一种地下岩土体热物性测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种地下岩土体热物性测试装置，该装置包括电加热水箱、变频循环水泵、测量控制装置。电加热水箱内设有三层均温挡板，该电加热水箱一侧的上部设有进水管，其下部设有出水管；出水管通过变频循环水泵经地埋管与进水管相连；变频循环水泵与地埋管相接的管路上依次设有流量传感器、温度及压力传感器Ⅰ；地埋管与进水管相接的管路上设有温度及压力传感器Ⅱ；测量控制装置包括内置滤波器的变频器、PID调节器和采集设备；变频器通过PID调节器与采集设备相连，该采集设备分别与流量传感器、温度及压力传感器Ⅰ、温度及压力传感器Ⅱ相连。本实用新型不但测试稳定可靠，数据准确，而且自动化程度高，较容易得到更为精确的岩土体热物性参数。
【专利说明】一种地下岩土体热物性测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及浅层土壤能利用领域，尤其涉及一种地下岩土体热物性测试装置。
【背景技术】
[0002]土壤源热泵系统具有适用范围广、可靠性高、寿命长、政策支持度高等特点，自“十一五”以来得到快速发展。而作为土壤源热泵系统设计及研究过程中最基本的岩土体的热物性参数(导热系数λ、扩散率α和比热容c等)的准确获取，一直是土壤源热泵技术基础研究和工程实践的关键环节和重难点。
[0003]国际地源热泵协会(IGSHPA)的标准、美国采暖制冷与空调工程师协会(ASHRAE)手册、国际能源机构(IEA)及《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2009)都推荐恒热流法测试岩土体的热物性，该方法是以线/柱热源传热模型为数学模型，利用测量得到的温度场或换热量来反解热物性参数，核心在于选择合适的钻孔换热量并保持该换热量的基本恒定。
[0004]从已有文献报道来看，目前国内开发研制的热物性测试设备从结构设计、冷热源选择、数据采集处理、安全运行、自动化程度等方面进行了不断改进，但对如何保证换热量恒定的研制工作却涉及较少。现场测试时，测试装置受外界环境变化影响如循环水泵发热、电压波动、气温波动(昼夜温差大的西北地区更甚)等使得实际换热量不断变化，且随着测试时间影响程度不断加大，导致测试条件与模型假设相差较大，增加测试数据分析处理难度的同时也大大降低了热物性参数准确程度。因此，寻求一种能够保持换热量基本恒定且自控程度较高的热物性测试装置，以大幅降低外界环境变化影响程度，使测试条件更接近于数学物理模型假设，对于提高土壤源热泵系统工程设计的准确性和便利性具有重大现实意义。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种稳定可靠、数据准确的地下岩土体热物性测试装置。
[0006]为解决上述问题，本实用新型所述的一种地下岩土体热物性测试装置，其特征在于:该装置包括电加热水箱、变频循环水泵、测量控制装置；所述电加热水箱内设有三层均温挡板，该电加热水箱一侧的上部设有进水管，其下部设有出水管；所述出水管通过所述变频循环水泵经地埋管与所述进水管相连；所述变频循环水泵与所述地埋管相接的管路上依次设有流量传感器、温度及压力传感器I ;所述地埋管与所述进水管相接的管路上设有温度及压力传感器II ;所述测量控制装置包括内置滤波器的变频器、PID调节器和采集设备；所述变频器通过所述PID调节器与所述采集设备相连，该采集设备分别与所述流量传感器、所述温度及压力传感器1、所述温度及压力传感器II相连。
[0007]所述三层均温挡板为铝制多孔挡板，且呈平行错位设置。[0008]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0009]1、本实用新型在电加热水箱中设置了均温挡板，可大范围上控制了主要热源的稳定输出。
[0010]2、本实用新型测量控制装置根据预设及实际换热量偏差，内置PID调节器控制变频器进而控制循环水泵转速，调整循环流量，实现钻孔换热量的稳定控制。
[0011]3、本实用新型变频器及各传感器与测量控制装置相连形成闭环反馈控制系统，并通过该闭环反馈控制系统调整水流量，确保总换热量的恒定，不但测试稳定可靠，数据准确，而且自动化程度高，较容易得到更为精确的岩土体热物性参数。
[0012]4、本实用新型为岩土体热物性参数的解析提供了更接近于恒热流传热模型的假设条件，解决了目前地下岩土体热物性现场测试过程中存在的钻孔换热量波动较大、难以符合传热模型假设条件导致测试结果准确程度不足的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
[0015]图中:I一电加热水箱 2—出水管 3—变频循环水泵 4一变频器5—进水管 61—温度及压力传感器I 62—流量传感器 63—温度及压力传感器II 7—测量控制装置8—均温挡板9一PID调节器10—采集设备。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，一种地下岩土体热物性测试装置，该装置包括电加热水箱1、变频循环水泵3、测量控制装置7。电加热水箱I内设有三层均温挡板8，该电加热水箱I 一侧的上部设有进水管5，其下部设有出水管2 ;出水管2通过变频循环水泵3经地埋管与进水管5相连；变频循环水泵3与地埋管相接的管路上依次设有流量传感器62、温度及压力传感器
I61 ;地埋管与进水管5相接的管路上设有温度及压力传感器II 63 ;测量控制装置7包括内置滤波器的变频器4、PID调节器9和采集设备10 ;变频器4通过PID调节器9与采集设备10相连，该采集设备10分别与流量传感器62、温度及压力传感器I 61、温度及压力传感器II 63相连。
[0017]其中:三层均温挡板8为铝制多孔挡板，且呈平行错位设置。
[0018]实施例甘肃地区某土壤源热泵工程，应用建筑面积为11000m2，地埋管采用规格为DN32X3.0的双U型PE管，单口井深100m，按规范要求采用本实用新型进行热物性测试。
[0019]先向设有均温挡板8的电加热水箱I中注满水，使水温与地埋管水温接近；再将该地埋管两端与出水管2、进水管5正确连接，并做好管道保温；然后连接好总电源，加热功率设为6kW，开启变频循环水泵3，初始流速设为0.42m/s，测量控制装置7通过流量传感器62、温度及压力传感器I 61、温度及压力传感器II 63采集出水管2、进水管5处的温度、流量、压力参数，频率为300s/次，同时以6kW为参照，根据自动算出的实际换热量，内置PID调节器9控制变频器4进而控制变频循环水泵3转速，调整循环流量，整个测试时间为72h。
[0020]测试完成后，读取相关参数记录，按恒热流传热模型计算分析岩土体热物性即可。
【权利要求】
1.一种地下岩土体热物性测试装置，其特征在于:该装置包括电加热水箱(I)、变频循环水泵(3)、测量控制装置(7);所述电加热水箱(I)内设有三层均温挡板(8)，该电加热水箱(I) 一侧的上部设有进水管(5)，其下部设有出水管(2);所述出水管(2)通过所述变频循环水泵(3 )经地埋管与所述进水管(5 )相连；所述变频循环水泵(3 )与所述地埋管相接的管路上依次设有流量传感器(62)、温度及压力传感器I (61);所述地埋管与所述进水管(5)相接的管路上设有温度及压力传感器II (63);所述测量控制装置(7)包括内置滤波器的变频器(4)、PID调节器(9)和采集设备(10);所述变频器(4)通过所述PID调节器(9)与所述采集设备(10)相连，该采集设备(10)分别与所述流量传感器(62)、所述温度及压力传感器I (61)、所述温度及压力传感器II (63)相连。
2.如权利要求1所述的一种地下岩土体热物性测试装置，其特征在于:所述三层均温挡板(8)为铝制多孔挡板，且呈平行错位设置。
【文档编号】G01N25/20GK203688481SQ201320863452
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】蔡肖, 侯文虎, 何忠茂, 王永亮 申请人:甘肃土木工程科学研究院