[發(fā)明專(zhuān)利]土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置及其方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710044652.5
• 申請(qǐng)日: 2007-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101105467A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周亞素
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N25/20
• 分類(lèi)號(hào): G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定土壤導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，并進(jìn)一步包括一種基于該裝置的測(cè)試方法。

背景技術(shù)

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何根據(jù)建筑物的冷、熱負(fù)荷設(shè)計(jì)埋地?fù)Q熱器，而要準(zhǔn)確設(shè)計(jì)埋地?fù)Q熱器就需要知道建筑物當(dāng)?shù)氐叵峦寥赖膶?shí)際的導(dǎo)熱系數(shù)。如果土壤導(dǎo)熱系數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能不能滿(mǎn)足負(fù)荷要求，也可能規(guī)模過(guò)大，增加初投資。

確定地下土壤導(dǎo)熱系數(shù)的傳統(tǒng)方法有兩種：一種方法是根據(jù)鉆孔時(shí)取出的土壤樣本確定埋管周?chē)牡刭|(zhì)構(gòu)成，然后根據(jù)相關(guān)手冊(cè)查取土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。然而地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，難以得到整個(gè)埋孔深度方向地質(zhì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確的詳細(xì)資料，即使同一種土壤成分，其導(dǎo)熱系數(shù)取值范圍也較大，如石英沙導(dǎo)熱系數(shù)為3.1～7.8W/m℃；另一種方法是通過(guò)探針?lè)ㄔ趯?shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，但用探針對(duì)取出的土壤在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，由于水分散失、擠壓等原因，其土壤結(jié)構(gòu)已與在地下時(shí)發(fā)生了較大變化，使測(cè)試結(jié)果與實(shí)際參數(shù)有誤差，用探針在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試由于探針長(zhǎng)度的限制，目前國(guó)內(nèi)只能測(cè)試淺層(小于1米)土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)際工程中，由于埋管的埋深很深(40-100米)，而且埋管的布置方式、回填材料的種類(lèi)等等都對(duì)埋地?fù)Q熱器的傳熱性能有影響。因此，只有在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)試才能準(zhǔn)確得到土壤的導(dǎo)熱系數(shù)。而目前國(guó)內(nèi)還缺乏現(xiàn)成的測(cè)定裝置和測(cè)試方法。

所以，本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、可方便準(zhǔn)確地用于現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定土壤導(dǎo)熱系數(shù)的裝置及其測(cè)試方法，本測(cè)試裝置可以測(cè)試地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)向土壤排熱或取熱兩種模式下的土壤導(dǎo)熱系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置及其方法并且可以測(cè)試地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)向土壤排熱或取熱兩種模式下的土壤導(dǎo)熱系數(shù)。

技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置，其特征在于：包括一臺(tái)小型熱泵機(jī)組、一只保溫水箱、2臺(tái)循環(huán)泵、2個(gè)流量傳感器、4個(gè)溫度傳感器、及一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，保溫水箱的一端的循環(huán)管道和小型熱泵機(jī)組相連，另一端的循環(huán)管道A端、B端與現(xiàn)場(chǎng)埋地?fù)Q熱管連接，4條管道上都裝有1個(gè)溫度傳感器，兩端的4條循環(huán)管道中各有一條分別安裝1臺(tái)循環(huán)泵和1個(gè)流量傳感器，所述的6個(gè)傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。

一臺(tái)小型熱泵機(jī)組，其目的是提供測(cè)試裝置的冷、熱源，以測(cè)試向土壤排熱或取熱兩種模式下的土壤導(dǎo)熱系數(shù)，冷源用于測(cè)試向土壤取熱(即模擬地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季運(yùn)行工況)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，熱源用于測(cè)試向土壤排熱(即模擬地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)夏季運(yùn)行工況)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；保溫水箱，用于儲(chǔ)存熱泵機(jī)組提供的冷(熱)源，并向地下埋管系統(tǒng)提供一定量、一定溫度的循環(huán)流體，并在初始時(shí)用于向地下埋管內(nèi)充注循環(huán)流體，及起排氣作用；2臺(tái)循環(huán)泵，用于向系統(tǒng)提供一定壓頭、一定流量的循環(huán)流體，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流體的流量可以通過(guò)變頻或旁通管路任意調(diào)節(jié)，以測(cè)試不同流速條件下土壤的傳熱性能；2個(gè)流量傳感器，用于測(cè)定系統(tǒng)的循環(huán)流量；4個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)定環(huán)路內(nèi)循環(huán)流體的溫度，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集、儲(chǔ)存、分析測(cè)試數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的另一方面，提供一種基于土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定裝置的測(cè)試方法。這種方法包括：首先在已鉆好的鉆孔中埋設(shè)管道并按設(shè)計(jì)要求回填，環(huán)路中充滿(mǎn)水，封住端口，靜置一星期。然后，連接測(cè)定裝置的A端、B端與現(xiàn)場(chǎng)埋管的進(jìn)口、出口，循環(huán)流體由保溫水箱進(jìn)入且進(jìn)一步補(bǔ)滿(mǎn)管道，管道中的氣體由保溫水箱排出，再依次開(kāi)啟循環(huán)泵、熱泵機(jī)組，使熱泵機(jī)組制取的冷(熱)流體，通過(guò)保溫水箱、循環(huán)泵輸入到埋地?fù)Q熱管內(nèi)，埋地?fù)Q熱管內(nèi)的流體與土壤進(jìn)行熱交換后，又返回到保溫水箱，再通過(guò)另一臺(tái)循環(huán)泵輸送到熱泵機(jī)組，形成封閉循環(huán)。自開(kāi)始測(cè)試起，保持熱泵機(jī)組的功率不變，直至埋地?fù)Q熱管進(jìn)口、出口溫度基本恒定。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄流體流量、進(jìn)出口溫度、及測(cè)試時(shí)間，然后，利用一維模型，計(jì)算得到土壤的平均導(dǎo)熱系數(shù)。

土壤平均導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算式為：