換熱量不大于20w/m的小負(fù)荷試驗(yàn)；所述的熱干擾影響試驗(yàn)包括單地埋管回路試驗(yàn)和雙地埋管回路試驗(yàn)；所述的動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)包括加熱時(shí)間不大于3小時(shí)的短時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)、加熱時(shí)間為45-50小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)、在連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后恢復(fù)至初始溫度的恢復(fù)特性試驗(yàn)、以及間隙運(yùn)行試驗(yàn)；所述的單雙管影響性試驗(yàn)包括在一組地埋管回路2中僅接通第一支管22或第二支管23進(jìn)行試驗(yàn)和同時(shí)接通第一支管22和第二支管23進(jìn)行試驗(yàn)；所述的變流速試驗(yàn)包括流速為2. 5-3. 5m/s的大流速試驗(yàn)、流速為Hm/s的正常流量試驗(yàn)和流速不大于0. 5m/s的小流速試驗(yàn)。將整個(gè)系統(tǒng)的工作和操作過程詳細(xì)闡述如下1、制定測(cè)試方案根據(jù)要求輸入建筑類型、氣候條件、設(shè)計(jì)負(fù)荷、埋管場(chǎng)地面積等參數(shù)，測(cè)試儀1自動(dòng)得出重要影響因素，如循環(huán)液流速、埋管間距、負(fù)荷強(qiáng)度及運(yùn)行工況等。 經(jīng)測(cè)試人員確認(rèn)后，儀器會(huì)自動(dòng)生成優(yōu)化后的測(cè)試方案。
2、設(shè)備連接及調(diào)試首先進(jìn)行地埋管回路2安裝。包括打孔、下管、回填、打壓試驗(yàn)、晾井等工作。然后進(jìn)行設(shè)備連接，接通電源，將測(cè)量?jī)x1與地埋管回路2相連，進(jìn)行必要的保溫，并向試驗(yàn)系統(tǒng)中注水、保壓。3、標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試a、原始地溫測(cè)試，即在將試驗(yàn)系統(tǒng)循環(huán)水中的空氣排盡后啟動(dòng)循環(huán)水泵5，對(duì)地下土壤的原始溫度進(jìn)行測(cè)試，開啟循環(huán)水泵5循環(huán)直到測(cè)試流體的進(jìn)出水溫度趨于恒定，這時(shí)可以認(rèn)為該溫度值即為地下?lián)Q熱器埋深范圍內(nèi)巖土層的原始平均溫度。b、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻和比熱容測(cè)試，即開啟加熱器4，實(shí)時(shí)記錄各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集過程中，電源3應(yīng)保持穩(wěn)定，每隔3分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，不間斷采集數(shù)據(jù)，包括進(jìn)出口溫度、流速、加熱功率、地下溫度等。4、多因素影響分析試驗(yàn)根據(jù)輸入的建筑類型、氣候條件、設(shè)計(jì)負(fù)荷、埋管場(chǎng)地面積等參數(shù)確定重要影響因素。如，對(duì)于高層辦公樓一般需進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷影響實(shí)驗(yàn)、熱干擾影響實(shí)驗(yàn)、單雙U對(duì)比實(shí)驗(yàn)及變流速實(shí)驗(yàn)。a、變負(fù)荷試驗(yàn)對(duì)豎直單U型埋管，單位孔深的換熱量可按30 60W/m估算，地下?lián)Q熱狀況好的(導(dǎo)熱能力強(qiáng)、可利用溫差大等)取高值?？梢?，其取值區(qū)間的跨度較大。 因此，若要對(duì)比負(fù)荷大小對(duì)于進(jìn)出水口溫度的影響就必須進(jìn)行變負(fù)荷試驗(yàn)，一般進(jìn)行3種試驗(yàn)大負(fù)荷試驗(yàn)，加熱功率控制在設(shè)定的大功率值，如70w/m，進(jìn)行大負(fù)荷試驗(yàn)。換熱量為 30 60W/m的正常負(fù)荷試驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上在上述標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試中已進(jìn)行，可不再重復(fù)測(cè)試。小負(fù)荷試驗(yàn)，加熱功率控制在設(shè)定的小功率值，如20w/m，進(jìn)行小負(fù)荷試驗(yàn)。b、熱干擾影響試驗(yàn)在實(shí)際的地源熱泵工程中，地下埋管換熱器是由多個(gè)鉆孔組成的，因此，對(duì)雙換熱孔進(jìn)行試驗(yàn)和對(duì)比分析很有必要。單孔試驗(yàn)可在標(biāo)準(zhǔn)工況中進(jìn)行，可以不再重復(fù)測(cè)試。雙孔換熱試驗(yàn)，主要是雙孔的中長(zhǎng)期運(yùn)行的影響。進(jìn)行雙孔換熱試驗(yàn)須待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，一般加熱時(shí)間大于72小時(shí)，記錄期間的所有參數(shù)。C、動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)地源熱泵在動(dòng)態(tài)負(fù)荷作用下具有一定的動(dòng)態(tài)特性。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將導(dǎo)致地埋管換熱器性能逐漸下降，最終喪失換熱能力；而當(dāng)?shù)卦礋岜猛Ｖ构ぷ饕欢螘r(shí)間， 這時(shí)由于淺層土壤和室外空氣進(jìn)行熱交換，以及較深層土壤和更深的土壤層之間的熱傳遞仍在繼續(xù)，地埋管換熱器的換熱性能將逐漸恢復(fù)。因此有必要進(jìn)行各類動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)，以確定當(dāng)?shù)貛r土的動(dòng)態(tài)熱物性，以便設(shè)計(jì)時(shí)能更全面地考慮。短時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)，即待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，自動(dòng)進(jìn)行短時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)工況條件，加熱裝置加熱3小時(shí)后，試驗(yàn)結(jié)束，記錄所有參數(shù)。連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，即加熱48 小時(shí)(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，可不再重復(fù)測(cè)試。恢復(fù)特性試驗(yàn)，即加熱48小時(shí)后恢復(fù)到原始溫度，待連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)特性試驗(yàn)，待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，試驗(yàn)結(jié)束，記錄所有參數(shù)。間隙運(yùn)行試驗(yàn)，即加熱χ小時(shí)間隔y小時(shí)循環(huán)ζ次，本實(shí)施例中，待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，自動(dòng)進(jìn)行間隙運(yùn)行試驗(yàn)，如可以進(jìn)行如下工況條件的試驗(yàn)，加熱裝置加熱2小時(shí)后，間隔2小時(shí)，循環(huán)六次后，試驗(yàn)結(jié)束，記錄所有參數(shù)。d、單雙管影響性試驗(yàn)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的地埋管回路一般有兩種形式，分別為單管和雙管埋管。一個(gè)鉆孔中可設(shè)置一組支管或兩組支管。一般地，雙管埋管比單管埋管的換熱能力增大15% _30%，具體數(shù)值需進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)得出。單管試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，可不再重復(fù)測(cè)試。雙管試驗(yàn)待恢復(fù)到原始溫度后，切換進(jìn)水開關(guān)8和出水開關(guān)9使得孔內(nèi)的第一支管22和第二支管23并聯(lián)，進(jìn)行雙管試驗(yàn)。e、變流速試驗(yàn)流速對(duì)于地源熱泵地埋管的換熱效果也有很大影響，必須進(jìn)行變流速實(shí)驗(yàn)。大流速試驗(yàn)，流速控制在設(shè)定的大流速，如3m/s，進(jìn)行大流速試驗(yàn)。正常流量試驗(yàn)(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，可不再重復(fù)測(cè)試。小流速試驗(yàn)，流速控制在設(shè)定的小流速，如0. 3m/s，進(jìn)行小流速試驗(yàn)。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了測(cè)試儀1、手持式信號(hào)接收器10、中央處理模塊11、參數(shù)輸入模塊12、顯示模塊13、信號(hào)發(fā)生器14、應(yīng)急斷電模塊15、地埋管回路2、膨脹水箱20、主管 21、第一支管22、第二支管23、電源3、加熱器4、循環(huán)水泵5、溫度測(cè)量裝置6、流量測(cè)量裝置 7、進(jìn)水開關(guān)8、出水開關(guān)9等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)包括測(cè)試儀(1)、相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路(2)和用于提供各部分工作所需電能的電源(3)，每組地埋管回路( 分別包括主管和并聯(lián)設(shè)置的第一支管0 和第二支管(23)，在主管上串接有加熱器(4)、循環(huán)水泵( 、溫度測(cè)量裝置(6)和流量測(cè)量裝置(7)，所述的第一支管0 的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)(8)和出水開關(guān)(9)，所述的第二支管 (23)的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)(8)和出水開關(guān)(9)，所述的加熱器G)、循環(huán)水泵(5)、溫度測(cè)量裝置(6)和流量測(cè)量裝置(7)均與測(cè)試儀(1)相連接，所述的測(cè)試儀(1) 包括中央處理模塊(11)，在中央處理模塊(11)上連接有能夠輸入包括建筑類型因素、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊(1 和顯示模塊(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述的測(cè)試儀(1)上還連接有當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器(14) 和切斷電源的應(yīng)急斷電模塊(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)發(fā)生器(14)通過無線通訊方式與手持式信號(hào)接收器(10)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)， 其特征在于，所述的主管上連接有膨脹水箱(20)，所述的主管OO)兩端分別設(shè)有一個(gè)溫度測(cè)量裝置(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)， 其特征在于，所述的第一支管0 和第二支管均呈U形。
6.一種基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法，其特征在于，本方法包括下述步驟A、通過參數(shù)輸入模塊(1 向測(cè)試儀(1)輸入包括建筑類型、氣候條件因素、設(shè)計(jì)負(fù)荷因素、埋管場(chǎng)地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)；B、由測(cè)試儀(1)根據(jù)上述參數(shù)生成優(yōu)化測(cè)試方案，并根據(jù)優(yōu)化測(cè)試方案對(duì)相鄰設(shè)置的兩組地埋管回路( 進(jìn)行設(shè)備連接和調(diào)試，所述的地埋管回路( 分別包括主管和并聯(lián)設(shè)置的第一支管0 和第二支管(23)，在主管上串接有加熱器(4)、循環(huán)水泵(5)、 溫度測(cè)量裝置(6)和流量測(cè)量裝置(7)，所述的第一支管0 的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān)(8)和出水開關(guān)(9)，所述的第二支管03)的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)有進(jìn)水開關(guān) ⑶和出水開關(guān)(9)，所述的加熱器G)、循環(huán)水泵(5)、溫度測(cè)量裝置(6)和流量測(cè)量裝置 (7)均與測(cè)試儀⑴相連接；C、通過測(cè)試儀(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)，從而生成基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)報(bào)告；上述的標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試包括巖土初始溫度測(cè)試和巖土體熱物性測(cè)試；上述的多因素影響分析試驗(yàn)包括變負(fù)荷試驗(yàn)、熱干擾影響試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)、單雙管影響性試驗(yàn)和變流速試驗(yàn)；D、測(cè)試儀(1)根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)工況測(cè)試和多因素影響分析試驗(yàn)的數(shù)據(jù)生成巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)分析報(bào)告。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的巖土初始溫度測(cè)試采用無功循環(huán)法測(cè)得，即在不向地埋管回路( 加載的情況下，使水在地埋管回路O)內(nèi)循環(huán)，待溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，循環(huán)水與巖土達(dá)到熱平衡，該溫度即為巖土初始平均溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的巖土體熱物性測(cè)試采用恒熱流法測(cè)得，即通過加熱器(4)提供一個(gè)穩(wěn)定的加熱功率，記錄地埋管回路( 進(jìn)出口溫度隨時(shí)間的變化，然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)?shù)貛r土體的平均導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容以及熱阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的變負(fù)荷試驗(yàn)包括換熱量為65-80w/m的大負(fù)荷試驗(yàn)、換熱量為30 60W/ m的正常負(fù)荷試驗(yàn)和換熱量不大于20w/m的小負(fù)荷試驗(yàn)；所述的熱干擾影響試驗(yàn)包括單地埋管回路試驗(yàn)和雙地埋管回路試驗(yàn)；所述的動(dòng)態(tài)負(fù)荷試驗(yàn)包括加熱時(shí)間不大于3小時(shí)的短時(shí)運(yùn)行試驗(yàn)、加熱時(shí)間為45-50小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)、在連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)后恢復(fù)至初始溫度的恢復(fù)特性試驗(yàn)、以及間隙運(yùn)行試驗(yàn)；所述的單雙管影響性試驗(yàn)包括在一組地埋管回路 (2)中僅接通第一支管0 或第二支管進(jìn)行試驗(yàn)和同時(shí)接通第一支管0 和第二支管進(jìn)行試驗(yàn)；所述的變流速試驗(yàn)包括流速為2. 5-3. 5m/s的大流速試驗(yàn)、流速為l_2m/ s的正常流量試驗(yàn)和流速不大于0. 5m/s的小流速試驗(yàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)方法，其特征在于，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警并切斷電源供應(yīng)，所述的異常情況包括缺水、斷電、漏水、漏電和設(shè)備故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多因素影響分析的巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法。它解決了現(xiàn)有技術(shù)中依靠初始溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻不能全面反映埋管換熱器的換熱特性等技術(shù)問題。本系統(tǒng)包括測(cè)試儀、電源、主管以及第一支管和第二支管，在主管上接有加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置，加熱器、循環(huán)水泵、溫度測(cè)量裝置和流量測(cè)量裝置均與測(cè)試儀相連接，測(cè)試儀包括中央處理模塊，參數(shù)輸入模塊和顯示模塊；本方法包括下述步驟A、輸入各種參數(shù)；B、生成優(yōu)化測(cè)試方案并進(jìn)行調(diào)試；C、分析巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)報(bào)告；D、生成巖土熱物性測(cè)試評(píng)價(jià)分析報(bào)告。本發(fā)明具有1、為設(shè)計(jì)提供更詳盡可靠的依據(jù)；2、自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便；3、安全可靠。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102411012SQ201110224680
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者徐堅(jiān) 申請(qǐng)人:徐堅(jiān)