专利名称：一种地源热泵地埋管换热量测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及暖通空调工程技术中地源热泵的地埋管换热量测试 装置。
背景技术：
目前国内外通用的地源热泵地埋管换热量和地层热传导系数现场测试的方法是热响应试验法。这种方法是对待测地层通过u形管施加一恒定 的热流，测u形管内换热流体进出口温度。换热流体进出温度的变化情况 是地层对热流响应的结果。试验过程中，以一定的时间间隔记录u形管进出口液体温度、流量和加热功率等试验数据，根据记录的这些数据，通过 建立数学模型来求解地层的热物性参数，然后计算获得地源热泵地埋管换执量o山东建筑工程学院开发出便携式地下深层岩土热物性测试仪，使用的 是电加热方法，其不足之处在于只能在恒定加热功率下测试，并且测试结 果不是最终结果，需要通过用于计算土壤热物性的软件对其进行处理间接 获得热物性，该间接获取方法忽略了地源热泵夏冬不同工况运行时地下岩 土导热系数的变化，计算得出的换热量结果与换热计算模型有关系，可能 与实际情况存在偏差。天津大学采用热线法对土壤的导热系数进行了测 量。热线法是一种应用广泛的测量材料导热系数测试方法，属于非稳态测试法，它具有简便、快速、精确等优点，但是按照国家标准(GB10297 88)， 热线法适用于导热系数小于2W/(m〃C)的材料的导热系数的测定，而实际 部分岩土的导热系数超出此范围，故应用受到一定限制。刘谏提出使用风 冷热泵结合风机盘管测试地下埋管换热器的方法，但难于准确控制出水温 度，不便进行定出水温度工况下的测试。中国专利文献"一种测试地埋管 换热器换热能力的新方法及其专用测试装置"(专利号ZL200410072380.6,授权公告号CN100359311C，授权公告日2008年1月 2日，申请日20040072380.6，申请号200410072380.6)利用一个小型地源 热泵系统来同时测试地埋管排热量和取热量，但存在排热量与取热量不平 衡，导致系统运行难于维持稳定的问题。实用新型內容本实用新型的目的是提供一种地源热泵地埋管换热量测试仪，该装置 能够分别测试地下埋管夏季排热量和冬季吸热量，并提供两种方式测量夏 季排热量。本实用新型提供了一种地源热泵地埋管换热量测试仪， 一种地源热泵 地埋管换热量测试仪，其特征在于，包括进口测试端、第一水箱4、第一 阀门5、风冷热泵机组6、第二阔门7、第二水箱8、水泵9、出口测试端 和地下埋管依次连接构成的水回路，进口测试端与第一水箱4相接的端口 通过第三阀门15与第二水箱8连接，第二水箱8包括电加热器和用于控制 电加热器加热的温控系统。本实用新型相对现有技术有以下优点1风冷热泵机组和水箱的组合方式，使得测试仪能够分别测试夏季换 热量和冬季换热量。可避免排热量和取热量同时测试时可能出现的不平衡 问题。2测试仪中的风冷热泵机组和水箱均可对水制热，因此提供两种方法 用于测试埋管夏季排热量，这样测试结果便于对照，增强了测试可靠性。3可在多种工况(出水温度、流量)下直接测试，以获得与实际运行 工况一致的测试结果。
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，测试仪主要包括水箱4、水箱8、风冷热泵机组6、水泵9、进口测试端、出口测试端和阀门5、 7、 15、 16。水箱4、 8内均装有可调加热功率的电加热器和一套PID(比例-微分-积分)温控系统。温控系统用于控制电加热器制得热水，该温控系统可精确 控制冷水或热水出水温度，以弥补风冷热泵冷热水出水温度波动较大的不 足。风冷热泵机组6由蒸发器，冷凝器，膨胀阀，压縮机组成，通过制冷 剂循环可吸收或放出热量。该风冷热泵机组是在常规机组上添加特殊控制 装置，使其在(TC环境温度下可稳定运行并制得4'C左右冷水。水泵9用于 驱动水流动。进口测试端包括依次连接的阀门1、测温传感器2和压差传 感器3。出口测试端包括依次连接的阀门10、流量传感器ll、压差传感器 12、测温传感器13和阀门14，阀门1， IO供安装检修时使用，阀门14用 于调节流量。实际应用中，可测量两个或三个孔中的U形管换热量，然后取均值， 这样的结果比只测单个孔的结果更接近实际。本实用新型可同时测量两个 或三个孔内的单U形管，或者一次测量一个孔内的双U形管。下面分别以测冬季换热量和夏季换热量说明本实用新型工作流程1、 测埋管冬季换热量工作流程经水箱4补水口向系统注水至水箱 4溢流口液面，开启阀门5、 7和16 (阀门15关闭)，启动水泵9，水箱4 的水流入风冷热泵机组6，水与风冷热泵机组6中的蒸发器进行换热后变 为4'C左右冷水，水流出，依次经过阀门7、水箱8、水泵9、出口测试端 流入地下埋管，水吸收岩土中的热量后流入进口测试端，回到水箱4。水 箱8可根据水温情况开启电加热器适当加热，使水温少许上升，以便精确 控制出口测试端处的水温达到预定温度值。从地下埋管来的水温较低时， 水箱4可开启电加热器适当加热，提高热泵机组进水温度，有利于运行稳 定。阀门16开启使水箱4与水箱8上部相通，可避免风冷热泵6内置水泵 与水泵9未同时运行或因测试地下埋管数量变化造成不完全匹配时水箱4 或8产生溢流。如此循环数十小时，即可通过流量传感器11测得的水流量， 测温传感器2， 13分别测得进水和出水温度，计算水通过埋管从岩土中吸 收的热量2、 测埋管夏季排热量工作流程方式a:使用风冷热泵机组加热。经水箱4补水口向系统注水至水箱 溢流口液面，开启阀门5、 7和16(阀门15关闭)，启动水泵9，水箱4的 水流入风冷热泵机组6，水与风冷热泵机组6中的冷凝器进行换热，流出， 依次经过阀门7、水箱8、水泵9、出口测试端流入地下埋管，水向岩土排 出热量后，从地下埋管的另一端流出，经过进口测试端回到水箱4。水箱8 可根据水温情况开启电加热器适当加热，精确控制出口测试端处的水温达 到预定温度值。方式b:单独使用电加热器加热。经水箱8补水口向系统注水至水箱 溢流口液面，水箱8对水加热到预定温度，开启阀门15 (阀门5、 7、 16 关闭)，启动水泵9，水箱8的水流出，依次经过水泵9，出口测试端流入 地下埋管，水向岩土排出热量后，从地下埋管的另一端流出，经过进口测 试端，阀门15回到水箱8。循环一般数十小时，即可通过流量传感器11测得的水流量，测温传感 器2， 13分别测得进水和出水温度，计算获得水通过埋管向岩土中排去的 热量。一般两种方式可任意选择使用，这样增加了装置的安全性和灵活性； 还可采用两种方式得到两个测试结果，对两测试结果进行分析比较，进而 有利于评估测试结果的准确性。可以根据设计要求在多种工况(出水温度，流量)下测试。对于埋管井较深，回填材料换热性能较好等条件下的地埋管夏季换热 量测试，还可同时使用水箱4和8加热。此时向水箱4， 8填充水，启动水 箱4， 8对水加热，阀门5、 7、 15关闭，开启阀门16，水箱8的水达到预 定温度后启动水泵9，水箱8的水流出，依次经过水泵9、出口测试端、地 下埋管、进口测试端、水箱4、阀门16后流回水箱8。在测试仪获得水流量、流出地下埋管的水温和流进地下埋管的水温后，按照下面公式计算被测孔内地埋管的换热量Q = /7vcp(tout-tin)式中Q是换热量(kW); v是水流量(m3/s)，由流量传感器ll测得；t。ut是流出地下埋管的水温(°C)，由测温传感器2测得；、是流进地下埋管的 水温(°C)，由测温传感器13测得；^是水的密度(kg/m3);、是水的比热(kJ/kg'K)，取值4.1868。 单位孔深的换热量为-其中，q为单位孔深的换热量(W/m)， H为孔的深度(m)。 具体实施例本实施例采用的风冷热泵机组6的制冷量为16kW，制热量为18kW; 水箱4的加热功率5k W， 体积约0.6 m3 ，水箱8的加热功率20k W，体 积约0.8m、设置水泵9流量为6 mVh,扬程40米；流量传感器11的量 程为0.1 10m/s，精度2%。。测温传感器2和13的量程为0 10(TC,精度 O.rC压差传感器3和12的量程为0 150kPa，精度2%0。将地下U型埋管的进水端与测试仪的出口测试端连接，地下U型埋 管的出水端与测试仪的进口测试端连接。水管地面部分均作保温。经水箱 4补水口向系统注水至水箱溢流口液面，启动水泵9，开启风冷热泵机组 (测排热量时制热，测取热量时制冷)，水箱8启用电加热器，使水箱8 中水温达到设定值(一般测夏季排热量时取38°C，测冬季取热量时取6°C) 时，由阀门14调节单管流量(对外径为32mm的U型管，流量取1.2m3/h)。 循环72个小时，根据记录的进出水温度、流量计算获得埋管的排热量或 取热量。如采用方式b测排热量，则不开启风冷热泵机组，只开启电加热水箱 8加热器。
权利要求1、一种地源热泵地埋管换热量测试仪，其特征在于，包括进口测试端、第一水箱(4)、第一阀门(5)、风冷热泵机组(6)、第二阀门(7)、第二水箱(8)、水泵(9)、出口测试端和地下埋管依次连接构成的水回路，进口测试端与第一水箱(4)相接的一端通过第三阀门(15)与第二水箱(8)连接，第二水箱(8)包括电加热器和用于控制电加热器加热的温控系统。
2、 根据权利要求1所述的地源热泵地埋管换热量测试仪，其特征在 于，所述第一水箱(4)的上部分通过第四阀门(16)与所述第二水箱(8) 相连。
3、 根据权利要求1或2所述的地源热泵地埋管换热量测试仪，其特 征在于，所述第一水箱(4)包括电加热器和用于控制电加热器加热的温控 系统。
4、 根据权利要求1或2或3所述的地源热泵地埋管换热量测试仪， 其特征在于，所述进口测试端和所述出口测试端均为两个。
5、 根据权利要求1或2或3所述的地源热泵地埋管换热量测试仪， 其特征在于，所述进口测试端和所述出口测试端均为三个。
专利摘要本实用新型提供一种地源热泵地埋管换热量测试仪，包括进口测试端、第一水箱、第一阀门、风冷热泵机组、第二阀门、第二水箱、水泵、出口测试端和地下埋管依次连接构成的水回路，进口测试端与第一水箱相接的端口通过第三阀门与第二水箱连接。第二水箱包括电加热器和用于控制电加热器加热的温控系统。本实用新型采用风冷热泵机组和水箱的组合方式，使得测试仪能够分别测试夏季换热量和冬季换热量，测试仪中的风冷热泵机组和水箱均可对水制热，因此提供了两种方法用于测试埋管夏季排热量，这样测试结果便于对照，增强了测试可靠性。
文档编号G01M99/00GK201166615SQ200820065709
公开日2008年12月17日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者孙启明, 於仲义, 江章宁, 胡平放, 胡志高, 郁云涛, 飞 雷 申请人:华中科技大学