一种浅层地热能源动态检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种浅层地热能源动态检测系统，包括：检测数据中心平台、数据储存单元和数据转换单元，所述检测数据中心平台与数据储存单元相连，所述检测数据中心平台与数据转换单元相连，所述数据转换单元与数据传输单元相连，所述数据传输单元与数据采集单元相连，所述数据采集单元与地质环境检测单元相连；通过岩土层检测单元中的固定式测斜仪和孔隙水压仪可以进行自动化检测；地下水检测单元通过遥测终端机连接水质传感器、水位计、水温传感器，以监测地下水的温度、水位、水质、水压等数据；地表水检测单元配套了完善的太阳能供电系统、测量单元、水路单元、清洗单元，实现全天候无人值守的自动监测。值守的自动监测。值守的自动监测。

【技术实现步骤摘要】
一种浅层地热能源动态检测系统


[0001]本专利技术属于浅层地热能源领域，具体地说是一种浅层地热能源动态检测系统。

技术介绍

[0002]浅层地热能，是指蕴藏于地表以下200米以内浅岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能，温度小于25度，是近20年来被快速开发利用的清洁环保型的新型能源，具有分布广、储量大、可再生及就近开发利用等特点。浅层地热能作为低温资源，借助地源热泵技术可广泛用于建筑空调的取暖制冷等方面。浅层地热能开发利用采取不同的方式，可分地源型(地埋管)、地表水源型和地下水源型三种；
[0003]浅层地热能源动态检测系统，在对地表以下200米以内浅岩土体、地下水和地表水检测过程中仍然存在缺陷，首先，对岩土体还存在自动化不高的缺点，检测过程中需要手工操作，自动化程度不高；人为因素干扰大，监测数据的可靠性难保证；受天气气候的影响，如遇大风暴雨等恶劣环境，监测可能受到影响，有时甚至无法进行；在崇山峻岭上观测，人力物力消耗较大；无法实现实时监测、实时预报，当前所监测的数据.需要拿回处理之后，才能知道结果；
[0004]地下水和地表水运用到浅层地热能源是一种可持续发展的绿色能源技术，浅层地热能源作为地源热泵系统中的一种形式，但是现有的检测系统中对地下水的检测不便于进行长期在线检测，且自动监测能力薄弱；
[0005]综上，因此本专利技术提供了一种浅层地热能源动态检测系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种浅层地热能源动态检测系统，以解决现有技术中自动化程度不高；人为因素干扰大，监测数据的可靠性难保证等问题。
[0007]一种浅层地热能源动态检测系统，包括：检测数据中心平台、数据储存单元和数据转换单元，所述检测数据中心平台与数据储存单元相连，所述检测数据中心平台与数据转换单元相连，所述数据转换单元与数据传输单元相连，所述数据传输单元与数据采集单元相连，所述数据采集单元与地质环境检测单元相连，所述地质环境检测单元与岩土层检测单元相连，所述地质环境检测单元与地下水检测单元相连，所述地质环境检测单元与地表水检测单元相连，且地表水检测单元输出信号为RS485
‑
MODBUS
‑
RTU标准协议。
[0008]优选的，所述检测数据中心平台包括PC端和监控中心，且PC端和监控中心通过网络连接有路由器。
[0009]优选的，所述检测数据中心平台、数据转换单元、数据传输单元、数据采集单元和地质环境检测单元之间构成串联结构。
[0010]优选的，所述数据转换单元是具有高速转换器芯片，可混合信号前端，且数据转换单元可集成RF模数转换器(ADC)和RF数模数转换器(DAC)的高集成度平台，支持集成度、节电和频率捷变性至关重要的多频段或宽带宽系统，且数据转换单元搭载AD9081是一款高度
集成的器件。
[0011]优选的，所述地质环境检测单元包括有闭式循环式浅层地热源采集系统、半封闭循环式浅层地热源采集系统和提取转移地下水式浅层地热源采集系统。
[0012]优选的，所述闭式循环式浅层地热源采集系统是一种通过介质在封闭式的岩土层换热装置中循环流动来达到采集地热源目的的系统，且半封闭循环式浅层地热源采集系统指通过潜水泵抽取地下水，再将介质水中的低位热源以井口间壁式换热方式交换给热泵系统，并且提取转移地下水式浅层地热源采集系统主要分为双井抽灌形式和一井抽多井回灌形式两种。
[0013]优选的，所述岩土层检测单元可以通过固定式测斜仪进行自动检测，且固定式测斜仪可以对岩土层的水位位移方向进行检测，固定式测斜仪可以深达45m的钻孔中，以任意的间距L，例如1m，形成1个测斜仪链条，固定于1个套筒之中，若测斜仪所控制监测的长度为L
1(
由连接杆长度决定)，测斜仪所测的转角为θ，则该处位移d1＝L1sinθ，从下到上累加所有的检测值，获得该测点总位移，其公式(一)：
[0014][0015]优选的，所述岩土层检测单元可以通过孔隙水压仪进行自动检测，且孔隙水压仪直接输出值为电压，单位为mv，与比例系数CF相乘之后，能得到水压值kPa或m等，其公式(二)：
[0016]ΔP＝CF(L1‑
L0)
‑
T1(T1‑
T0)
ꢀꢀꢀꢀ
(二)
[0017]其中，公式(二)式(3)中，ΔP为孔压值：CF为比例系数，如kPa/mv；L0，L1分别为初始读数和当前读数；T
k
为温度校正系数，如kPa/℃；T1，T0分别为当前温度和初始温度。
[0018]优选的，所述地下水检测单元包括有微功耗RTU、水质传感器、水位计、水温传感器；
[0019]所述地下水检测单元可以通过GPRS/CDMA/3G/4G等通信方式连接微功耗RTU，所述微功耗RTU相连有水质传感器，所述微功耗RTU相连有水位计，所述微功耗RTU相连有水温传感器，且地下水检测单元通过遥测终端机连接多种传感器，以检测地下水的温度、水位、水质、水压等数据。
[0020]优选的，所述地表水检测单元设有地表水检测单元，且检测终端包括有感知控制层、传输通信层和应用服务层；
[0021]所述感知控制层相连有传输通信层，且感知控制层主要为地表水水质监测子站建设，感知控制层可实现水质监测数据、数据、仪器设备状态数据以及环境动力指标数据的采集，感知控制层包括：终端控制PH、电导率、溶解氧、浊度、温度等传感器，并且传输通信层主要建设内容为无线通讯链路，所述传输通信层相连有应用服务层，且应用服务层对监测点数据进行接收、处理、汇总、统计、分析。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]1、本专利技术通过岩土层检测单元中的固定式测斜仪和孔隙水压仪可以进行自动化检测，固定式测斜仪可同时测量X/Y两个方向倾斜变化，从而通过计算可以得出该点的倾斜方向与倾斜角度，并可直接挂接总线系统进行自动化数据采集；孔隙水压仪可以将自动对测量数据进行换算并直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差；全部元器件进行严格
测试和老化筛选，尤其是高低温应力消除试验，增强弦的稳定性和可靠性；另有三防处理，保证在长期恶劣环境中高成活率的问题。
[0024]2、本专利技术的地下水检测单元通过遥测终端机连接水质传感器、水位计、水温传感器，以监测地下水的温度、水位、水质、水压等数据，微功耗RTU以GPRS/CDMA/3G/4G等通信方式将采集到的数据传输到地下水检测单元，用以实时监测地下水的状态，其中，微功耗RTU一体化设计，采用低能耗、IP68防护等级设计，内嵌大容量锂电池，适用于不具备供电条件、环境恶劣的监测现场，实现地下水检测单元数据的采集、存储、报警及传输等综合功能；
[0025]3、本专利技术的地表水检测单元配套了完善的太阳能供电系统、测量单元、水路单元、清洗单元，实现全天候无人值守的自动监测，其中，感知控制层依靠嵌入式终端控制PH、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浅层地热能源动态检测系统，包括：检测数据中心平台(1)、数据储存单元(2)和数据转换单元(3)，其特征在于，所述检测数据中心平台(1)与数据储存单元(2)相连，所述检测数据中心平台(1)与数据转换单元(3)相连，所述数据转换单元(3)与数据传输单元(4)相连，所述数据传输单元(4)与数据采集单元(5)相连，所述数据采集单元(5)与地质环境检测单元(6)相连，所述地质环境检测单元(6)与岩土层检测单元(7)相连，所述地质环境检测单元(6)与地下水检测单元(8)相连，所述地质环境检测单元(6)与地表水检测单元(9)相连。2.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述检测数据中心平台(1)包括PC端和监控中心，且PC端和监控中心通过网络连接有路由器。3.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述检测数据中心平台(1)、数据转换单元(3)、数据传输单元(4)、数据采集单元(5)和地质环境检测单元(6)之间构成串联结构。4.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述数据转换单元(3)是具有高速转换器芯片，可混合信号前端，且数据转换单元(3)可集成RF模数转换器(ADC)和RF数模数转换器(DAC)的高集成度平台，支持集成度、节电和频率捷变性至关重要的多频段或宽带宽系统，且数据转换单元(3)搭载AD9081是一款高度集成的器件。5.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述地质环境检测单元(6)包括有闭式循环式浅层地热源采集系统(10)、半封闭循环式浅层地热源采集系统(11)和提取转移地下水式浅层地热源采集系统(12)。6.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述闭式循环式浅层地热源采集系统(10)是一种通过介质在封闭式的岩土层换热装置中循环流动来达到采集地热源目的的系统，且半封闭循环式浅层地热源采集系统(11)指通过潜水泵抽取地下水，再将介质水中的低位热源以井口间壁式换热方式交换给热泵系统，并且提取转移地下水式浅层地热源采集系统(12)主要分为双井抽灌形式和一井抽多井回灌形式两种。7.如权利要求1所述浅层地热能源动态检测系统，其特征在于：所述岩土层检测单元(7)可以通过固定式...

【专利技术属性】
技术研发人员：田力，徐强，陆金波，王丹丹，白秀佳，张争光，苗全芸，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局勘查研究总院，
类型：发明
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