專利名稱：地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地源熱泵空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，涉及地源熱泵巖土測試分析實驗評價技術(shù)，尤其是涉及一種地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺。
背景技術(shù)：
地源熱泵地下埋管換熱器在土壤中的傳熱過程是一個復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程，涉及眾多參數(shù)，且各地區(qū)之間的地質(zhì)狀況存在很大的差異性。另外針對各種建筑類型的地源熱泵設(shè)計參數(shù)取值也有很大的不同?，F(xiàn)有的熱物性測試儀都是設(shè)計、施工等相關(guān)單位自行研制的，存在測試原理不統(tǒng)一、測量精度較差以及測試報告不規(guī)范等問題，當(dāng)前還沒有形成針對巖土熱物性測試儀器和測試方法的檢測標(biāo)準(zhǔn)。因此非常有必要研發(fā)一個統(tǒng)一的可精確測量相關(guān)影響參數(shù)的實驗平臺進(jìn)行測試分析，給出相關(guān)的推薦設(shè)計值，并利用該平臺來檢測各種巖土熱物性測試儀的準(zhǔn)確性。為此，人們進(jìn)行了長期的探索，提出了各種各樣的解決方案，但均未獲得令人滿意的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作使用方便，功能完善，自動化程度高的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案本地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，本實驗平臺包括埋管換熱子系統(tǒng)、管路連接子系統(tǒng)和實驗控制子系統(tǒng)，所述的埋管換熱子系統(tǒng)包括若干U形管，在每根U形管上分別設(shè)有支管流量傳感器和支管溫度傳感器，所述的管路連接子系統(tǒng)包括循環(huán)主管和連接在循環(huán)主管上的循環(huán)泵、主管流量傳感器、主管溫度傳感器，在循環(huán)主管上設(shè)有并聯(lián)設(shè)置的加熱設(shè)備和制冷設(shè)備，各U形管并聯(lián)在上述的循環(huán)主管兩端之間，所述的實驗控制子系統(tǒng)包括測試儀，所述的支管流量傳感器、支管溫度傳感器、主管流量傳感器和主管溫度傳感器均與測試儀相連。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的循環(huán)主管的一端通過第一連接機(jī)構(gòu)與各U形管的一端相連；所述的循環(huán)主管的另一端通過第二連接機(jī)構(gòu)與各U形管的另一端相連；所述的第一連接機(jī)構(gòu)和第二連接機(jī)構(gòu)均與測試儀相連。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的第一連接機(jī)構(gòu)包括若干第一電磁閥，所述的第一電磁閥與U形管一一對應(yīng)設(shè)置且相連；所述的第二連接機(jī)構(gòu)包括若干第二電磁閥，所述的第二電磁閥與U形管對應(yīng)設(shè)置且相連。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的測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)計負(fù)荷因素、埋管場地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊和顯示模塊。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的實驗控制子系統(tǒng)還包括能夠為實驗控制子系統(tǒng)、管路連接子系統(tǒng)、第一連接機(jī)構(gòu)和第二連接機(jī)構(gòu)供電的電源模塊。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的循環(huán)主管上還連接有膨脹水箱。在上述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺中，所述的循環(huán)主管的每一端均設(shè)有一個主管流量傳感器和一個主管溫度傳感器。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺的優(yōu)點在于1、設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作使用方便，功能完善。2、自動化程度高，大大提高了測試效率，并且檢測精度高。3、能夠針對不同建筑類型采取不同的測試方案，對于重要影響因素進(jìn)行對比試驗，為設(shè)計提供更詳盡可靠的依據(jù)。


圖I是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，埋管換熱子系統(tǒng)1、U形管11、支管流量傳感器12、支管溫度傳感器13、管路連接子系統(tǒng)2、循環(huán)主管21、循環(huán)泵22、主管流量傳感器23、主管溫度傳感器24、膨脹水箱25、加熱設(shè)備26、制冷設(shè)備27、實驗控制子系統(tǒng)3、測試儀31、中央處理模塊311、參數(shù)輸入模塊312、顯不模塊313、第一連接機(jī)構(gòu)4、第一電磁閥41、第二連接機(jī)構(gòu)5、第二電磁閥51。
具體實施例方式如圖I所示，本地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺包括埋管換熱子系統(tǒng)I、管路連接子系統(tǒng)2和實驗控制子系統(tǒng)3。埋管換熱子系統(tǒng)I包括若干U形管11，在每根U形管11上分別設(shè)有支管流量傳感器12和支管溫度傳感器13，所述的管路連接子系統(tǒng)2包括循環(huán)主管21和連接在循環(huán)主管21上的循環(huán)泵22、主管流量傳感器23、主管溫度傳感器24，在循環(huán)主管21上設(shè)有并聯(lián)設(shè)置的加熱設(shè)備26和制冷設(shè)備27，各U形管11并聯(lián)在上述的循環(huán)主管21兩端之間，所述的實驗控制子系統(tǒng)3包括測試儀31，所述的支管流量傳感器12、支管溫度傳感器13、主管流量傳感器23和主管溫度傳感器24均與測試儀31相連。循環(huán)主管21的一端通過第一連接機(jī)構(gòu)4與各U形管11的一端相連；所述的循環(huán)主管21的另一端通過第二連接機(jī)構(gòu)4與各U形管11的另一端相連；所述的第一連接機(jī)構(gòu)4和第二連接機(jī)構(gòu)5均與測試儀3相連。第一連接機(jī)構(gòu)4包括若干第一電磁閥41,第一電磁閥41與U形管11 一一對應(yīng)設(shè)置且相連。第二連接機(jī)構(gòu)5包括若干第二電磁閥51，第二電磁閥51與U形管11——對應(yīng)設(shè)置且相連。測試儀31包括中央處理模塊311，在中央處理模塊311上連接有能夠輸入包括建筑類型因素、氣候條件因素、設(shè)計負(fù)荷因素、埋管場地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊312和顯示模塊313。實驗控制子系統(tǒng)3還包括能夠為實驗控制子系統(tǒng)3、管路連接子系統(tǒng)2、第一連接機(jī)構(gòu)4和第二連接機(jī)構(gòu)5供電的電源模塊32。循環(huán)主管21上還連接有膨脹水箱25。循環(huán)主管21的每一端均設(shè)有一個主管流量傳感器23和一個主管溫度傳感器24。本發(fā)明是專門為當(dāng)?shù)刭|(zhì)量檢測監(jiān)管部門設(shè)計研發(fā)的，能夠?qū)崿F(xiàn)以下三大功能I、巖土熱物性測試儀器檢測標(biāo)定巖土熱物性測試的主要目的是了解巖土體的基本物理參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，掌握巖土體的換熱能力，為地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計人員結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)負(fù)荷特點等設(shè)計系統(tǒng)優(yōu)化方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以保障系統(tǒng)長期運(yùn)行的高效與節(jié)能。
由于巖土熱物性測試儀器屬近幾年出現(xiàn)的新儀器，國家還沒有相關(guān)的規(guī)程和條文進(jìn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)當(dāng)前地源熱泵技術(shù)的快速發(fā)展，亟需制定統(tǒng)一的測試儀器數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，引導(dǎo)監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，為實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和信息溝通共享通道提供基礎(chǔ)平臺。首先必須建立一個統(tǒng)一的測試平臺，讓所有測試儀器在相同條件下進(jìn)行測試，并出具測試報告。只有測試數(shù)據(jù)精確且測試報告準(zhǔn)確的測試儀才能給予合格證書。不合格的儀器給出相應(yīng)的整改意見。具有合格證書的測試儀器才能投入使用，并定期參加年檢。從而保證每臺測試儀器測得的數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。2、巖土熱物性的基本參數(shù)測試分析 巖土熱物性的基本參數(shù)測試分析是《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中明確要求進(jìn)行的。目的是了解巖土體的基本物理參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，掌握巖土體的換熱能力，為地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同一區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造往往具有相似性，因而巖土熱物性也具有類比性。通過本實驗平臺進(jìn)行的巖土熱物性測試分析由于測試精度高、流程規(guī)范、結(jié)果分析嚴(yán)謹(jǐn)，報告在本地區(qū)的地源熱泵工程項目中具有很強(qiáng)的代表性、示范性。3、多因素影響測試分析通過多因素影響測試分析，可以模擬實際工況，給出結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特點等，對設(shè)計方案進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以保障地源熱泵系統(tǒng)長期運(yùn)行的高效與節(jié)能。本發(fā)明的具體使用如下一、熱物性測試儀器檢測標(biāo)定①原始地溫觀測在將試驗系統(tǒng)循環(huán)水中的空氣排盡后啟動循環(huán)泵22，對地下土壤的原始溫度進(jìn)行測試，開啟循環(huán)泵22直到測試流體的進(jìn)出水溫度趨于恒定，這時可以認(rèn)為該溫度值即為埋管換熱子系統(tǒng)I埋深范圍內(nèi)巖土層的原始平均溫度。②導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻和比熱容測試開啟加熱設(shè)備26，開始標(biāo)準(zhǔn)工況測試，實時記錄各項數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集過程中，電源應(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。二、多因素影響試驗根據(jù)輸入的建筑類型、氣候條件、設(shè)計負(fù)荷、埋管場地面積等參數(shù)確定重要影響因素。如，對于高層辦公樓一般需進(jìn)行動態(tài)負(fù)荷影響實驗、熱干擾影響實驗、單雙U對比實驗及變流速實驗。①變負(fù)荷試驗對豎直單U形管11，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，若要對比負(fù)荷大小對于進(jìn)出水口溫度的影響就必須進(jìn)行變負(fù)荷試驗，一般進(jìn)行3種試驗I)大負(fù)荷試驗，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2)正常負(fù)荷試驗(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，不需要重復(fù)測試。
3)小負(fù)荷試驗，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。②熱干擾影響試驗在實際的地源熱泵工程中，埋管換熱子系統(tǒng)I是由多個鉆孔組成的，因此，對雙換熱孔進(jìn)行試驗和對比分析很有必要。I、單孔試驗(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，不需要重復(fù)測試。2、雙孔換熱試驗，主要是雙孔的中長期運(yùn)行的影響。進(jìn)行雙孔換熱試驗須待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，一般加熱時間大于72小時，記錄期間的所有參數(shù)③動態(tài)負(fù)荷試驗地源熱泵在動態(tài)負(fù)荷作用下具有一定的動態(tài)特性。長時間運(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間，這時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)行各類動態(tài)負(fù)荷試驗，以確定當(dāng)?shù)貛r土的動態(tài)熱物性，以便設(shè)計時能更全面地考慮。I、短時運(yùn)行試驗待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，自動進(jìn)行短時運(yùn)行試驗，采用標(biāo)準(zhǔn)工況條件，力口熱裝置加熱3小時后，試驗結(jié)束，記錄所有參數(shù)。2、連續(xù)運(yùn)行試驗，加熱48小時(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，不需要重復(fù)測試。3、恢復(fù)特性試驗加熱48小時后恢復(fù)到原始溫度待連續(xù)運(yùn)行試驗結(jié)束后，自動進(jìn)行恢復(fù)特性試驗，待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，試驗結(jié)束，記錄所有參數(shù)。4、間隙運(yùn)行試驗加熱X小時間隔y小時循環(huán)z次待進(jìn)出水溫度恢復(fù)到原始溫度后，自動進(jìn)行間隙運(yùn)行試驗，如可以進(jìn)行如下工況條件的試驗，加熱裝置加熱2小時后，間隔2小時，循環(huán)六次后，試驗結(jié)束，記錄所有參數(shù)。④單雙U影響性試驗地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的埋管換熱子系統(tǒng)I 一般有兩種形式，分別為單U和雙U型埋管。一個鉆孔中可設(shè)置一組U型管(單U型埋管)或兩組U型管(雙U型埋管)。一般地，雙U型埋管比單U的換熱能力增大15% -30%，具體數(shù)值需進(jìn)行對比試驗得出。單U試驗(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，不需要重復(fù)測試。雙U試驗，待恢復(fù)到原始溫度后，切換電磁閥使得I號孔內(nèi)的兩支管并聯(lián)，進(jìn)行雙U試驗。⑤變流速試驗流速對于地源熱泵地埋管的換熱效果也有很大影響，必須進(jìn)行變流速實驗。I、大流速試驗,流速控制在設(shè)定的大流速,如3m/s,進(jìn)行大流速試驗。2、正常流量試驗(基準(zhǔn))，在標(biāo)準(zhǔn)工況中已進(jìn)行，不需要重復(fù)測試。3、小流速試驗,流速控制在設(shè)定的小流速,如O. 3m/s,進(jìn)行小流速試驗⑥巖土溫度影響試驗制冷制熱⑦回填材料影響試驗三、巖土熱物性測試報告根據(jù)測試期間記錄的數(shù)據(jù)，通過熱物性測試分析程序進(jìn)行反推計算巖土熱物性參數(shù)，并得出各種因素的影響分析報告。①巖土熱物性的基本參數(shù)測試報告
自某一時刻起，以恒定功率對測試系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)水加熱，實時測量回路中水的溫度、流量及功率等參數(shù)，一定時間(數(shù)十小時)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，測試完畢。根據(jù)已知的數(shù)據(jù)反推鉆孔周圍巖土的導(dǎo)熱系數(shù)和鉆孔內(nèi)熱阻。將通過傳熱模型得到的流體平均溫度與實際測量的結(jié)果進(jìn)行對比，調(diào)整傳熱模型中周圍巖土的導(dǎo)熱系數(shù)和鉆孔內(nèi)熱阻，當(dāng)計算得到的結(jié)果與實測的結(jié)果誤差最小時，對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值即是所求的結(jié)果。根據(jù)以上參數(shù)，可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況下地埋管系統(tǒng)的設(shè)計。②多因素影響分析報告對于非標(biāo)準(zhǔn)工況下地埋管換熱器的換熱特性需通過對比實驗得出，其中的重點是分析進(jìn)出口水溫、流量、單井換熱量、加熱功率之間的影響，分別給出相應(yīng)的曲線圖。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(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)人員可以對所描述的具體實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埋管換熱子系統(tǒng)I、U形管11、支管流量傳感器12、支管溫度傳感器13、管路連接子系統(tǒng)2、循環(huán)主管21、循環(huán)泵22、主管流量傳感器23、主管溫度傳感器24、膨脹水箱25、加熱設(shè)備26、制冷設(shè)備27、實驗控制子系統(tǒng)3、測試儀31、中央處理模塊311、參數(shù)輸入模塊312、顯不模塊313、第一連接機(jī)構(gòu)4、第一電磁閥41、第二連接機(jī)構(gòu)5、第二電磁閥51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
1.一種地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，本實驗平臺包括埋管換熱子系統(tǒng)(I)、管路連接子系統(tǒng)(2)和實驗控制子系統(tǒng)(3)，所述的埋管換熱子系統(tǒng)(I)包括若干U形管(11)，在每根U形管(11)上分別設(shè)有支管流量傳感器(12)和支管溫度傳感器(13)，所述的管路連接子系統(tǒng)(2)包括循環(huán)主管(21)和連接在循環(huán)主管(21)上的循環(huán)泵(22)、主管流量傳感器(23)、主管溫度傳感器(24)，在循環(huán)主管(21)上設(shè)有并聯(lián)設(shè)置的加熱設(shè)備(26)和制冷設(shè)備(27)，各U形管(11)并聯(lián)在上述的循環(huán)主管(21)兩端之間，所述的實驗控制子系統(tǒng)(3)包括測試儀(31)，所述的支管流量傳感器(12)、支管溫度傳感器(13)、主管流量傳感器(23)和主管溫度傳感器(24)均與測試儀(31)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的循環(huán)主管(21)的一端通過第一連接機(jī)構(gòu)(4)與各U形管(11)的一端相連；所述的循環(huán)主管(21)的另一端通過第二連接機(jī)構(gòu)(4)與各U形管(11)的另一端相連；所述的第一連接機(jī)構(gòu)(4)和第二連接機(jī)構(gòu)(5)均與測試儀(3)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的第一連接機(jī)構(gòu)(4)包括若干第一電磁閥(41)，所述的第一電磁閥(41)與U形管(11) 一一對應(yīng)設(shè)置且相連；所述的第二連接機(jī)構(gòu)(5)包括若干第二電磁閥(51)，所述的第二電磁閥(51)與U形管(11) 一一對應(yīng)設(shè)置且相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的測試儀(31)包括中央處理模塊(311)，在中央處理模塊(311)上連接有能夠輸入包括建筑類型因素、氣候條件因素、設(shè)計負(fù)荷因素、埋管場地面積因素在內(nèi)的各種參數(shù)的參數(shù)輸入模塊(312)和顯示模塊(313)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的實驗控制子系統(tǒng)(3)還包括能夠為實驗控制子系統(tǒng)(3)、管路連接子系統(tǒng)(2)、第一連接機(jī)構(gòu)(4)和第二連接機(jī)構(gòu)(5)供電的電源模塊(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的循環(huán)主管(21)上還連接有膨脹水箱(25)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺，其特征在于，所述的循環(huán)主管(21)的每一端均設(shè)有一個主管流量傳感器(23)和一個主管溫度傳感器(24)。
全文摘要
本發(fā)明屬于地源熱泵空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，涉及地源熱泵巖土測試分析實驗評價技術(shù)，尤其是涉及一種地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺。它解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計不夠合理等技術(shù)問題。本實驗平臺包括埋管換熱子系統(tǒng)、管路連接子系統(tǒng)和實驗控制子系統(tǒng)。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本地源熱泵系統(tǒng)多功能實驗平臺的優(yōu)點在于1、設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作使用方便，功能完善。2、自動化程度高，大大提高了測試效率，并且檢測精度高。3、能夠針對不同建筑類型采取不同的測試方案，對于重要影響因素進(jìn)行對比試驗，為設(shè)計提供更詳盡可靠的依據(jù)。
文檔編號G01N25/20GK102628816SQ20121011707
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者徐堅 申請人:徐堅