专利名称：一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种测试技术，特别涉及一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪及测试方法。
背景技术：
地源热泵系统因其高效、节能和环保的特点，在我国建筑节能的大环境下备受推广。由于各处地下土壤状况的变化，对热泵运行中的吸、放热量变化较大，因此，地源热泵设计前的基础资料收集和对地层深处土壤热响应的测试非常重要，尤其对地源热泵地埋管换热器的设计和安装起着直接的指导作用，目前尚无常规的测试方法，国标也未有这方面的规定。通过现场测试确定测试地区深层土壤的热物性参数，可为地源热泵地埋管换热器的设计和施工提供准确可靠的依据。
发明内容
本发明是针对地源热泵设计需要的土壤热响应测试缺乏的的问题，提出了一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪及测试方法，该测试仪可完成地源热泵在恒定热流密度或恒定温度两种工况下的土壤热响应测试试验，在测试中可实现地源热泵地埋管换热器的数据实时采集以及采集数据的实时分析，以获得准确的土壤热响应数据。本发明的技术方案为:一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪，包括垂直U型管，水箱，电加热器，循环水泵，流量计，两个温度传感器，调功仪，PID控制器，数据采集仪，变频器，垂直U型管埋入需测地源里，垂直U型管与水箱的出水和入水口连接，电加热器置于水箱的底部，两个温度传感器分别置于垂直U型管的出水口和入水口，流量计置于水箱的入水口，流量计和两个温度传感器信号送入数据采集仪，置于垂直U型管入水口的温度传感器信号送PID控制器，PID控制器产生输出信号送调功仪控制电加热器，变频器输出控制信号到循环水泵。一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪测试方法，包括移动式地源热泵土壤热响应测试仪，包括如下步骤:
1)系统运行:将垂直U型管埋入待测地源里，水箱接通三相供电电源，设定变频器，水箱工作模式转换开关根据恒温或恒热流模式选择水箱运行模式，PID控制器和调功仪控制水温，启动循环水泵，变频器控制循环水泵水流量，数据采集仪采集垂直U型管出水和入水口温度；
2)恒热流运行:首先按步骤I)让系统运行，将水箱工作模式选择转换开关置于恒热流运行模式，通过电加热器中多组电热丝的加(卸)载，调节所需电加热功率，此时PID控制器和调功仪不上电工作，数据采集仪采集当前垂直U型管出水和入水口温度；
3)恒温运行:首先按步骤I)让系统运行到设定水流量，将水箱工作模式选择转换开关置于恒温运行模式，此时PID控制器输出控制信号到调功仪，调功仪根据控制信号控制负载电加热器的功率，使接在水箱出口的垂直U型管入水口温度达到恒温，数据采集仪采集垂直U型管出水和入水口温度。本发明的有益效果在于:公开一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪及测试方法，结构紧凑，所有设备安装在小车上，外形小巧美观，测试简便易行，可适应不同环境条件的地源热泵土壤热响应测试；可稳定调节控制地埋管换热器中的流体流量、流速和温度；满足不同测试要求，包括以设定温度值运行的恒温模式和以设定热流密度值运行的恒热流密度模式；本测试仪的数据采集软件、分析评估软件可完成地源热泵土壤热响应测试实验数据的实时采集，连接计算机可实现数据的实时分析。
图1为本发明移动式地源热泵土壤热响应测试仪结构示意 图2为本发明移动式地源热泵土壤热响应测试仪电气原理图。
具体实施例方式如图1所示移动式地源热泵土壤热响应测试仪结构示意图，包括垂直U型管11,水箱1，电加热器2，循环水泵9，流量计6 ;测控系统包括温度传感器7、8，调功仪3，PID控制器4，数据采集仪5，变频器10。垂直U型管11埋入需测地源里，垂直U型管11与水箱I的出水和入水口连接，电加热器2置于水箱I的底部，温度传感器7、8分别置于垂直U型管11的出水口和入水口，流量计6置于水箱I的入水口，流量计6、温度传感器7、8信号送入数据采集仪5，垂直U型管11入口温度传感器8信号送PID控制器4，PID控制器4产生输出信号送调功仪3控制电加热器2，变频器10控制循环水泵9。测试系统确认准备妥当，系统接通三相供电电源，处于待机状态。确认测试开始后，先选择水箱运行模式(恒温或恒热流);按下按钮开关，启动循环水泵9，通过变频器10控制循环水泵9水流量于一合适值。若系统处于恒热流运行模式，将转换开关置于恒热流档，水箱I以加载的固定电加热功率运行。根据具体的测试要求，通过按钮开关加(卸)载对应的电热丝来调节电加热器2功率大小。为防止工作电路电流过大，在每相电回路中加装一个熔断器。若水箱I以恒温模式运行，先按下按钮开关，接通PID控制器4的工作电源；将转换开关置于恒温档，操作人员通过PID控制器4控制调功仪3，调功仪3接加热器2，使水箱水温维持在设定的温度。系统运行前期，水箱I水温远低于设定温度值时，可同时接通三组电热丝同时加载工作，以最大电加热功率运行，缩短系统达到稳定的时间。当系统趋于稳定后，卸载一组或二组电热丝，以较小电加热功率运行，使得水箱供热量和“测试井”所需热量达到最佳匹配，提高整个测试系统的测控精度。为实现以上功能可使用如图2所示电气原理图，图中QF为断路器，FRl和FR2为熔断器，MC1-MC7为交流接触器，FD为变频器，SBE为急停开关，SAl为转换开关，SB3-SB7为
按钮开关。整个测试仪结构紧凑，上部为恒温水箱，下部为水泵、流量计及控制柜，所有设备安装在小车上，外形小巧美观，测试简便易行。根据测试要求的不同，恒温水箱循环水量可完成地源热泵一口单U型地埋管或双U型地埋管换热器测试井土壤热响应测试实验，并通过变频器，可稳定调节控制地埋管换热器中的流体流量、流速。测试仪热源为恒温水箱，测试过程中，通过控制系统可实现两种不同稳定运行模式，包括以设定温度值运行的恒温模式和以设定热流密度值运行的恒热流密度模式，以满足不同测试要求。本测试仪的数据采集软件、分析评估软件可完成地源热泵土壤热响应测试实验数据的实时采集，连接计算机可实现数据的实时分析。
权利要求
1.一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪，其特征在于，包括垂直U型管，水箱，电加热器，循环水泵，流量计，两个温度传感器，调功仪，PID控制器，数据采集仪，变频器，垂直U型管埋入需测地源里，垂直U型管与水箱的出水和入水口连接，电加热器置于水箱的底部，两个温度传感器分别置于垂直U型管的出水口和入水口，流量计置于水箱的入水口，流量计和两个温度传感器信号送入数据采集仪，置于垂直U型管入水口的温度传感器信号送PID控制器，PID控制器产生输出信号送调功仪控制电加热器，变频器输出控制信号到循环水泵。
2.—种移动式地源热泵土壤热响应测试仪测试方法，包括移动式地源热泵土壤热响应测试仪，其特征在于，包括如下步骤: O系统运行:将垂直U型管埋入待测地源里，水箱接通三相供电电源，设定变频器，水箱工作模式转换开关根据恒温或恒热流模式选择水箱运行模式，PID控制器和调功仪控制水温，启动循环水泵，变频器控制循环水泵水流量，数据采集仪采集垂直U型管出水和入水口温度； 2)恒热流运行:首先按步骤I)让系统运行，将水箱工作模式选择转换开关置于恒热流运行模式，通过电加热器中多组电热丝的加(卸)载，调节所需电加热功率，此时PID控制器和调功仪不上电工作，数据采集仪采集当前垂直U型管出水和入水口温度； 3)恒温运行:首先按步骤I)让系统运行到设定水流量，将水箱工作模式选择转换开关置于恒温运行模式，此时PID控制器输出控制信号到调功仪，调功仪根据控制信号控制负载电加热器的功率，使接在水箱出口的垂直U型管入水口温度达到恒温，数据采集仪采集垂直U型管出水和入水口温度。
全文摘要
本发明涉及一种移动式地源热泵土壤热响应测试仪及测试方法，包括埋入需测地源里的垂直U型管，水箱，电加热器，循环水泵，流量计，两个温度传感器，调功仪，PID控制器，数据采集仪和变频器。垂直U型管与水箱的出入水口连接，电加热器置于水箱的底部，两个温度传感器分别置于垂直U型管的出入水管口，流量计置于水箱的入水管口，流量计和两个温度传感器信号送入数据采集仪，置于垂直U型管入水管口的温度传感器信号送PID控制器，PID控制器输出信号送调功仪控制电加热器，变频器控制循环水泵。该测试仪可完成地源热泵在恒定热流密度或恒定温度两种工况下的土壤热响应测试试验，在测试中实现实时数据采集及分析，获得准确的土壤热响应数据。
文档编号G01N25/00GK103149234SQ20131009016
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者柳建华, 于国清, 王瑾, 袁瑗, 李为, 赵凯, 赵路平, 段文珊 申请人:上海理工大学