本发明专利技术公开了地下土壤热传导特性现场测试装置，其特征是：在箱体（１）内集装有由排气阀（１１）、流量传感变送器（２）、至少一只电加热管（３）和循环水泵（１０）、能与水箱连接的三通阀串联组成的管路，该管路两端为能与Ｕ型地下换热器一端相接且设有第一温度传感器（８）的进口管（７）和能与Ｕ型地下换热器另一端相接具设有第二温度传感器（５）的出口管（６）。本发明专利技术装置测得数据采用专用的等效管地下耦合传热模型程序估计地下土壤结构的热传导特性。本发明专利技术是一种结构整凑、轻便，便于携带和现场安装测试地下土壤热传导特性的地下土壤热传导特性现场测试装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热传导特性现场测试装置，特别是涉及一种地下 土壤热传导特性现场测试装置。技术背景土壤源热泵是利用地表浅层热能的系统，地下耦合换热器是土壤 源热泵系统的关键部件。它的热交换性能决定热泵系统的初投资和运行能源效率。地下耦合换热器由土壤结构、钻孔和u型换热管组成。一般地，u型换热管和钻孔内的灌浆材料的热阻(热特性参数)，在安装前通过材料特性测试和预制样品测试，可以获得。土壤结构的热特性随地理位置、深度、地下结构特性不同而不同；钻孔方式也对地下 土壤结构的特性有较大的影响。所以，难以确定安装后土壤源热泵系 统的地下耦合换热器的换热性能。在进行土壤源热泵系统设计和安装之前，工程设计技术人员必须 知道地下耦合换热器的换热性能，特别是地下土壤结构的热传导性 能。 一般是在现场预钻和安装一个地下耦合换热器U型管进行现场实 地测试，目前的地下土壤热传导特性测试装置仅限于实验室固定使 用，系统庞大，不便于携带。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构整凑、轻便，便于携 带和现场安装测试地下土壤热传导特性(导热系数)的地下土壤热传 导特性现场测试装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的地下土壤热传导特性现场 测试装置，在箱体内集装有由排气阀、流量传感变送器、至少一只电 加热管和循环水泵、能与水箱连接的三通阀串联组成的管路，该管路 两端为能与U型地下换热器一端相接且设有第一温度传感器的进口管 和能与u型地下换热器另一端相接具设有第二温度传感器的出口管。所述的流量传感变送器为涡轮或电磁流量传感变送器。所述的第一温度传感器和第二温度传感器为热敏电阻、铜(钼)电 阻或热电偶温度传感器。所述装置在测得实验数据后，需用专用的简化的等效管地下耦合 传热模型对土壤热传导特性进行数据处理和参数估计。采用上述技术方案的地下土壤热传导特性现场测试装置，是在土壤源热泵系统设计之前，让技术人员在将要安装土壤源热泵系统的位 置对地下土壤结构导热系数进行现场测试的装置。本装置的特点1、 结构整凑、轻便，便于携带和现场安装测试；2、简化的等效管地下耦合传热模型；3、与等效管地下耦合传热型结合，实现地层土壤结 构的热传导系数估计计算；4、适用于热泵工程实施前的现场调查测 试和工程完工后的现场验收测试；5、三个电加热器可实现阶梯加热 控制，适用于不同钻孔深度的U型换热器。综上所述，本专利技术是一种结构整凑、轻便，便于携带和现场安装 测试地下土壤热传导特性的地下土壤热传导特性现场测试装置。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。 图1是本专利技术结构示意图； 图2是土壤结构热传导系数估计流程图。具体实施方式参见图1，在箱体1内集装有由排气阀11、流量传感变送器2、 三只电加热管3和循环水泵IO通过外加保温的DN25铜管串联组成的 管路，该管路两端分别连接有第一三通阀9和第二三通阀4，第一三 通阀9 一个接口连接水箱，另一接口连接有与U型地下换热器相接的 进口管7，进口管7上设有第一温度传感器8，第二三通阀4一个接 口连接水箱，另一接口连接有与U型地下换热器相接的出口管6，出 口管6上设有第二温度传感器5。所有阀门和管路均保温。流量传感变送器2采用涡轮或电磁流量传感变送器，输出信号可 以为脉冲信号、标准电流或电压信号。第一温度传感器8和第二温度 传感器5温度传感器可采用热敏电阻、铜(铂)电阻或热电偶温度传感 器。每个电加热器3与一个控制开关串联连接，其功率为400-500W。 三个电加热器3的电路并联连接，然后接入一个功率变送器，再连接 到外部电网或现场发电机。控制开关根据U型换热器的钻孔深度 (5-8W/m)手动控制电加热器3的通电个数。功率变送器测量电加热器 输出到U型换热器的电功率，其输出信号为标准电流或电压信号。现 场测试时，温度传感器、流量变送传感器和功率变送器的信号输出线 与数据记录仪或计算机数据采集系统相连接。参见图1和图2，进口管7和出口管6分别与现场的地下耦合U 型换热器连接。将电加热器3和循环水泵10循环泵与电网或现场发 电机的输出线路连接。将流量传感变送器2、第二温度传感器5、第 一温度传感器8的传感器和功率变送器的输出信号线与数据记录仪或 计算机数据采集系统连接。打开排气阔11，通过第一三通阀9和第二 三通阀4从现场准备好的水箱向测试装置注水，直至整个管路充满水。将第一三通阀9和第二三通阔4旋至与测试装置相通的位置，开启循 环水泵10，让水在测试装置和U型换热器中流动。启动数据记录仪或 计算机数据采集系统记录管路系统中水流量、流进流出钻孔中U型换 热器的水温和电加热器消耗的电功率。根据钻孔深度闭合电加热器控制开关个数。数据记录时间间隔为10-15分钟，测试时间为48-72小 时。现场测试后，将测试纪录的地下耦合U型换热器进出口水温度、 流量和功率的历史测量数据用本测试装置专门开发的参数估计计算 程序，估计出被测钻孔位置的地层土壤结构导热系数，还可以计算出 灌浆钻孔的热组。图2为土壤结构导热系数测试估计流程。参数估计计算程序是根据本专利提出的等效管地下耦合传热模 型和参数估计方法编制的。等效管地下耦合传热模型是将U型换热器 转换为一根与钻孔相同深度的立管的等效钻孔传热模型与土壤传热 模型耦合求解的模型。将现场测量历史数据对等效管地下耦合传热模 型的参数进行估计，最后获得土壤热传导系数和灌浆钻孔的热组。权利要求1、一种地下土壤热传导特性现场测试装置，其特征是在箱体(1)内集装有由排气阀(11)、流量传感变送器(2)、至少一只电加热管(3)和循环水泵(10)、能与水箱连接的三通阀串联组成的管路，该管路两端为能与U型地下换热器一端相接且设有第一温度传感器(8)的进口管(7)和能与U型地下换热器另一端相接具设有第二温度传感器(5)的出口管(6)。2、 根据权利要求1所述的地下土壤热传导特性现场测试装置， 其特征是所述的流量传感变送器(2)为涡轮或电磁流量传感变送器。3、 根据权利要求1或2所述的地下土壤热传导特性现场测试装 置，其特征是所述的第一温度传感器(8)和第二温度传感器(5)为热 敏电阻、铜或铂电阻或热电偶温度传感器。全文摘要本专利技术公开了地下土壤热传导特性现场测试装置，其特征是在箱体(1)内集装有由排气阀(11)、流量传感变送器(2)、至少一只电加热管(3)和循环水泵(10)、能与水箱连接的三通阀串联组成的管路，该管路两端为能与U型地下换热器一端相接且设有第一温度传感器(8)的进口管(7)和能与U型地下换热器另一端相接具设有第二温度传感器(5)的出口管(6)。本专利技术装置测得数据采用专用的等效管地下耦合传热模型程序估计地下土壤结构的热传导特性。本专利技术是一种结构整凑、轻便，便于携带和现场安装测试地下土壤热传导特性的地下土壤热传导特性现场测试装置。文档编号G01N25/18GK101105466SQ200710034950公开日2008年1月16日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年5月18日专利技术者张国强, 陈友明 申请人:湖南大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地下土壤热传导特性现场测试装置，其特征是：在箱体（１）内集装有由排气阀（１１）、流量传感变送器（２）、至少一只电加热管（３）和循环水泵（１０）、能与水箱连接的三通阀串联组成的管路，该管路两端为能与Ｕ型地下换热器一端相接且设有第一温度传感器（８）的进口管（７）和能与Ｕ型地下换热器另一端相接具设有第二温度传感器（５）的出口管（６）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈友明，张国强，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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