专利名称：土壤源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种供热、供燃气、通风及空调工程专业中土 壤源热泵地下埋管换热器换热能力的专业测试装置，特别是一种土壤 源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装置。本实用新型为地下 埋管换热器的工程设计提供依据，同时也可作为大中院校实验室研究 地下埋管换热能力的实验装置。
(二) 背景技术
土壤源热泵起源可以追溯到1912年瑞士人佐伊利(H.Zoelly) 提出的关于利用土壤作为热源的专利设想将热泵装置的室外侧制冷 剂一空气换热器改为制冷剂一中间换热流体介质(水或其它抗冻液) 一土壤换热器。目前，在美国、加拿大、瑞典等，已进入商业实用性 阶段。国内1980年，开始探索与研究土壤源热泵；1990年末，土壤 源热泵成为国内热门研究课题。到目前为止，国内在地源热泵方面的 研究处于探索性发展阶段。2006年1月颁布了《地源热泵系统工程 技术规范》，规范了土壤源热泵的实际工程应用。土壤源热泵工程设 计必须对地下埋管换热器的换热能力进行计算，得出所需的地下埋管 的长度和深度，这是与其它中央空调设计的主要区别。传统的地下埋 管换热器的换热能力的测试是由地质勘察公司对地下埋管埋设地点 进行地质勘察分析得出埋设地点的地质结构，然后由暖通空调设计人 员进行换热量的计算，得出所需的地下埋管的长度和深度。这种方式 计算比较复杂，要求计算人员有较深的理论基础。还有就是通过建立 简单的测试装置来直接测量地下埋管换热器的换热能力。如专利 200410072380"—种测试地埋管换热器换热能力的新方法及专用测试 装置"。这种测试装置通过建立简单的空调系统，对系统的运行数据 分析得出地埋管换热器的换热量。这种测试方法需要手工记录系统的 运行数据，而且对一些工况不能正确测试如办公建筑间歇运行、冷/ 热负荷变化等工况。
(三) 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种土壤源热泵地埋管换热器换热
能力的数字化测试装置，它弥补了实际工程勘探和简单实验装置这两 种测试地下埋管换热能力方法的不足，适用于水平和竖直两种埋管方 式；可以测试全天候运行工况、间歇运行工况、变流量运行工况、变 负荷运行工况的等实际工况；同时能够自动准确的记录所需要的数据。
本实用新型的技术方案 一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力 的数字化测试装置，其特征在于该系统包括四部分即热泵机组、地 下埋管换热器、风机盘管系统及现场数据采集测试系统；其中热泵机 组是风机盘管系统和地下埋管换热器间进行热量交换的中介设备，热 泵机组、地下埋管换热器和风机盘管系统间的连接分为测试地下埋管 换热器吸、放热能力的两种形式；现场数据采集测试系统与地下埋管 换热器和风机盘管系统中的测量仪表相连接。
上述所说的地下埋管换热器在测试吸热能力时的结构为热泵机 组蒸发器的出水管与地下埋管换热器的供水管连接，蒸发器的进水管 与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组冷凝器的出水管与风机盘 管系统的供水管连接，冷凝器的进水管与风机盘管系统的回水管连 接。
上述所说的地下埋管换热器在测试放热能力时的结构为热泵机 组冷凝器的出水管与地下埋管换热器的供水管连接，冷凝器的进水管 与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组蒸发器的出水管与风机盘 管系统的供水管连接，蒸发器的进水管与风机盘管系统的回水管连接。
上述所说的地下埋管换热器与热泵机组的连接关系为地下埋管 换热器循环水泵依次与压力表、自动放气阀、涡轮流量计、铂电阻温 度传感器、热泵机组、铂电阻温度传感器、地下埋管、球阀、定压水 箱、Y型除污器、压力表相连接。
上述所说的地下埋管包括两个地下埋管；地下埋管依次与5个铂 电阻温度传感器和1个球阀相连接；地下埋管依次与5个铂电阻温度 传感器和1个球阀相连接。
上述所说的风机盘管系统与热泵机组的连接关系为风机盘管系
统循环水泵依次与压力表、铂电阻温度传感器、热泵机组、铂电阻温
度传感器、涡轮流量计、自动放气阀、球阀、3个风机盘管、定压水
箱、Y型除污器、压力表相连接。
上述所说的现场数据采集测试系统包括含有模拟量输入接口板 的工控机和至少2块热电阻信号模拟量输入调理板与1块电压/电流 信号模拟量输入调理板，至少2块热电阻信号模拟量输入调理板与1 块电压/电流信号模拟量输入调理板连接工控机内的模拟量输入接口 板；所说的工控机应当包括19纯平显示器、主机、鼠标、键盘；主 机包括CPU、内存、硬盘、主板，模拟量输入接口板装在主机内； 硬盘中安装组太软件FIX。
上述所说的每一铂电阻温度传感器均依3根信号线与热电阻信 号模入调理板连接。
上述所说的土壤源热泵地埋管包括水平埋管和竖直埋管，水平埋 管方式包括单环路、双环路、三环路；竖直埋管方式包括单U形管、 双U形管。
本实用新型能够实现如下功能-
a能够通过图表的形式分析地下埋管换热器的温度变化规律； b全天候长期运行时地下埋管的吸热量和放热量的计算； c间歇运行工况下地下埋管的吸热量和放热量的计算； d变负荷运行工况下地下埋管的吸热量和放热量的计算； e变流量运行工况下地下埋管的吸热量和放热量的计算； f人为设定的运行工况下地下埋管的吸热量和放热量的计算。 本实用新型的工作原理本实用新型采用DDC (direct digital control)直接数字化控制系统对温度和冷冻水/冷却水系统水流量进 行采集。其原理是模入调理板接收来自传感器(温度、流量)的电信 号，然后将电信号转变成数字信号，并在计算机中对数字信号进行数 学运算。计算机内置intellution公司的组太软件FIX可以全天候记 录现场仪表的数据，并对数据进行处理、绘制图表供设计人员或实验 人员参考。
对地下埋管换热器换热量的计算常用如下公式
"△t 『)/(0.86 丄)
其中，《是单位管长地下埋管的换热量，b/柳；W是地下埋管换 热器进/出口温差，°C;『是地下埋管换热器的水流量，附3//2;丄是
地下埋管换热器的管长，m。
地下埋管换热器的换热能力最直接的体现就是从热泵机组吸收 或放出多少热量。地下埋管换热器不是直接和热泵机组连接的，地下 埋管换热器与热泵机组之间有水泵、除污器、连接管道等设备，地下 埋管进口/出口温度与进入和流出热泵机组的水温度有一定的偏差。 因此计算地下埋管换热器的换热量时应采用热泵机组冷凝器的温差 (研究地下埋管换热器的散热能力)或蒸发器的温差(研究地下埋管换 热器的吸热能力)。
如图1所示安装完成后，连接铂电阻温度传感器和涡轮流量计到
工控机上。然后在工控机上安装FIX软件，设定所采集的数据(温度、 流量)的属性，绘制系统流程图，编制系统数据表格。通过水银温度 计和万用表校核铂电阻温度传感器和涡轮流量计。这样系统的设备就 安装完毕。打开球阀，往系统中注水，注满后相继打开水泵、热泵机 组。系统运行的同时DDC记录温度和流量和计算出地下埋管换热器的 换热量、系统负荷。全天候长期运行时，打开球阀、水泵、热泵机组， 24小时连续运行。间歇运行工况下运行时，根据需要的时间间隔运 行系统；变负荷运行工况时，改变风机盘管的运行台数和风量；变流 量运行工况时，可手动改变球阀的开度或将水泵连接到变频器上。
本实用新型的有益效果在于1、能够在间歇运行工况、变流量 运行工况、变负荷运行工况等工况下测定地下埋管换热器的换热量； 2、通过DDC采集系统的温度和流量数据，能够即时记录数据，即时 显示地下埋管换热器的换热量和系统的负荷；3、可以根据需要测定 不同形式下地下埋管的换热量；4、适用于土壤源热泵工程地下埋管 换热量的测试，也可作为大中院校研究地下埋管换热能力的实验装 置；5、本实用新型所用装置可以重复使用，移动方便，结构简单， 规范了 土壤源热泵地下埋管换热器的设计。
图1为本实用新型所涉一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力 的数字化测试装置的整体结构原理示意图。
图2为本实用新型所涉及一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置的地下埋管换热器在测试吸热能力时的结构示意图。
图3为本实用新型所涉及一种土壤源热泵地埋管换热器换热能
力的数字化测试装置的地下埋管换热器在测试放热能力时的结构示 意图。
图4为本实用新型所涉及一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置的整体结构连接示意图。
图5为本实用新型所涉及一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置中的数据采集系统结构示意图。
图6为本实用新型所涉及一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置中的地下埋管上热电阻信号模入调理板与铂电 阻的接线示意图。
具体实施方式
实施例 一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装 置(见图l)，其特征在于该系统包括四部分即热泵机组l、地下埋 管换热器2、风机盘管系统3及现场数据采集测试系统4;其中热泵 机组1是风机盘管系统3和地下埋管换热器2间进行热量交换的中介
设备，热泵机组l、地下埋管换热器2和风机盘管系统3间的连接分 为测试地下埋管换热器吸、放热能力的两种连接形式；现场数据采集 测试系统4与地下埋管换热器2和风机盘管系统3中的测量仪表相连接。
上述所说的地下埋管换热器在测试吸热能力时的结构为(见图
2) :热泵机组蒸发器的出水管与地下埋管换热器的供水管连接，蒸发 器的进水管与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组冷凝器的出水 管与风机盘管系统的供水管连接，冷凝器的进水管与风机盘管系统的 回水管连接。
上述所说的地下埋管换热器在测试放热能力时的结构为(见图
3) :热泵机组冷凝器的出水管与地下埋管换热器的供水管连接，冷凝 器的进水管与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组蒸发器的出水 管与风机盘管系统的供水管连接，蒸发器的进水管与风机盘管系统的 回水管连接。
上述所说的地下埋管换热器2与热泵机组1的连接关系(见图4)
为地下埋管换热器循环水泵2-1依次与压力表2-3-1、自动放气阀 2-8、涡轮流量计2-6、铂电阻温度传感器2-4-1、热泵机组l、铂电阻 温度传感器2-4-2、地下埋管2-9、球阀2-7、定压水箱2-2、 Y型除污
器2-5、压力表2-3-2相连接。
上述所说的地下埋管2-9包括两个地下埋管2-9-1、 2-9-2;地下 埋管2-9-1依次与5个铂电阻温度传感器2-4-3 2-4-7和1个球阀 2-7-2相连接；地下埋管2-9-2依次与5个铂电阻温度传感器2-4-8
2- 4-12和1个球阀2-7-1相连接(见图4)。
上述所说的风机盘管系统3与热泵机组1的连接关系(见图4) 为.-风机盘管系统循环水泵3-1依次与压力表3-4-1、铂电阻温度传 感器3-5-1、热泵机组l、铂电阻温度传感器3-5-2、涡轮流量计3-7、 自动放气阀3-9、球阀3-8-1、 3个风机盘管3-2-l 3-2-3、定压水箱
3- 3、 Y型除污器3-6、压力表3-4-2相连接。
上述所说的现场数据采集测试系统4 (见图5)包括含有模拟量 输入接口板4-2-5的工控机和2块热电阻信号模拟量输入调理板4-5 与1块电压/电流信号模拟量输入调理板4-6， 2块热电阻信号模拟量 输入调理板4-5与1块电压/电流信号模拟量输入调理板4-6连接工控 机内的模拟量输入接口板4-2-5;所说的工控机应当包括19纯平显示 器4-1、主机4-2、鼠标4-3、键盘4-4;主机包括CPU4-2-l、内存4-2-2、 硬盘4-2-3、主板4-2-4，模拟量输入接口板4國2-5装在主机4画2内； 硬盘中安装组太软件FIX。
上述所说的每一铂电阻温度传感器均依3根信号线与热电阻信 号模入调理板连接(见图6)。
上述所说的土壤源热泵地埋管是竖直埋管的双U形管。
权利要求1、一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装置，其特征在于该系统包括四部分即热泵机组、地下埋管换热器、风机盘管系统及现场数据采集测试系统；其中热泵机组是风机盘管系统和地下埋管换热器间进行热量交换的中介设备，热泵机组、地下埋管换热器和风机盘管系统间的连接分为测试地下埋管换热器吸、放热能力的两种形式；现场数据采集测试系统与地下埋管换热器和风机盘管系统中的测量仪表相连接。
2、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的地下埋管换热器在测试吸热 能力时的结构为热泵机组蒸发器的出水管与地下埋管换热器的供水 管连接，蒸发器的进水管与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组 冷凝器的出水管与风机盘管系统的供水管连接，冷凝器的进水管与风 机盘管系统的回水管连接。
3、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的地下埋管换热器在测试放热 能力时的结构为热泵机组冷凝器的出水管与地下埋管换热器的供水 管连接，冷凝器的进水管与地下埋管换热器的回水管连接，热泵机组 蒸发器的出水管与风机盘管系统的供水管连接，蒸发器的进水管与风 机盘管系统的回水管连接。
4、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的地下埋管换热器与热泵机组 的连接关系为地下埋管换热器循环水泵依次与压力表、自动放气阀、 涡轮流量计、铂电阻温度传感器、热泵机组、销电阻温度传感器、地 下埋管、球阀、定压水箱、Y型除污器、压力表相连接。
5、 根据权利要求4所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的地下埋管包括两个地下埋 管；地下埋管依次与5个铂电阻温度传感器和1个球阀相连接；地下 埋管依次与5个铂电阻温度传感器和1个球阀相连接。
6、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的风机盘管系统与热泵机组的 连接关系为风机盘管系统循环水泵依次与压力表、铂电阻温度传感 器、热泵机组、铂电阻温度传感器、涡轮流量计、自动放气阀、球阀、 3个风机盘管、定压水箱、Y型除污器、压力表相连接。
7、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装置，其特征在于所说的现场数据采集测试系统包括含有模拟量输入接口板的工控机和至少2块热电阻信号模拟量输入 调理板与1块电压/电流信号模拟量输入调理板，至少2块热电阻信 号模拟量输入调理板与1块电压/电流信号模拟量输入调理板连接工 控机内的模拟量输入接口板；所说的工控机应当包括19纯平显示器、 主机、鼠标、键盘；主机包括CPU、内存、硬盘、主板，模拟量输入 接口板装在主机内；硬盘中安装组太软件FIX。
8、 根据权利要求7所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的每一铂电阻温度传感器均依 3根信号线与热电阻信号模入调理板连接。
9、 根据权利要求1所说的一种土壤源热泵地埋管换热器换热能 力的数字化测试装置，其特征在于所说的土壤源热泵地埋管包括水平 埋管和竖直埋管，水平埋管方式包括单环路、双环路、三环路；竖直 埋管方式包括单U形管、双U形管。
专利摘要一种土壤源热泵地埋管换热器换热能力的数字化测试装置，包括热泵机组、地下埋管换热器、风机盘管系统及现场数据采集测试系统；其中热泵机组是风机盘管系统和地下埋管换热器间进行热量交换的中介设备，热泵机组、地下埋管换热器和风机盘管系统间的连接分为测试地下埋管换热器吸、放热能力的两种形式；现场数据采集测试系统与地下埋管换热器和风机盘管系统中的测量仪表相连接。本实用新型的有益效果能够在间歇运行工况、变流量运行工况、变负荷运行工况等工况下测定地下埋管换热器的换热量；能够即时记录数据，即时显示地下埋管换热器的换热量和系统的负荷；可测定不同形式下地下埋管的换热量；适用于工程测试，也可作为实验装置。
文档编号G01M99/00GK201069412SQ20072009697
公开日2008年6月4日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者刘志扬, 张子平, 郁松涛, 庆 郝 申请人:天津泰达热泵工程技术有限公司