一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，包括埋置于地下的桩基埋管，所述桩基埋管内设置有螺旋换热器，所述螺旋换热器的螺旋管的两端分别连接恒温热水箱的进水口与出水口，所述桩基埋管周围土壤布设有若干热电偶，所述螺旋管与恒温热水箱的连接管路上设置有温度计和流量计。所述数据采集仪可将数据记录。所述钻孔埋管可为获得地下水流速提供基础。本实用新型专利技术采用恒温热水箱代替热泵机组，模拟了地下水渗流条件下地源热泵系统能量桩地热换热器在换热时周围介质的温度响应，不论提出何种模型，按本方式即可鉴定任何所提的能量桩在地下水渗流条件下传热模型的合理性。

【技术实现步骤摘要】
一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统
本技术涉及一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统。
技术介绍
地源热泵系统充分利用地下介质的能量对建筑物进行制冷和供暖，具有节能和环保的优势，是一种可再生能源空调系统。地热换热器是地源热泵区别于其他类型热泵的主要标志，目前常采用钻孔并埋设U型换热管的方式。钻孔的费用较高，而且需要一定量地面面积对钻孔进行布置，这些成为制约地源热泵发展的主要缺点。近些年，研究人员开始考虑将螺旋换热管埋设于建筑物的桩基来制作一种新颖的地热换热器，称之为“能量桩地热换热器”。桩基的直径要远大于钻孔的直径，且内部通常布置螺旋管而非U型管，故每米桩埋管的换热能力要明显强于钻孔埋管。建筑物的桩基数量有限，整个系统的地热换热器可由能量桩和钻孔埋管共同组成。由于能量桩的深度在十米以上甚至达到几十米，地下水的渗流普遍存在，尤其对于地下水资源丰富的地区，渗流作用更是强烈。地下水的流动，对能量桩的换热产生了对流影响，故原先能量桩与地下介质之间的换热模式由纯导热转变为含有导热和对流的复合换热。为研究能量桩在地下水渗流条件下的传热，相关的传热模型被不断提出和更新。但对于模型是否准确，目前尚未有实验系统对其进行验证。因此，对于实际的能量桩在地下水渗流条件下传热模型计算的效果如何以及模型的合理与否，需要一种实验系统，能够方便验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的效果。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，本技术验证能量桩地热换热器在地下水渗流条件下引起的温度响应的计算模型。即不论提出何种模型，按本方式即可鉴定计算方法的合理性。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，包括埋置于地下的桩基埋管，所述桩基埋管内设置有螺旋换热器，所述螺旋换热器的螺旋管的两端分别连接恒温热水箱的进水口与出水口，所述桩基埋管周围土壤布设有若干热电偶，所述螺旋管与恒温热水箱的连接管路上设置有温度计和流量计。所述恒温热水箱内设置有电加热器，为螺旋换热器提供循环热水。所述连接管路上设置有水泵，控制水流大小。所述热电偶为多个，且沿桩基埋管的x、y和z轴方向均匀布置。所述热电偶与数据采集仪连接。所述数据采集仪将所测数据上传至处理器，通过对比采集的热电偶的温度响应值与能量桩在地下水渗流条件下传热模型得到的温度响应值，验证和鉴别所提传热模型的合理性。所述螺旋换热管的管径、间距和螺旋长度根据桩基埋管的尺寸调整。所述钻孔，里面埋设U型管，作为钻孔埋管换热器，利用其在地下水渗流条件下比较成熟和公认的线热源模型，可采用反向推理法获得地下水的流速。所述U型管，埋设于钻孔内。与钻孔一起构成钻孔埋管地热换热器。本技术的有益效果为：(1)采用恒温热水箱代替热泵机组，模拟了地下水渗流条件下地源热泵系统能量桩地热换热器在换热时周围介质的温度响应，不论提出何种模型，按本方式即可鉴定计算方法的合理性。(2)结构简单，组装方便。附图说明图1为本技术的验证传热模型的实验系统示意图；图2为本技术的在能量桩周围布置热电偶的示意图；图3为本技术的为获得地下水渗流速度所进行实验的系统示意图；图4为本技术的在钻孔埋管周围布置热电偶的示意图；其中：1螺旋管起点h1，2地下水渗流，3桩基埋管，4螺旋换热管，5地下介质，6螺旋管终点h2,7热电偶，8恒温热水箱，9电加热器，10流量计，11温度计，12水泵，13U型管，14钻孔，15孔内回填材料。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本技术作进一步说明。如图1所示，实验中采用恒温热水箱8代替热泵机组，模拟了地下水渗流2条件下地源热泵系统能量桩地热换热器在换热时周围介质的温度响应。循环水被加热后进入桩基中的螺旋换热管4进行散热，将热电偶布置于桩基螺旋埋管3的周围，热电偶7得出的温度响应数据将通过数据采集仪进行记录，通过测试到的温度响应值与所提传热模型得到的温度响应值进行比较，可验证和鉴别任何所提传热模型的合理性。热电偶7沿x,y和z轴方向均匀布置。螺旋管与恒温热水箱的连接管路上设置有温度计11和流量计10。可以选取任意几何尺寸的桩基3，同时螺旋换热管4的管径、间距、螺旋长度等几何参数也可以不断变化和调整，更能体现出本实验系统的验证效果。桩基3周围的介质可以是任何类型的地下介质。如图3示，为保证本实验验证系统的实现，需要将反向推理计算地下水流速法引入，利用钻孔埋管地热换热器，推理出地下水流速的大小和方向。在此，通过实验系统先获得钻孔周围地下介质中的温度响应，利用钻孔在地下水渗流条件下已经成熟和公认的线热源渗流模型，反向推理计算出地下水流速这一矢量。仍然以恒温热水箱加热循环水，循环水流经钻孔里的U型埋管13将热量散发。如图4所示，将热电偶7围绕钻孔埋管在XOY面上均匀布置5个，沿钻孔埋管的深度方向每隔几米就在对应的横截面上均匀布置5个热电偶7。利用已经比较成熟的钻孔埋管在地下水渗流2条件下所引起的温度响应的线热源渗流模型，结合热电偶7测得的数据，反向推理计算获得地下水流速的大小和方向，将大小和方向代入桩基埋管在地下水渗流条件下引起的温度响应的传热模型中，计算出温度响应的值，与热电偶7测得的值进行比较，以此验证传热模型的合理性。反向推理计算法，即地下水的渗流大小虽未知，但根据当地的水力资料，可知其在一定范围内，首先设定地下水流速大小和方向的范围，利用线热源渗流模型不断从范围内抽取数据进行迭代计算，在一定时间段内，钻孔埋管周围测得的温度响应值与线热源渗流模型计算得到的温度响应值的方差和最小时，此时可得到地下水流速的大小和方向。上述虽然结合附图对本技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，其特征是：包括埋置于地下的桩基埋管，所述桩基埋管内设置有螺旋换热器，所述螺旋换热器的螺旋管的两端分别连接恒温热水箱的进水口与出水口，所述桩基埋管周围土壤布设有若干热电偶，所述螺旋管与恒温热水箱的连接管路上设置有温度计和流量计。

【技术特征摘要】
1.一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，其特征是：包括埋置于地下的桩基埋管，所述桩基埋管内设置有螺旋换热器，所述螺旋换热器的螺旋管的两端分别连接恒温热水箱的进水口与出水口，所述桩基埋管周围土壤布设有若干热电偶，所述螺旋管与恒温热水箱的连接管路上设置有温度计和流量计。2.如权利要求1所述的一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，其特征是：所述恒温热水箱内设置有电加热器，为螺旋换热器提供循环热水。3.如权利要求1所述的一种验证能量桩在地下水渗流条件下传热计算模型的实验系统，其特征是：所述连接管路上设置有水泵，控制水流大小。4.如权利要求1所述的一种验证能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文科，崔萍，满意，崔玉萍，方肇洪，
申请(专利权)人：山东中瑞新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37