專利名稱：基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀及測試車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測試地源熱泵系統(tǒng)地下埋管換熱器的換熱性能和土壤熱物性能的測試儀，以及測試車。
背景技術(shù)：
地源熱泵系統(tǒng)作為一項綠色、節(jié)能、環(huán)保的系統(tǒng)技術(shù)，在冷熱源系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，但是由于淺層地質(zhì)資料的的缺乏，使得地下埋管換熱器的研究一直是地源熱泵技術(shù)的難點。但是地下埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)核心和應(yīng)用的基礎(chǔ)，所以地下埋管換熱器的測試和研究是相當重要的，對不同形式的地下埋管換熱器的換熱性能以及土壤的熱物性能進行測試，對地源熱泵系統(tǒng)的工程仿真、工程設(shè)計提供指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持，所以測試系統(tǒng)的開發(fā)和研究勢在必行。傳統(tǒng)測試地下埋管換熱器的換熱性能和土壤熱物性能一般采用電加熱器和風(fēng)冷熱泵測試法，通過電加熱器加熱流體來模擬夏季工況，通過風(fēng)冷熱泵冷卻流體來模擬冬季工況。但是，當室外溫度低于10°c時，風(fēng)冷熱泵性能大幅下降甚至不能工作，因此冬季工況的測量無法進行，同時，傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，存在因蓄水箱及復(fù)雜管路中存水而凍壞設(shè)備和管路的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀及測試車。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，它包括
由冷凝器、變頻壓縮機、蒸發(fā)器和節(jié)流元件順次管路連接構(gòu)成的可變頻熱泵機組； 由冷凝器的熱水出口端通過管路依次連接第一可變頻水泵、第一溫度傳感器、第一電磁流量計、第一地埋管和第二溫度傳感器并返回至冷凝器的冷水進口端而形成的第一閉合回路； 以及，
由蒸發(fā)器的冷水出口端通過管路依次連接第二可變頻水泵、第三溫度傳感器、第二電磁流量計、第二地埋管和第四溫度傳感器并返回至蒸發(fā)器的熱水進口端而形成的第二閉合回路。采用上述技術(shù)方案的有益效果是，該測試儀采用地源熱泵測試法，地源熱泵系統(tǒng)選用可變頻熱泵機組一臺、可變頻水泵兩臺，使得熱泵機組的功率和水泵的流量均可調(diào)控， 壓縮機為變頻壓縮機，通過變頻控制手段調(diào)節(jié)熱泵機組的制冷制熱能力，使得向地下輸入恒定的熱量，進而檢測土壤的溫度響應(yīng)來估算土壤熱物性，可以測試冬季供熱和夏季制冷兩種工況。進一步的，節(jié)流元件為膨脹閥。
3
進一步的，冷凝器的熱水出口端與第一可變頻水泵之間設(shè)有第一閥門，冷凝器的冷水進口端與第二溫度傳感器之間設(shè)有第二閥門。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，通過第一閥門和第二閥門控制第一閉合回路中的水流向。進一步的，第一閥門和第二閥門之間通過管路連接，且在該管路上設(shè)有第五閥門。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，在測試原始地溫時，系統(tǒng)補水完畢后，關(guān)閉第一、二閥門，打開第五閥門，開啟第一可變頻水泵，水只在第一溫度傳感器、第一電磁流量計、第一地埋管和第二溫度傳感器組成的回路中循環(huán)，而不經(jīng)過可變頻熱泵機組，循環(huán)M 小時后，溫度穩(wěn)定，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的測試溫度即為土壤原始地溫。進一步的，蒸發(fā)器的冷水出口端與第二可變頻水泵之間設(shè)有第三閥門，蒸發(fā)器的熱水進口端與第四溫度傳感器之間設(shè)有第四閥門。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，通過第三閥門和第四閥門控制第二閉合回路中的水流向。進一步的，第三閥門和第四閥門之間通過管路連接，且在該管路上設(shè)有第六閥門。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，在測試原始地溫時，系統(tǒng)補水完畢后，關(guān)閉第三、四閥門，打開第六閥門，開啟第二可變頻水泵，水只在第三溫度傳感器、第二電磁流量計、第二地埋管和第四溫度傳感器組成的回路中循環(huán)，而不經(jīng)過可變頻熱泵機組，循環(huán)M 小時后，溫度穩(wěn)定，第三溫度傳感器和第四溫度傳感器的測試溫度即為土壤原始地溫。進一步的，第一可變頻水泵和第二可變頻水泵的進水口均連接有補水箱。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，通過補水箱為第一閉合回路和第二閉合回路補水。進一步的，它還包括自控系統(tǒng)，該自控系統(tǒng)分別與可變頻熱泵機組、溫度傳感器和流量傳感器連接。采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是，整個測試系統(tǒng)的控制、調(diào)試、傳感器數(shù)據(jù)采集由一套獨立的自控系統(tǒng)來實現(xiàn)，自控系統(tǒng)可以設(shè)定數(shù)據(jù)存儲的格式、時間間隔，系統(tǒng)正常運行時，自控系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動存儲。一種地埋管換熱性能和土壤熱物性的測試車，其包括車廂，在車廂中安裝有上述基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀及測試車克服了傳統(tǒng)測試方法的局限性，測試不受室外溫度的影響，同時，與傳統(tǒng)的測試儀和測試車相比較，設(shè)備數(shù)量減少，原理簡潔，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，本測試車無需蓄水箱，既避免了每次測試時所必需的充、放水(同時還要加熱或冷卻水)，減小了測試周期，又避免了因蓄水箱及復(fù)雜管路中存水而凍壞設(shè)備和管路的風(fēng)險，它還具有以下特點
1.能夠模擬冬季和夏季兩種工況。2.熱泵機組采用變頻控制其輸出的冷量和熱量。3.測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，測試周期短。4.設(shè)備殼體采用小型集裝箱，便于運輸和搬運。5.數(shù)據(jù)自動存儲，數(shù)據(jù)處理量減少。


圖1為本發(fā)明基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀的工作狀態(tài)示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下
1、可變頻熱泵機組，2第一可變頻水泵，3第一溫度傳感器，4第一電磁流量計，5第一地埋管，6第二溫度傳感器，7第一閥門，8第二閥門，9第五閥門，10第二可變頻水泵，11第三溫度傳感器，12第二電磁流量計，13第二地埋管，14第四溫度傳感器，15第三閥門，16第四閥門，17第六閥門，18補水箱，101冷凝器，102變頻壓縮機，103蒸發(fā)器，104膨脹閥。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，它包括可變頻熱泵機組 1，該變頻熱泵機組1由冷凝器101、變頻壓縮機102、蒸發(fā)器103和節(jié)流元件順次管路連接構(gòu)成，該節(jié)流元件為膨脹閥104，冷凝器101的熱水出口端通過管路依次連接第一可變頻水泵2、第一溫度傳感器3、第一電磁流量計4、第一地埋管5和第二溫度傳感器6，并返回至冷凝器101的冷水進口端，而形成一個循環(huán)的第一閉合回路，蒸發(fā)器103的冷水出口端通過管路依次連接第二可變頻水泵10、第三溫度傳感器11、第二電磁流量計12、第二地埋管13和第四溫度傳感器14，并返回至蒸發(fā)器103的熱水進口端，而形成一個循環(huán)的第二閉合回路， 冷凝器101的熱水出口端與第一可變頻水泵2之間設(shè)有第一閥門7，冷凝器101的冷水進口端與第二溫度傳感器6之間設(shè)有第二閥門8，第一閥門7和第二閥門8之間通過管路連接， 且在該管路上設(shè)有第五閥門9，蒸發(fā)器103的冷水出口端與第二可變頻水泵10之間設(shè)有第三閥門15，蒸發(fā)器103的熱水進口端與第四溫度傳感器14之間設(shè)有第四閥門16，第三閥門 15和第四閥門16之間通過管路連接，且該管路上設(shè)有第六閥門17，第一可變頻水泵210和第二可變頻水泵的進水口均連接有補水箱18，它還包括一自控系統(tǒng)，該自控系統(tǒng)分別與可變頻熱泵機組、溫度傳感器和流量傳感器連接。如圖2所示，本發(fā)明一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀的工作原理為 測試地埋管換熱性能和土壤熱物性時，在測試現(xiàn)場鉆井打孔得到兩測試孔測試孔A
和測試孔B，孔深80m，直徑約150mm，兩孔相距約5m，將本測試儀U型的第一地埋管5和第二地埋管13分別隨回填料下至測試孔A和測試孔B中，形成地埋管換熱系統(tǒng)，回填完畢后， 將第一地埋管5和第二地埋管13的地上接口連接到熱泵系統(tǒng)上，即將第一地埋管5接入到第一電磁流量計4和第二溫度傳感器6之間形成第一閉合回路，將第二地埋管13接入到第二電磁流量計12和第四溫度傳感器14之間形成第二閉合回路，然后開始測試土壤的熱物性，測試步驟分為兩步
1.測試原始地溫在測試原始地溫時，系統(tǒng)補水完畢后，關(guān)閉第一、二閥門7、8，打開第五閥門9，開啟第一可變頻水泵2，水只在第一溫度傳感器3、第一電磁流量計4、第一地埋管 5和第二溫度傳感器6組成的回路中循環(huán)，而不經(jīng)過可變頻熱泵機組1，循環(huán)M小時后，溫度穩(wěn)定，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的測試溫度即為測試孔A的土壤原始地溫；同時，關(guān)閉第三、四閥門15、16，打開第六閥門17，開啟第二可變頻水泵10，水只在第三溫度傳感器11、第二電磁流量計12、第二地埋管13和第四溫度傳感器14組成的回路中循環(huán)，而不經(jīng)過可變頻熱泵機組1，循環(huán)M小時后，溫度穩(wěn)定，第三溫度傳感器和第四溫度傳感器的測試溫度即為測試孔B的土壤原始地溫，將測試孔A和測試孔B的原始土壤溫度取平均值，即為原始地溫。2.加熱或制冷測試溫度響應(yīng)，計算結(jié)果測試孔B內(nèi)的第一地埋管5的流體經(jīng)過變頻熱泵機組1的冷凝器101時被加熱，再流回到第一地埋管5中，由于流體溫度高于地下土壤的溫度，故向土壤中放出熱量，同理，測試孔A內(nèi)的第二地埋管13的流體經(jīng)過變頻熱泵機組1的蒸發(fā)器103時被降溫，再流回第二地埋管13中，由于流體的溫度低于地下土壤的溫度，故從土壤中吸收熱量，因此，變頻熱泵機組1從測試孔A取熱，向測試孔B排熱，通過變頻壓縮機102變頻控制來調(diào)節(jié)變頻熱泵機組1的制冷制熱能力，進而可以模擬測試孔A 中的冬季工況或測試孔B中的夏季工況，通過自控系統(tǒng)采集第一、第二溫度傳感器3、11和第一、第二電磁流量計4、12測量得到的數(shù)據(jù)，得到土壤的溫度響應(yīng)，進而計算土壤的換熱能力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于，它包括由冷凝器、變頻壓縮機、蒸發(fā)器和節(jié)流元件順次管路連接構(gòu)成的可變頻熱泵機組；由冷凝器的熱水出口端通過管路依次連接第一可變頻水泵、第一溫度傳感器、第一電磁流量計、第一地埋管和第二溫度傳感器并返回至冷凝器的冷水進口端而形成的第一閉合回路；以及，由蒸發(fā)器的冷水出口端通過管路依次連接第二可變頻水泵、第三溫度傳感器、第二電磁流量計、第二地埋管和第四溫度傳感器并返回至蒸發(fā)器的熱水進口端而形成的第二閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述節(jié)流元件為膨脹閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述冷凝器的熱水出口端與第一可變頻水泵之間設(shè)有第一閥門，所述冷凝器的冷水進口端與第二溫度傳感器之間設(shè)有第二閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述第一閥門和第二閥門之間通過管路連接，且在該管路上設(shè)有第五閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述蒸發(fā)器的冷水出口端與第二可變頻水泵之間設(shè)有第三閥門，所述蒸發(fā)器的熱水進口端與第四溫度傳感器之間設(shè)有第四閥門。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述第三閥門和第四閥門之間通過管路連接，且該管路上設(shè)有第六閥門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于所述第一可變頻水泵和第二可變頻水泵的進水口均連接有補水箱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀，其特征在于還包括自控系統(tǒng)，該自控系統(tǒng)分別與可變頻熱泵機組、溫度傳感器和流量傳感器連接。
9.一種地埋管換熱性能和土壤熱物性的測試車，其包括車廂，其特征在于，所述車廂中安裝有如權(quán)利要求1至8任一項所述的基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于地源熱泵的土壤熱物性能測試儀和測試車，該測試儀包括由冷凝器、變頻壓縮機、蒸發(fā)器和節(jié)流元件順次管路連接構(gòu)成的可變頻熱泵機組；由冷凝器的熱水出口端通過管路依次連接第一可變頻水泵、第一溫度傳感器、第一電磁流量計、第一地埋管和第二溫度傳感器并返回至冷凝器的冷水進口端而形成的第一閉合回路；以及，由蒸發(fā)器的冷水出口端通過管路依次連接第二可變頻水泵、第三溫度傳感器、第二電磁流量計、第二地埋管和第四溫度傳感器并返回至蒸發(fā)器的熱水進口端而形成的第二閉合回路。該測試儀克服了傳統(tǒng)測試方法的局限性，測試不受室外溫度的影響，設(shè)備數(shù)量減少，原理簡潔，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便。
文檔編號B60P3/00GK102565121SQ20101061819
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張文秀, 王磊, 鄒元霖, 陳燕民 申請人:北京華清新源科技有限公司