组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪的制作方法
组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于暖通空调新技术地源热累地埋管系统的测试技术领域，特别设及 地埋管换热器周围岩±的热物性和地埋管换热量的现场测试。
【背景技术】
[0002] 设计地源热累时，应精确测量地下±壤热物性参数，设计地下埋管换热器。当地下 ±壤的热导率或热扩散率发生10%的偏差时，地下埋管设计长度偏差为4. 5%~5. 8%，将 导致钻孔总深度的变化。由于钻孔的成本较高，因此必须准确地测量±壤的热物性参数。
[0003] 我国不同地区地质调查与±壤类型分布数据库还不完整，简单的依赖图表或者单 一的实验室数据不能宏观的概括影响±壤热交换器传热性能的所有因素。而通过现场的热 响应测试可W提供不同结构±壤换热器的主要信息为论证项目场地是否适合进行±壤热 累系统设计施工提供参考，并为地埋管系统的设计提供可靠的数值依据。
[0004] 目前国内有不少科研单位或学校研制了地层热响应测试仪，但是现有的设备存在 着W下不足；小型的测试设备只具备换热量测试和热导率测试两种测试模式中的一种测试 模式，且不能进行冬季工况的测试；大型的测试设备安装在专用的测试车上，导致车辆使用 的浪费；系统运行还没有完全实现自动化。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有地源热累现场热响应测试装置的不足之处，提供了 一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪。具有一机多用、组装简便、操作方 便、成本低、测量准确等优点。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
[0007] 一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪，该装置包括液体循环系 统、数据采集和控制系统、电气控制系统；
[000引所述的液体循环系统由风冷热累机组、定压罐、排气阀、水箱、第二球阀、祸轮流量 计、水累、第一球阀、加热管、U形地埋管换热器、测试箱体、测试仪入口端及测试仪出口端构 成，所述加热管的一侧连接有第一四通，第一四通的垂直向上端通过管道依次连接有第二 球阀和水箱；第一四通的水平方向的一端通过管道与测试仪入口端相连，另一端通过管道 和压差变送器的一端相连；加热管的另一侧通过管道依次连接有第二=通、第一=通和水 累，第一=通和第二=通的水平管道之间接有第一球阀，第二=通的垂直向通过管道和测 试箱体的出口端相连，测试箱体的出口端通过管道和风冷热累机组的进水端相连，风冷热 累机组的出水端通过管道和测试箱体的入口端相连，测试箱体的入口端通过管道和第一= 通的垂直向相连；第一=通水平向的另一端通过管道和水累的入口连接，水累出口端的管 道上装有第==通，第==通的垂直向接有定压罐；第==通的水平向另一端通过管道和 祸轮流量计相连，祸轮流量计的另一端管道上接有第二四通，第二四通的垂直向上端管道 上安装有排气阀；第二四通的向下端通过管道和压差变送器的另一端相连，第二四通的水 平方向另一端通过管道和测试仪出口端螺纹连接；
[0009] 所述的数据采集和控制系统由祸轮流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、第S温度传感器、第四温度传感器、压差变送器、温度变送器、流量变送器、电量采集模块、A/D 转换模块、PLC控制器和触摸屏所构成；祸轮流量计接在水累出口水平管道上，祸轮流量计 的表头即为流量变送器，第一温度传感器的探头放置在测试箱体内、第二温度传感器的探 头安装在测试仪出口端的管道上、第=温度传感器的探头安装在测试仪入口端的管道上、 第四温度传感器的探头安装在加热管的出口管道上，所有的温度传感器的引线均接到温度 变送器上，压差变送器的两端分别和测试仪入口端和测试仪出口端的管道相连，流量变送 器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转换模块和电量采集模 块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器通过通信线和触摸屏相连；
[0010] 所述的电气控制系统由配电箱、测试箱体内总空气开关、风冷热累机组空气开关、 开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电器、=相固态调压器构成；电源接到配电箱 后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体内总空气开关和风冷热累机组空气开关上，测试箱 体内总空气开关一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器 相连，热继电器通过动力线和变频器相连，变频器通过动力线和水累相连，测试箱体内总空 气开关另一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连， 热继电器通过动力线和电量采集模块相连，电量采集模块通过动力线和=相固态调压器相 连，S相固态调压器通过动力线和加热管相连，测试箱体内总空气开关还有一路通过动力 线和开关电源相连，辅助开关通过动力线和各个直流用电设备、仪表相连。
[0011] 所述第二四通的水平方向另一端通过管道和测试仪出口端通过钢塑转换接头螺 纹连接.
[0012] 所述触摸屏设有标准的RS485接口。
[0013] 本实用新型一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪具有W下的 有益效果：
[0014] 本测试仪器结构紧凑、可W拆开运输和使用，应用灵活；一套测试系统可W同时实 现"恒热流"测试和"恒温"测试两种测试模式，且能模拟冬季工况，一机多用；拆装方便，可 组合使用和单独使用；为水累配置了变频器，可W无级调节水累的转速，从而调节液体的循 环流量，测试调节较方便；现场运行稳定、测试数据准确，利于地源热累空调系统的研发和 推广应用。具有一机多用、组装简便、操作方便、成本低、测量准确等优点。
【附图说明】
[0015] 图1为测试仪的原理结构示意图；
[0016] 图2为测试仪的数据采集与控制系统的结构框图；
[0017] 图3为测试仪的电气原理图；
[001引图4为测试仪的工作流程图；
[0019] 图中；1-风冷热累机组；（2、3)-金属软管；4-测试箱体；5-定压罐；6-祸轮流量 计；7-第二二通；8-水累；9-第一二通；10-第一球阀；13-第二球阀；11-排气阀；12-水 箱；14-第二四通；15-第一温度传感器；16-压差变送器；17-第一四通；18-第二温度传感 器；19-第二S通；20-第S温度传感器；21-第四温度传感器；22-加热管；24-U形地埋管 换热器；25-周围岩± ;26-钻孔；27-回填料；A-测试仪入口端；B-测试仪出口端；C-测试 箱体的出口端；D-测试箱体的入口端。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图与实施案例对本实用新型作进一步说明。
[0021] 图1为本实用新型的原理结构示意图，如图1所示，本实用新型装置包括液体循环 系统、数据采集和控制系统、电气控制系统=个部分。
[0022] 液体循环系统由风冷热累机组1、定压罐5、排气阀11、水箱12、第二球阀13、祸轮 流量计6、水累8、第一球阀10、加热管22和U形地埋管换热器24所组成。模拟冬季工况 时，首先开启第二球阀13,关闭第一球阀10,水箱12起到定压补水的作用，循环液从U型地 埋管换热器24出口端出来后进入测试仪入口端A，顺次经过加热管22、风冷热累机组1、水 累8,之后流入流量计6,再从测试仪出口端B流入U型地埋管入口端进行循环；模拟夏季工 况时，首先将测试箱体4的C端、D端用不诱钢堵头密封，然后开启第一球阀10、第二球阀 13,水箱12起到定压补水的作用，循环液从U型地埋管换热器24出口端出来后进入测试仪 入口端A，顺次经过加热管22、水累8,之后流入流量计6,再从测试仪出口端B流入U型地 埋管入口端进行循环。排气阀11接在测试仪出口端B的管路上；在测试仪入口端A、出口 端B、加热管22出口端及测试箱体4内分别设置第=温度传感器20、第二温度传感器18、第 四温度传感器21及第一温度传感器15 ;在测试仪入口端A、测试仪出口端B之间设置一个 压差变送器16 ;祸轮流量计6设置在测试仪出口端B的管路上。
[0023] 图2为本实用新型的数据采集与控制系统的结构框图，如图2所示，数据采集和控 制系统由祸轮流量计6、第一温度传感器15、第二温度传感器18、第=温度传感器20、第四 温度传感器21、压差变送器16、温度变送器、流量变送器、电量采集模块、A/D转换模块、PLC 控制器和触摸屏所组成。祸轮流量计6接在水累8出口水平管道上，祸轮流量计6的表头 即为流量变送器，第一温度传感器15的探头放置在测试箱体4内、第二温度传感器18的探 头安装在测试仪的出口端B的管道上、第=温度传感器20的探头安装在测试仪的进口端A 的管道上、第四温度传感器21的探头安装在加热管22的出口管道上，所有的温度传感器的 引线均接到温度变送器上，压差变送器16的两端分别和测试箱体4的进口端A和出口端B 的管道相连，流量变送器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转 换模块和电量采集模块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器 通过通信线和触摸屏 相连。
[0024] 图3为本实用新型的电气原理图，如图3所示，电气控制系统由配电箱、测试箱体 4内总空气开关、风冷热累机组1空气开关、开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电 器、S相固态调压器所组成。电源接到配电箱后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体4内总 空气开关和风冷热累机组1空气开关上，测试箱体4内总空气开关一路通过动力线和交流 接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和水累8的 变频器相连，变频器通过动力线和水累8相连，测试箱体4内总空气开关另一路通过动力线 和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和电 量采集模块相连，电量采集模块通过动力线和=相固态调压器相连，=相固态调压器通过 动力线和加热管22相连，测试箱体4内总空气开关还有一路通过动力线和开关电源相连， 辅助开关通过动力线和各个直流用电设备、仪表相连。
[0025] 上述热累机组1为LSR100B风冷热累机组，用W模拟冬季工况时制冷水；祸轮流 量计6为LWGY-25祸轮流量传感器，用W产生与流量值相对应的脉冲信号；温度传感器均 为PT100,所有温度传感器都和温度变送器相连，经过温度变送器产生与温度值相对应的 标准电流信号；压差变送器16为地E61. 3-DP10型水压差变送器，用W产生与压力值相 对应的电压信号；电加热器22的额定加热功率为12KW，保证足够的加热功率，通过控制 加热功率来实现对电加热器22加热功率的控制；为水累8配置了变频器，变频器型号为 VFD004E43A，用来实现对水累转速的控制，从而调节液体的循环流量。
[0026] 上述测试仪中的连接管道、S通、四通、弯头、直接采用的是DN32的不诱钢管，测 试仪管路循环系统中各部件在循环管路中的连接均是通过连接管道、直接、弯头、=通和四 通螺纹连接。
[0027] 上述触摸屏内置存储卡，在整个工作过程中，所有的测试数据将被保存存储卡中， 方便拷贝数据；任意时刻的测试数据将在触摸屏上显示，触摸屏还带有标准的RS485接口， 可W将测试数据上传至上位机，利用相关软件可W将显示屏上的数据显示出来，并W图形 曲线的形式显示数据的实时变化，观测到的结果也可W在上位机上进行存储。
[002引测试仪的使用过程主要为：
[0029] 1.测试前的准备。将灌装循环液的地埋管埋设在按设计要求钻好孔的地层中，钻 孔回填后，放置2~3天，使得地温恢复到初始状态，减少钻孔对地层的扰动，保证测量结果 的准确。
[0030] 2.无负荷条件下岩±初始温度的测试。将测试仪循环管道的A、B两端分别与U型 地埋管换热器24的两端用PE钢塑转换接头相连接，测试箱体4的C端、D端用不诱钢堵头 密封，接通电源后，打开排气阀11、第一球阀10、第二球阀13,开启水累8,至此即形成一个 完整的回路。调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路中充满水，通过 排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。系统正常运行后， 开始记录数据，记录间隔可W根据需要设定。对钻孔进行无负荷循环试验，W获取钻孔周围 岩±初始平均温度。即在测试设备只开启水累，未开启加热或制冷装置的情况下，使得水在 U形管内循环流动，取稳定时段地埋管回水温度的平均值作为岩±初始平均温度（测试方 法依据：闭环地源热累系统设计与安装标准，2008版，国际地源热累协会）。
[0031] 3.负荷条件下的测试。
[0032] 选择需要的测试模式进行测试，进行夏季工况模拟时，可W选择"恒温法"和"恒热 流法"进行测试。选择"恒温法"测试时，如需要进行冬季工况的模拟，则需要在无负荷条件 下岩±初始温度测试后，切断电源，将测试箱体4的出口端C、测试箱体4的入口端D的不 诱钢堵头取下来，再将测试箱体4的出口端C和风冷热累机组1的进水端通过金属软管2 相连，将测试箱体4的入口端D和风冷热累机组1的出水端通过金属软管3相连，接通电源 后，打开排气阀11、第二球阀13,关闭第一球阀10,开启水累8,将风冷热累机组接入循环系 统，至此即形成一个完整的回路。调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环 回路中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。 系统正常运行后，开始记录数据，记录间隔可W根据需要设定。
[0033] 记录负荷条件下循环液的进出口温度、循环流量、循环液的进出口压差和加热功 率。测试时间满足规范和设计要求，一般需要连续测试多天。
[0034] 4.测试数据的分析计算。根据测试记录的准确数据，按照不同的测试原理对不同 的测试模式下的测试结果进行分析计算。两种测试模式的测试原理分别如下：
[003引 （1)恒温法
[0036] "恒温法"根据热平衡原理，使测试仪的出水口温度（即钻孔地埋管进水温度）达 到设定值，从而使循环水流流速达到设定值。连续运行测试系统直至钻孔地埋管出水口的 温度达到稳定状态。
[0037]钻孔的单位孔深换热量qi是通过测试系统获得地埋管的进水口温度（稳定段）、 出水口温度（稳定段）和流量=个数据后，再按照W下公式计算得到的。
[003引计算公式为：
[0039] 屯=Q/1 =CpXPXLXAt/1
[0040] 式中，屯一一单个地埋管换热器单延米散热量，w/m;
[004UQ-一单个地埋管总散热量，w;
[0042] 1一一地埋管换热器的埋管深度，m;
[00创 Cp--循环液的比热，kj/kg?°C;
[0044] p--循环液的密度，kg/m3;
[0045] L-循环液流量，m3/s;
[0046] At--夏季埋管进出口温差，°C。
[0047] 上述公式中1已知，而Cp、P值可W根据实际测得的温度值查水的热物性表获得， L、Ati由测试仪实际测得，从而根据上述公式可W算出地埋管单延米换热量q值。
[0048] 0)恒热流法
[0049] 钻孔原位热物性的测试数据处理方法是采用线源理论，利用反算法推导出岩±热 物性参数。其方法是；从计算机中取出试验测试结果，将其与软件模拟的结果进行对比，使 得方差和f取得最小值时，通过传热模型计算出的热物性参数即是所求结果，方差和的计 算式如下：
[(K)加]
[0051] 式中，T。。^--第i时刻由模型计算出的埋管内流体的平均温度；
[0052] -一第i时刻由实际测量的埋管中流体的平均温度；
[0化3] N一一试验测量的数据的组数。
[0化4] 也可将试验数据直接输入专业的地源热累岩±热物性测试软件，通过计算得到现 场岩±的热物性参数，同时根据专业的地埋管系统设计软件可W确定在不同的进出口温度 的情况下，确定地埋管单位长度的换热量。
[0化5] 图4为本实用新型的测试仪工作流程图，如图4所示，本实用新型的测试过程具体 包括W下几个步骤：
[0化6] 第一步；系统初始化。
[0化7] 将灌装循环液的地埋管埋设在按设计要求钻好孔的地层中，钻孔回填后，放置 2~3天，使得地温恢复到初始状态，减少钻孔对地层的扰动，保证测量结果的准确。将测试 仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用PE钢塑转换接头相 连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀10、第二球阀13， 开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路中充满水，通过排 气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。
[005引第二步：模式选择。选择地层热物性测试模式或地埋管换热量测试模式。
[0059] 第立步；不同模式测试：
[0060] 1.在地层热物性测试模式下，具体步骤如下：
[0061] (1)选择"恒热流法"的模式；
[0062] (2)设定加热功率和循环流量；
[0063] (3)开启循环水累和电加热器；
[0064] (4)测试、存储数据；
[0065] (5)数据处理与计算。
[0066] 2.在地埋管换热量测试模式下，具体步骤如下：
[0067] (1)选择"恒温法"的模式（冬季工况需先接入风冷热累机组并关闭第一球阀 10);
[0068] (2)设定循环流量和地埋管入口水温；
[0069] (3)开启循环水累和电加热器（冬季工况需同时开启风冷热累机组）；
[0070] (4)测试、存储数据；
[0071] (5)数据处理与计算。
[0072] 测试存储的数据通过相关软件转换为直观的曲线图表，依据相关公式进行计算， 可W得到地层导热系数、热阻或地埋管单位井深换热量该些地埋管部分设计的重要参数。
[0073] 应用本测试装置可W实 现地层热物性测试与散热量测试两种测试模式的测试， 适应性强，可W满足不同类型的测试需求。
[0074] 实施例1
[007引埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为4 150mm，管内循环介质为清水。
[0076] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用阳 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 一定时间内连续采集到的加热功率、测试仪入口温度和出口温度、流量值作为分析数据，同 时压差传感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒热流法"参数估算法求出岩±的平均导热系 数和钻孔热阻，达到检测目的，测试及计算结果下表。
[0077]
[007引 实施例2
[0079] 埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为4 130mm，管内循环介质为清水。
[0080] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用阳 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 一定时间内连续采集到的测试仪入口水温和出口水温、流量值作为分析数据，同时压差传 感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒温法"给出的公式计算出地埋管的夏季散热量，测试 及计算结果下表。
[0081]
[0082] 实施例3
[008引埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为d) 130mm，管内循环介质为清水。
[0084] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用PE 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 无负荷条件下岩±初始温度测试后，切断电源，将测试箱体4的出口端C、测试箱体4的入 口端D的不诱钢堵头取下来，再将测试箱体4的出口端C和风冷热累机组1的进水端通过 金属软管相连，将测试箱体4的入口端D和风冷热累机组1的出水端通过金属软管相连，接 通电源后，打开排气阀11、第二球阀13,关闭第一球阀10,开启水累8,将风冷热累机组接 入循环系统，至此即形成一个完整的回路。调节水累8转速即调节流量至设定值，通过水箱 12将循环回路中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始 冬季工况的"恒温法"测试工作。在一定时间内连续采集到的测试仪入口水温和出口水温、 流量值作为分析数据，同时压差传感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒温法"给出的公式 计算出地埋管的冬季取热量，测试及计算结果下表。
[0085]
【主权项】
1. 一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特征在于包括液体循环 系统、数据采集和控制系统、电气控制系统； 所述的液体循环系统由风冷热泵机组（1)、定压罐（5)、排气阀（11)、水箱（12)、第二球 阀（13)、涡轮流量计（6)、水泵（8)、第一球阀（10)、加热管（22)、U形地埋管换热器（24)、 测试箱体（4)、测试仪入口端（A)及测试仪出口端（B)构成，所述加热管（22)的一侧连接 有第一四通（17)，第一四通（17)的垂直向上端通过管道依次连接有第二球阀（13)和水 箱（12);第一四通（17)的水平方向的一端通过管道与测试仪入口端（A)相连，另一端通过 管道和压差变送器（16)的一端相连；加热管（22)的另一侧通过管道依次连接有第二三通 (19)、第一三通（9)和水泵（8)，第一三通（9)和第二三通（19)的水平管道之间接有第一球 阀（10)，第二三通（19)的垂直向通过管道和测试箱体（4)的出口端（C)相连，测试箱体（4) 的出口端（C)通过管道和风冷热泵机组（1)的进水端相连，风冷热泵机组（1)的出水端通 过管道和测试箱体（4)的入口端（D)相连，测试箱体（4)的入口端（D)通过管道和第一三 通（9)的垂直向相连；第一三通（9)水平向的另一端通过管道和水泵（8)的入口连接，水泵 (8)出口端的管道上装有第三三通（7)，第三三通（7)的垂直向接有定压罐（5);第三三通 (7)的水平向另一端通过管道和涡轮流量计（6)相连，涡轮流量计（6)的另一端管道上接有 第二四通（14)，第二四通（14)的垂直向上端管道上安装有排气阀（11);第二四通（14)的 向下端通过管道和压差变送器（16)的另一端相连，第二四通（14)的水平方向另一端通过 管道和测试仪出口端（B)螺纹连接； 所述的数据采集和控制系统由涡轮流量计（6)、第一温度传感器（15)、第二温度传感 器（18)、第三温度传感器（20)、第四温度传感器（21)、压差变送器（16)、温度变送器、流量 变送器、电量采集模块、A/D转换模块、PLC控制器和触摸屏所构成；涡轮流量计（6)接在 水泵（8)出口水平管道上，涡轮流量计（6)的表头即为流量变送器，第一温度传感器（15) 的探头放置在测试箱体（4)内、第二温度传感器（18)的探头安装在测试仪出口端（B)的 管道上、第三温度传感器（20)的探头安装在测试仪入口端（A)的管道上、第四温度传感器 (21)的探头安装在加热管（22)的出口管道上，所有的温度传感器的引线均接到温度变送 器上，压差变送器（16)的两端分别和测试仪入口端（A)和测试仪出口端（B)的管道相连， 流量变送器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转换模块和电 量采集模块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器通过通信线和触摸屏相连； 所述的电气控制系统由配电箱、测试箱体（4)内总空气开关、风冷热泵机组（1)空气 开关、开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电器、三相固态调压器构成；电源接到配 电箱后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体（4)内总空气开关和风冷热泵机组（1)空气开 关上，测试箱体（4)内总空气开关一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过 动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和变频器相连，变频器通过动力线和水泵（8) 相连，测试箱体（4)内总空气开关另一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通 过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和电量采集模块相连，电量采集模块通过 动力线和三相固态调压器相连，三相固态调压器通过动力线和加热管（22)相连，测试箱体 (4)内总空气开关还有一路通过动力线和开关电源相连，辅助开关通过动力线和各个直流 用电设备、仪表相连。2. 如权利要求1所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特 征在于：所述第二四通（14)的水平方向另一端通过管道和测试仪出口端（B)通过钢塑转换 接头螺纹连接。3. 如权利要求1或2所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪， 其特征在于：所述触摸屏设有标准的RS485接口。4. 如权利要求3所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特 征在于：测试仪中的使用的连接管道、三通、四通及弯头均采用不锈钢管。
【专利摘要】本实用新型属于暖通空调新技术地源热泵地埋管系统的测试技术领域，特别涉及一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪。包括液体循环系统、数据采集和控制系统、电气控制系统；本测试仪器结构紧凑、可以拆开运输和使用，应用灵活；一套测试系统可以同时实现“恒热流”测试和“恒温”测试两种测试模式，且能模拟冬季工况，一机多用；拆装方便，可组合使用和单独使用；为水泵配置了变频器，可以无级调节水泵的转速，从而调节液体的循环流量，测试调节较方便；现场运行稳定、测试数据准确，利于地源热泵空调系统的研发和推广应用。
【IPC分类】G01N25/20, G01N25/00
【公开号】CN204694654
【申请号】CN201420868088
【发明人】车平, 马娟, 李玉成, 马飞, 夏诗彬, 朱志东, 周健华, 徐斌, 朱振峰, 赵晓豹, 张鹏, 侯新宇
【申请人】江苏南华地下空间研究所有限公司, 南京大学, 南京工业大学, 江苏开放大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年12月31日
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于暖通空调新技术地源热累地埋管系统的测试技术领域，特别设及 地埋管换热器周围岩±的热物性和地埋管换热量的现场测试。
【背景技术】
[0002] 设计地源热累时，应精确测量地下±壤热物性参数，设计地下埋管换热器。当地下 ±壤的热导率或热扩散率发生10%的偏差时，地下埋管设计长度偏差为4. 5%~5. 8%，将 导致钻孔总深度的变化。由于钻孔的成本较高，因此必须准确地测量±壤的热物性参数。
[0003] 我国不同地区地质调查与±壤类型分布数据库还不完整，简单的依赖图表或者单 一的实验室数据不能宏观的概括影响±壤热交换器传热性能的所有因素。而通过现场的热 响应测试可W提供不同结构±壤换热器的主要信息为论证项目场地是否适合进行±壤热 累系统设计施工提供参考，并为地埋管系统的设计提供可靠的数值依据。
[0004] 目前国内有不少科研单位或学校研制了地层热响应测试仪，但是现有的设备存在 着W下不足；小型的测试设备只具备换热量测试和热导率测试两种测试模式中的一种测试 模式，且不能进行冬季工况的测试；大型的测试设备安装在专用的测试车上，导致车辆使用 的浪费；系统运行还没有完全实现自动化。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是针对现有地源热累现场热响应测试装置的不足之处，提供了 一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪。具有一机多用、组装简便、操作方 便、成本低、测量准确等优点。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
[0007] 一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪，该装置包括液体循环系 统、数据采集和控制系统、电气控制系统；
[000引所述的液体循环系统由风冷热累机组、定压罐、排气阀、水箱、第二球阀、祸轮流量 计、水累、第一球阀、加热管、U形地埋管换热器、测试箱体、测试仪入口端及测试仪出口端构 成，所述加热管的一侧连接有第一四通，第一四通的垂直向上端通过管道依次连接有第二 球阀和水箱；第一四通的水平方向的一端通过管道与测试仪入口端相连，另一端通过管道 和压差变送器的一端相连；加热管的另一侧通过管道依次连接有第二=通、第一=通和水 累，第一=通和第二=通的水平管道之间接有第一球阀，第二=通的垂直向通过管道和测 试箱体的出口端相连，测试箱体的出口端通过管道和风冷热累机组的进水端相连，风冷热 累机组的出水端通过管道和测试箱体的入口端相连，测试箱体的入口端通过管道和第一= 通的垂直向相连；第一=通水平向的另一端通过管道和水累的入口连接，水累出口端的管 道上装有第==通，第==通的垂直向接有定压罐；第==通的水平向另一端通过管道和 祸轮流量计相连，祸轮流量计的另一端管道上接有第二四通，第二四通的垂直向上端管道 上安装有排气阀；第二四通的向下端通过管道和压差变送器的另一端相连，第二四通的水 平方向另一端通过管道和测试仪出口端螺纹连接；
[0009] 所述的数据采集和控制系统由祸轮流量计、第一温度传感器、第二温度传感器、第S温度传感器、第四温度传感器、压差变送器、温度变送器、流量变送器、电量采集模块、A/D 转换模块、PLC控制器和触摸屏所构成；祸轮流量计接在水累出口水平管道上，祸轮流量计 的表头即为流量变送器，第一温度传感器的探头放置在测试箱体内、第二温度传感器的探 头安装在测试仪出口端的管道上、第=温度传感器的探头安装在测试仪入口端的管道上、 第四温度传感器的探头安装在加热管的出口管道上，所有的温度传感器的引线均接到温度 变送器上，压差变送器的两端分别和测试仪入口端和测试仪出口端的管道相连，流量变送 器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转换模块和电量采集模 块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器通过通信线和触摸屏相连；
[0010] 所述的电气控制系统由配电箱、测试箱体内总空气开关、风冷热累机组空气开关、 开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电器、=相固态调压器构成；电源接到配电箱 后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体内总空气开关和风冷热累机组空气开关上，测试箱 体内总空气开关一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器 相连，热继电器通过动力线和变频器相连，变频器通过动力线和水累相连，测试箱体内总空 气开关另一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连， 热继电器通过动力线和电量采集模块相连，电量采集模块通过动力线和=相固态调压器相 连，S相固态调压器通过动力线和加热管相连，测试箱体内总空气开关还有一路通过动力 线和开关电源相连，辅助开关通过动力线和各个直流用电设备、仪表相连。
[0011] 所述第二四通的水平方向另一端通过管道和测试仪出口端通过钢塑转换接头螺 纹连接.
[0012] 所述触摸屏设有标准的RS485接口。
[0013] 本实用新型一种组合式地源热累岩±热物性和地埋管换热量测试仪具有W下的 有益效果：
[0014] 本测试仪器结构紧凑、可W拆开运输和使用，应用灵活；一套测试系统可W同时实 现"恒热流"测试和"恒温"测试两种测试模式，且能模拟冬季工况，一机多用；拆装方便，可 组合使用和单独使用；为水累配置了变频器，可W无级调节水累的转速，从而调节液体的循 环流量，测试调节较方便；现场运行稳定、测试数据准确，利于地源热累空调系统的研发和 推广应用。具有一机多用、组装简便、操作方便、成本低、测量准确等优点。
【附图说明】
[0015] 图1为测试仪的原理结构示意图；
[0016] 图2为测试仪的数据采集与控制系统的结构框图；
[0017] 图3为测试仪的电气原理图；
[001引图4为测试仪的工作流程图；
[0019] 图中；1-风冷热累机组；（2、3)-金属软管；4-测试箱体；5-定压罐；6-祸轮流量 计；7-第二二通；8-水累；9-第一二通；10-第一球阀；13-第二球阀；11-排气阀；12-水 箱；14-第二四通；15-第一温度传感器；16-压差变送器；17-第一四通；18-第二温度传感 器；19-第二S通；20-第S温度传感器；21-第四温度传感器；22-加热管；24-U形地埋管 换热器；25-周围岩± ;26-钻孔；27-回填料；A-测试仪入口端；B-测试仪出口端；C-测试 箱体的出口端；D-测试箱体的入口端。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图与实施案例对本实用新型作进一步说明。
[0021] 图1为本实用新型的原理结构示意图，如图1所示，本实用新型装置包括液体循环 系统、数据采集和控制系统、电气控制系统=个部分。
[0022] 液体循环系统由风冷热累机组1、定压罐5、排气阀11、水箱12、第二球阀13、祸轮 流量计6、水累8、第一球阀10、加热管22和U形地埋管换热器24所组成。模拟冬季工况 时，首先开启第二球阀13,关闭第一球阀10,水箱12起到定压补水的作用，循环液从U型地 埋管换热器24出口端出来后进入测试仪入口端A，顺次经过加热管22、风冷热累机组1、水 累8,之后流入流量计6,再从测试仪出口端B流入U型地埋管入口端进行循环；模拟夏季工 况时，首先将测试箱体4的C端、D端用不诱钢堵头密封，然后开启第一球阀10、第二球阀 13,水箱12起到定压补水的作用，循环液从U型地埋管换热器24出口端出来后进入测试仪 入口端A，顺次经过加热管22、水累8,之后流入流量计6,再从测试仪出口端B流入U型地 埋管入口端进行循环。排气阀11接在测试仪出口端B的管路上；在测试仪入口端A、出口 端B、加热管22出口端及测试箱体4内分别设置第=温度传感器20、第二温度传感器18、第 四温度传感器21及第一温度传感器15 ;在测试仪入口端A、测试仪出口端B之间设置一个 压差变送器16 ;祸轮流量计6设置在测试仪出口端B的管路上。
[0023] 图2为本实用新型的数据采集与控制系统的结构框图，如图2所示，数据采集和控 制系统由祸轮流量计6、第一温度传感器15、第二温度传感器18、第=温度传感器20、第四 温度传感器21、压差变送器16、温度变送器、流量变送器、电量采集模块、A/D转换模块、PLC 控制器和触摸屏所组成。祸轮流量计6接在水累8出口水平管道上，祸轮流量计6的表头 即为流量变送器，第一温度传感器15的探头放置在测试箱体4内、第二温度传感器18的探 头安装在测试仪的出口端B的管道上、第=温度传感器20的探头安装在测试仪的进口端A 的管道上、第四温度传感器21的探头安装在加热管22的出口管道上，所有的温度传感器的 引线均接到温度变送器上，压差变送器16的两端分别和测试箱体4的进口端A和出口端B 的管道相连，流量变送器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转 换模块和电量采集模块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器 通过通信线和触摸屏 相连。
[0024] 图3为本实用新型的电气原理图，如图3所示，电气控制系统由配电箱、测试箱体 4内总空气开关、风冷热累机组1空气开关、开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电 器、S相固态调压器所组成。电源接到配电箱后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体4内总 空气开关和风冷热累机组1空气开关上，测试箱体4内总空气开关一路通过动力线和交流 接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和水累8的 变频器相连，变频器通过动力线和水累8相连，测试箱体4内总空气开关另一路通过动力线 和交流接触器相连，交流接触器再通过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和电 量采集模块相连，电量采集模块通过动力线和=相固态调压器相连，=相固态调压器通过 动力线和加热管22相连，测试箱体4内总空气开关还有一路通过动力线和开关电源相连， 辅助开关通过动力线和各个直流用电设备、仪表相连。
[0025] 上述热累机组1为LSR100B风冷热累机组，用W模拟冬季工况时制冷水；祸轮流 量计6为LWGY-25祸轮流量传感器，用W产生与流量值相对应的脉冲信号；温度传感器均 为PT100,所有温度传感器都和温度变送器相连，经过温度变送器产生与温度值相对应的 标准电流信号；压差变送器16为地E61. 3-DP10型水压差变送器，用W产生与压力值相 对应的电压信号；电加热器22的额定加热功率为12KW，保证足够的加热功率，通过控制 加热功率来实现对电加热器22加热功率的控制；为水累8配置了变频器，变频器型号为 VFD004E43A，用来实现对水累转速的控制，从而调节液体的循环流量。
[0026] 上述测试仪中的连接管道、S通、四通、弯头、直接采用的是DN32的不诱钢管，测 试仪管路循环系统中各部件在循环管路中的连接均是通过连接管道、直接、弯头、=通和四 通螺纹连接。
[0027] 上述触摸屏内置存储卡，在整个工作过程中，所有的测试数据将被保存存储卡中， 方便拷贝数据；任意时刻的测试数据将在触摸屏上显示，触摸屏还带有标准的RS485接口， 可W将测试数据上传至上位机，利用相关软件可W将显示屏上的数据显示出来，并W图形 曲线的形式显示数据的实时变化，观测到的结果也可W在上位机上进行存储。
[002引测试仪的使用过程主要为：
[0029] 1.测试前的准备。将灌装循环液的地埋管埋设在按设计要求钻好孔的地层中，钻 孔回填后，放置2~3天，使得地温恢复到初始状态，减少钻孔对地层的扰动，保证测量结果 的准确。
[0030] 2.无负荷条件下岩±初始温度的测试。将测试仪循环管道的A、B两端分别与U型 地埋管换热器24的两端用PE钢塑转换接头相连接，测试箱体4的C端、D端用不诱钢堵头 密封，接通电源后，打开排气阀11、第一球阀10、第二球阀13,开启水累8,至此即形成一个 完整的回路。调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路中充满水，通过 排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。系统正常运行后， 开始记录数据，记录间隔可W根据需要设定。对钻孔进行无负荷循环试验，W获取钻孔周围 岩±初始平均温度。即在测试设备只开启水累，未开启加热或制冷装置的情况下，使得水在 U形管内循环流动，取稳定时段地埋管回水温度的平均值作为岩±初始平均温度（测试方 法依据：闭环地源热累系统设计与安装标准，2008版，国际地源热累协会）。
[0031] 3.负荷条件下的测试。
[0032] 选择需要的测试模式进行测试，进行夏季工况模拟时，可W选择"恒温法"和"恒热 流法"进行测试。选择"恒温法"测试时，如需要进行冬季工况的模拟，则需要在无负荷条件 下岩±初始温度测试后，切断电源，将测试箱体4的出口端C、测试箱体4的入口端D的不 诱钢堵头取下来，再将测试箱体4的出口端C和风冷热累机组1的进水端通过金属软管2 相连，将测试箱体4的入口端D和风冷热累机组1的出水端通过金属软管3相连，接通电源 后，打开排气阀11、第二球阀13,关闭第一球阀10,开启水累8,将风冷热累机组接入循环系 统，至此即形成一个完整的回路。调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环 回路中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。 系统正常运行后，开始记录数据，记录间隔可W根据需要设定。
[0033] 记录负荷条件下循环液的进出口温度、循环流量、循环液的进出口压差和加热功 率。测试时间满足规范和设计要求，一般需要连续测试多天。
[0034] 4.测试数据的分析计算。根据测试记录的准确数据，按照不同的测试原理对不同 的测试模式下的测试结果进行分析计算。两种测试模式的测试原理分别如下：
[003引 （1)恒温法
[0036] "恒温法"根据热平衡原理，使测试仪的出水口温度（即钻孔地埋管进水温度）达 到设定值，从而使循环水流流速达到设定值。连续运行测试系统直至钻孔地埋管出水口的 温度达到稳定状态。
[0037]钻孔的单位孔深换热量qi是通过测试系统获得地埋管的进水口温度（稳定段）、 出水口温度（稳定段）和流量=个数据后，再按照W下公式计算得到的。
[003引计算公式为：
[0039] 屯=Q/1 =CpXPXLXAt/1
[0040] 式中，屯一一单个地埋管换热器单延米散热量，w/m;
[004UQ-一单个地埋管总散热量，w;
[0042] 1一一地埋管换热器的埋管深度，m;
[00创 Cp--循环液的比热，kj/kg?°C;
[0044] p--循环液的密度，kg/m3;
[0045] L-循环液流量，m3/s;
[0046] At--夏季埋管进出口温差，°C。
[0047] 上述公式中1已知，而Cp、P值可W根据实际测得的温度值查水的热物性表获得， L、Ati由测试仪实际测得，从而根据上述公式可W算出地埋管单延米换热量q值。
[0048] 0)恒热流法
[0049] 钻孔原位热物性的测试数据处理方法是采用线源理论，利用反算法推导出岩±热 物性参数。其方法是；从计算机中取出试验测试结果，将其与软件模拟的结果进行对比，使 得方差和f取得最小值时，通过传热模型计算出的热物性参数即是所求结果，方差和的计 算式如下：
[(K)加]
[0051] 式中，T。。^--第i时刻由模型计算出的埋管内流体的平均温度；
[0052] -一第i时刻由实际测量的埋管中流体的平均温度；
[0化3] N一一试验测量的数据的组数。
[0化4] 也可将试验数据直接输入专业的地源热累岩±热物性测试软件，通过计算得到现 场岩±的热物性参数，同时根据专业的地埋管系统设计软件可W确定在不同的进出口温度 的情况下，确定地埋管单位长度的换热量。
[0化5] 图4为本实用新型的测试仪工作流程图，如图4所示，本实用新型的测试过程具体 包括W下几个步骤：
[0化6] 第一步；系统初始化。
[0化7] 将灌装循环液的地埋管埋设在按设计要求钻好孔的地层中，钻孔回填后，放置 2~3天，使得地温恢复到初始状态，减少钻孔对地层的扰动，保证测量结果的准确。将测试 仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用PE钢塑转换接头相 连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀10、第二球阀13， 开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路中充满水，通过排 气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。
[005引第二步：模式选择。选择地层热物性测试模式或地埋管换热量测试模式。
[0059] 第立步；不同模式测试：
[0060] 1.在地层热物性测试模式下，具体步骤如下：
[0061] (1)选择"恒热流法"的模式；
[0062] (2)设定加热功率和循环流量；
[0063] (3)开启循环水累和电加热器；
[0064] (4)测试、存储数据；
[0065] (5)数据处理与计算。
[0066] 2.在地埋管换热量测试模式下，具体步骤如下：
[0067] (1)选择"恒温法"的模式（冬季工况需先接入风冷热累机组并关闭第一球阀 10);
[0068] (2)设定循环流量和地埋管入口水温；
[0069] (3)开启循环水累和电加热器（冬季工况需同时开启风冷热累机组）；
[0070] (4)测试、存储数据；
[0071] (5)数据处理与计算。
[0072] 测试存储的数据通过相关软件转换为直观的曲线图表，依据相关公式进行计算， 可W得到地层导热系数、热阻或地埋管单位井深换热量该些地埋管部分设计的重要参数。
[0073] 应用本测试装置可W实 现地层热物性测试与散热量测试两种测试模式的测试， 适应性强，可W满足不同类型的测试需求。
[0074] 实施例1
[007引埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为4 150mm，管内循环介质为清水。
[0076] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用阳 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 一定时间内连续采集到的加热功率、测试仪入口温度和出口温度、流量值作为分析数据，同 时压差传感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒热流法"参数估算法求出岩±的平均导热系 数和钻孔热阻，达到检测目的，测试及计算结果下表。
[0077]
[007引 实施例2
[0079] 埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为4 130mm，管内循环介质为清水。
[0080] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用阳 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 一定时间内连续采集到的测试仪入口水温和出口水温、流量值作为分析数据，同时压差传 感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒温法"给出的公式计算出地埋管的夏季散热量，测试 及计算结果下表。
[0081]
[0082] 实施例3
[008引埋管有效深度为100m，测试孔的埋管为双U型，采用的是阳100-4 25mm高密度聚 己締管材，埋管回填料为黄砂和原浆的混合浆，钻孔孔径为d) 130mm，管内循环介质为清水。
[0084] 将测试仪入口端A、测试仪出口端B两端分别与U型地埋管换热器24的两端用PE 钢塑转换接头相连接，至此即形成一个完整的回路。接通电源后，打开排气阀11、第一球阀 10、第二球阀13,开启水累8,调节水累转速即调节流量至设定值，通过水箱12将循环回路 中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始测试工作。在 无负荷条件下岩±初始温度测试后，切断电源，将测试箱体4的出口端C、测试箱体4的入 口端D的不诱钢堵头取下来，再将测试箱体4的出口端C和风冷热累机组1的进水端通过 金属软管相连，将测试箱体4的入口端D和风冷热累机组1的出水端通过金属软管相连，接 通电源后，打开排气阀11、第二球阀13,关闭第一球阀10,开启水累8,将风冷热累机组接 入循环系统，至此即形成一个完整的回路。调节水累8转速即调节流量至设定值，通过水箱 12将循环回路中充满水，通过排气阀11排出循环回路中的气体。测试准备完毕，可W开始 冬季工况的"恒温法"测试工作。在一定时间内连续采集到的测试仪入口水温和出口水温、 流量值作为分析数据，同时压差传感器测量出地埋管的阻力，再利用"恒温法"给出的公式 计算出地埋管的冬季取热量，测试及计算结果下表。
[0085]
【主权项】
1. 一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特征在于包括液体循环 系统、数据采集和控制系统、电气控制系统； 所述的液体循环系统由风冷热泵机组（1)、定压罐（5)、排气阀（11)、水箱（12)、第二球 阀（13)、涡轮流量计（6)、水泵（8)、第一球阀（10)、加热管（22)、U形地埋管换热器（24)、 测试箱体（4)、测试仪入口端（A)及测试仪出口端（B)构成，所述加热管（22)的一侧连接 有第一四通（17)，第一四通（17)的垂直向上端通过管道依次连接有第二球阀（13)和水 箱（12);第一四通（17)的水平方向的一端通过管道与测试仪入口端（A)相连，另一端通过 管道和压差变送器（16)的一端相连；加热管（22)的另一侧通过管道依次连接有第二三通 (19)、第一三通（9)和水泵（8)，第一三通（9)和第二三通（19)的水平管道之间接有第一球 阀（10)，第二三通（19)的垂直向通过管道和测试箱体（4)的出口端（C)相连，测试箱体（4) 的出口端（C)通过管道和风冷热泵机组（1)的进水端相连，风冷热泵机组（1)的出水端通 过管道和测试箱体（4)的入口端（D)相连，测试箱体（4)的入口端（D)通过管道和第一三 通（9)的垂直向相连；第一三通（9)水平向的另一端通过管道和水泵（8)的入口连接，水泵 (8)出口端的管道上装有第三三通（7)，第三三通（7)的垂直向接有定压罐（5);第三三通 (7)的水平向另一端通过管道和涡轮流量计（6)相连，涡轮流量计（6)的另一端管道上接有 第二四通（14)，第二四通（14)的垂直向上端管道上安装有排气阀（11);第二四通（14)的 向下端通过管道和压差变送器（16)的另一端相连，第二四通（14)的水平方向另一端通过 管道和测试仪出口端（B)螺纹连接； 所述的数据采集和控制系统由涡轮流量计（6)、第一温度传感器（15)、第二温度传感 器（18)、第三温度传感器（20)、第四温度传感器（21)、压差变送器（16)、温度变送器、流量 变送器、电量采集模块、A/D转换模块、PLC控制器和触摸屏所构成；涡轮流量计（6)接在 水泵（8)出口水平管道上，涡轮流量计（6)的表头即为流量变送器，第一温度传感器（15) 的探头放置在测试箱体（4)内、第二温度传感器（18)的探头安装在测试仪出口端（B)的 管道上、第三温度传感器（20)的探头安装在测试仪入口端（A)的管道上、第四温度传感器 (21)的探头安装在加热管（22)的出口管道上，所有的温度传感器的引线均接到温度变送 器上，压差变送器（16)的两端分别和测试仪入口端（A)和测试仪出口端（B)的管道相连， 流量变送器、压差变送器、温度变送器通过信号线连接到A/D转换模块，A/D转换模块和电 量采集模块通过信号线连接到PLC控制器上，PLC控制器通过通信线和触摸屏相连； 所述的电气控制系统由配电箱、测试箱体（4)内总空气开关、风冷热泵机组（1)空气 开关、开关电源、交流接触器、电量采集模块、热继电器、三相固态调压器构成；电源接到配 电箱后，由配电箱通过电缆连接到测试箱体（4)内总空气开关和风冷热泵机组（1)空气开 关上，测试箱体（4)内总空气开关一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通过 动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和变频器相连，变频器通过动力线和水泵（8) 相连，测试箱体（4)内总空气开关另一路通过动力线和交流接触器相连，交流接触器再通 过动力线和热继电器相连，热继电器通过动力线和电量采集模块相连，电量采集模块通过 动力线和三相固态调压器相连，三相固态调压器通过动力线和加热管（22)相连，测试箱体 (4)内总空气开关还有一路通过动力线和开关电源相连，辅助开关通过动力线和各个直流 用电设备、仪表相连。2. 如权利要求1所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特 征在于：所述第二四通（14)的水平方向另一端通过管道和测试仪出口端（B)通过钢塑转换 接头螺纹连接。3. 如权利要求1或2所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪， 其特征在于：所述触摸屏设有标准的RS485接口。4. 如权利要求3所述的一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪，其特 征在于：测试仪中的使用的连接管道、三通、四通及弯头均采用不锈钢管。
【专利摘要】本实用新型属于暖通空调新技术地源热泵地埋管系统的测试技术领域，特别涉及一种组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪。包括液体循环系统、数据采集和控制系统、电气控制系统；本测试仪器结构紧凑、可以拆开运输和使用，应用灵活；一套测试系统可以同时实现“恒热流”测试和“恒温”测试两种测试模式，且能模拟冬季工况，一机多用；拆装方便，可组合使用和单独使用；为水泵配置了变频器，可以无级调节水泵的转速，从而调节液体的循环流量，测试调节较方便；现场运行稳定、测试数据准确，利于地源热泵空调系统的研发和推广应用。
【IPC分类】G01N25/20, G01N25/00
【公开号】CN204694654
【申请号】CN201420868088
【发明人】车平, 马娟, 李玉成, 马飞, 夏诗彬, 朱志东, 周健华, 徐斌, 朱振峰, 赵晓豹, 张鹏, 侯新宇
【申请人】江苏南华地下空间研究所有限公司, 南京大学, 南京工业大学, 江苏开放大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2014年12月31日
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