一種地源熱泵運(yùn)行中土體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于環(huán)境巖±工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，設(shè)及一種地源熱累運(yùn)行中± 體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地源熱累（Ground-Source化at Pump,簡(jiǎn)稱GSHP)技術(shù)通過地埋管內(nèi)的液體（通 常是水）循環(huán)與地表淺層巖±體進(jìn)行熱量交換，使不能直接利用的巖±低品位熱能轉(zhuǎn)換為 可利用的高品位熱能，是目前開采淺層地能中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。其工作原理為： 地表10m深度W下的巖±層溫度不受外界氣候的影響，能全年基本保持穩(wěn)定；利用巖±層 的該一特性，冬季將其作為熱累的熱源，將±壤中的熱量提取出來，利用能量轉(zhuǎn)換對(duì)室內(nèi)供 熱，同時(shí)將熱累系統(tǒng)排放的冷量?jī)?chǔ)存于地下W供夏季使用；相反，在夏季則將其作為熱累的 冷源，吸收室內(nèi)的熱量釋放到±壤中，達(dá)到制冷效果，同時(shí)為冬季儲(chǔ)存熱量。在該一過程中， 熱交換對(duì)巖±介質(zhì)產(chǎn)生復(fù)雜的影響，±體的溫度場(chǎng)發(fā)生變化引起水分發(fā)生遷移，改變±體 含水量，而含水量的變化又引起±的比熱容、熱導(dǎo)率及熱擴(kuò)散率發(fā)生變化，從而影響熱量的 傳輸過程。同時(shí)，在地源熱累運(yùn)行中，除了熱交換的影響，地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等環(huán)境因 素也會(huì)顯著影響±壤的熱濕遷移過程，從而最終影響到地源熱累系統(tǒng)的運(yùn)行特性。目前， 現(xiàn)有的研究成果都集中于地埋管周圍±壤溫度的變化，對(duì)其濕度場(chǎng)變化規(guī)律的研究未見報(bào) 道，更未考慮到地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等環(huán)境因素對(duì)±壤熱濕遷移效應(yīng)的影響。實(shí)際上，地 源熱累運(yùn)行中地埋管換熱器與巖±層的熱交換是一個(gè)復(fù)雜的熱濕禪合傳熱傳質(zhì)過程，為了 更直觀地了解地源熱累運(yùn)行中±體的熱濕遷移特性及其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響，有必要設(shè) 計(jì)一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，W便揭示±壤溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)在地源 熱累運(yùn)行過程中的特征變化規(guī)律。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕 遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)。其技術(shù)方案如下：
[0004] 一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)、運(yùn)行 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個(gè)部分：地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)由地埋管換熱系統(tǒng)、熱累機(jī)組、末端空調(diào) 系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括地源熱累運(yùn)行狀況監(jiān)控、±體溫度采 集、±體濕度采集、氣象數(shù)據(jù)采集和地下水監(jiān)測(cè)五個(gè)子系統(tǒng)。
[0005] 地埋管換熱系統(tǒng)采用橫、豎復(fù)合方式，地埋管換熱系統(tǒng)分為A、B、C S個(gè)區(qū)域；A區(qū) 包括A1、A2、A3、A4、A5、A6六個(gè)豎直埋管熱交換器，其中A3?A6與B區(qū)、C區(qū)的流量和換熱 功率保持均衡，A1、A2與總集水器直接連接（可獨(dú)立控制），為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后期試驗(yàn)預(yù)留相關(guān) 功能及輔助熱交換作用；B區(qū)包括B1、B2、B3、B4四個(gè)豎直埋管熱交換器；C區(qū)包括C1、C2、 C3、C4四個(gè)橫埋管熱交換器。
[0006] 優(yōu)選地，地埋管換熱系統(tǒng)采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，左右兩邊管路同程布置，同時(shí)在每組管道 分水器上安裝流量計(jì)和控制閥，對(duì)每個(gè)熱交換器的的流量進(jìn)行有效控制；采用4 50mm的高 密度聚己締（皿陽(yáng)）管作為主管（橫截面積1314mm2)水平全程鋪設(shè)，使管內(nèi)流動(dòng)水阻降至 最低；使用分水器分流至4根4 25mm的皿陽(yáng)管（總橫截面積；4X 328. 4 = 1314mm2)，在每 根4 25mm的皿PE分管處，安裝控制閥口，設(shè)置管道井。
[0007] 優(yōu)選地，豎直埋管熱交換器均采用單U型皿陽(yáng)管，內(nèi)徑d) = 25mm ;在A區(qū)矩形布 置6 口豎井，B區(qū)線形布置4日豎井，鉆井深度為32m，間距為5m，鉆井直徑130mm。
[000引優(yōu)選地，橫埋管熱交換器在主管的兩側(cè)，呈"串"字形布置；在C區(qū)共布置了 4組換 熱器，每組間距為4. Om ;每組為單層水平雙管，管間距為1. Om，埋深為2. 5m ;組間采用并聯(lián) 同程式；管材為高密度聚己締皿PE管，內(nèi)徑4 = 25mm，管子周圍為半無限大±壤層。
[0009] 優(yōu)選地，所述熱累機(jī)組采用江蘇滿藝商用空調(diào)有限公司生產(chǎn)的水-水式水源熱累 機(jī)組，型號(hào)為HYSS090RA-JF。
[0010] 優(yōu)選地，所述末端空調(diào)系統(tǒng)主要包括空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)盤管，選用風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組式水 溫空調(diào)系統(tǒng)，型號(hào)為SK-14。
[0011] 優(yōu)選地，所述輔助系統(tǒng)包括各種閥口、循環(huán)水累、控制柜和集水器、分水器。
[0012] 優(yōu)選地，所述地源熱累運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)包括傳感器和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分。傳感器部 分；管內(nèi)循環(huán)水流量采用DN250型智能電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，一共布置了 8個(gè)流量計(jì)，分別 安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨?，②A區(qū)入水口，⑨B區(qū)入水口，④C區(qū)入水口，⑥A1管入 水口，⑧A5管入水口，⑦B1管入水口，⑨C3管入水口；管內(nèi)循環(huán)水壓力采用YBP-802防水型 壓力（液位）傳感器進(jìn)行測(cè)定，一共布置了 8個(gè)壓力傳感器，與流量計(jì)配套形成水壓力、流 量測(cè)定系統(tǒng)，安裝位置同流量計(jì)；進(jìn)、出口水溫采用防水型DS18b20溫度傳感器進(jìn)行測(cè)定， 一共布置了 8組溫度傳感器，分別安裝在W下管路：①系統(tǒng)總?cè)胨诤涂偦厮?；②A區(qū)入 水口和回水口；⑨B區(qū)入水口和回水口；④C區(qū)入水口和回水口；⑥A1管入水口和回水口； ⑧A5管入水口和回水口；⑦B1管入水口和回水口；⑨C3管入水口和回水口。數(shù)據(jù)采集部 分由計(jì)算機(jī)、可編程控制器和RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)組成，包括A區(qū)溫度模塊、B區(qū)溫度模塊、 C區(qū)溫度模塊和流量與壓力模塊。其工作原理為；通過各路控制器對(duì)各傳感器的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后將采集數(shù)據(jù)和信號(hào)通過RS485遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再將 數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。輸入熱累機(jī)組壓縮機(jī)的電流與電 壓均采用便攜式萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量。
[0013] 優(yōu)選地，所述±體溫度采集系統(tǒng)采用PT100銷電阻溫度計(jì)（JMT-36C)和 JMZR-2000T多點(diǎn)無線溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制單元（計(jì)算機(jī)）、采集單元（包括采 集模塊、電源模塊及全密封箱等）組成，可實(shí)現(xiàn)64通道多點(diǎn)溫度全自動(dòng)采集。
[0014] 優(yōu)選地，所述±體濕度采集系統(tǒng)采用美國(guó)SEC(SoilmoisUire Equipment Co;rp.) 公司生產(chǎn)的MiniTrase水分測(cè)定系統(tǒng)，其主體設(shè)備由TDR探針（同軸電纜）、脈沖發(fā)射器、 多路擴(kuò)展板機(jī)箱和顯示控制器（Ipad或計(jì)算機(jī)）組成；該系統(tǒng)利用時(shí)域反射儀（TDR探針） 快速測(cè)量±壤及其它潮濕介質(zhì)的體積含水量，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集和存儲(chǔ)。
[0015] 優(yōu)選地，所述氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PC-4型便攜式陽(yáng)光氣象站，可采集溫度、濕 度、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽(yáng)福射、降雨量、蒸發(fā)量等多項(xiàng)氣象信息，內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可連續(xù) 存儲(chǔ)60天氣象數(shù)據(jù)；通過RS232/RS485/USB等標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與筆記本電腦在現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù) 據(jù)。
[0016] 優(yōu)選地，所述地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過在±壤中埋設(shè)PVC水位管，利用水位計(jì)進(jìn)行定 期監(jiān)測(cè)。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0018] (1)對(duì)地源熱累系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)精確地獲得系統(tǒng)各部分的 壓力和管內(nèi)水流量數(shù)據(jù)，確保整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；并且能夠精確計(jì)算出地源熱累運(yùn)行 的各狀態(tài)參數(shù)，可對(duì)整個(gè)地源熱累系統(tǒng)進(jìn)行能耗評(píng)價(jià)。
[0019] 似對(duì)地埋管周圍的溫度、濕度場(chǎng)進(jìn)行了全面監(jiān)控，并對(duì)地下水滲流、降雨、蒸發(fā)等 環(huán)境影響因素也進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，能夠全方位地揭示地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)及其對(duì) 系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本實(shí)用新型地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)的組成圖；
[0021] 圖2是本實(shí)用新型地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)方法的流程圖；
[0022] 圖3是本實(shí)用新型的地埋管換熱系統(tǒng)布置平面圖；
[0023] 圖4是本實(shí)用新型的橫埋管換熱器水路循環(huán)圖；
[0024] 圖5是本實(shí)用新型的±體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)孔平面布置圖；
[002引圖6是本實(shí)用新型的±體狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)孔剖面圖，其中，圖6a)豎埋管A5-1剖面， 圖化）豎埋管A5-2剖面，圖6c)豎埋管B1-1剖面，圖6d)豎埋管B1-2剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027] 參照?qǐng)D1-圖6, 一種地源熱累運(yùn)行中±體熱濕遷移效應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)，包括地源熱累 試驗(yàn)系統(tǒng)1、運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2兩個(gè)部分；地源熱累試驗(yàn)系統(tǒng)1由地埋管換熱系統(tǒng) 3、熱累機(jī)組4、末端空調(diào)系統(tǒng)5和輔助系統(tǒng)6組成；運(yùn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2包括地源熱 累運(yùn)行狀況監(jiān)控7、±體溫度采集8、±體濕度采集9、氣象數(shù)據(jù)采集10和地下水監(jiān)測(cè)11五 個(gè)子系統(tǒng)。
[002引地埋管換熱系統(tǒng)3采用橫、豎復(fù)合方式，地埋管換熱系統(tǒng)分為A、B、CS個(gè)區(qū)域；A 區(qū)包括A1、A2、A3、A4、A5、A6六個(gè)豎直埋管熱交換器，其中A3?A6與B區(qū)、C區(qū)的流量和 換熱功率保持均衡，A1、A2與總集水器直接連接（可獨(dú)立控制），為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后期試驗(yàn)預(yù)留 相關(guān)功能及輔助熱交換作用；B區(qū)包括