[發(fā)明專(zhuān)利]一種地源熱泵模擬裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210169949.5
• 申請(qǐng)日: 2012-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102680515A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒玲;沈軍;鄭柏存;王偉山;馮中軍;傅樂(lè)峰;陳鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海三瑞化學(xué)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N25/20
• 分類(lèi)號(hào): G01N25/20
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專(zhuān)利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種垂直地埋管地源熱泵模擬裝置，具體地說(shuō)涉及地源熱泵系統(tǒng)中循環(huán)水、回填材料以及土壤三者之間熱交換過(guò)程的模擬。

背景技術(shù)

地源熱泵系統(tǒng)是一項(xiàng)利用淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行供暖、制冷和熱水供應(yīng)的綠色環(huán)保空調(diào)技術(shù)，包括地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵和地下水地源熱泵。以土壤作為冷熱源的地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要由地埋管換熱系統(tǒng)、土壤源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)組成。地埋管換熱系統(tǒng)由地埋管換熱器、循環(huán)水泵以及充有循環(huán)液（主要是水或以水為主要成分的防凍液）的循環(huán)管路組成。地埋管換熱器是地埋管地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵，其換熱能力的大小直接影響地源熱泵系統(tǒng)的效能。

我國(guó)的地源熱泵事業(yè)起步較晚，對(duì)地源熱泵的探索性研究借鑒了國(guó)外的技術(shù)和成果，研究工作多以實(shí)際的地源熱泵工程為基礎(chǔ)。由于地源熱泵項(xiàng)目投資成本高，鉆井深度大，巖土體不均一以及地下水滲流，導(dǎo)致對(duì)地埋管換熱器在土壤中復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)耦合過(guò)程的研究欠深入，已有研究成果也難以有效應(yīng)用于實(shí)際工程。因此，開(kāi)發(fā)一種地源熱泵模擬換熱裝置對(duì)于科研工作和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確合理地將地源熱泵系統(tǒng)模擬化的不足而提供一種地源熱泵模擬裝置，以模擬實(shí)際工程中的地埋管換熱原理為基礎(chǔ)，為地源熱泵技術(shù)的研究提供了一種可行技術(shù)方案。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種地源熱泵模擬裝置，它包括：

一地層模擬系統(tǒng)，包括地秤、不銹鋼套筒、土壤、鉆孔、蓋板和恒溫水浴鍋，所述不銹鋼套筒設(shè)于地秤之上，土壤及鉆孔設(shè)于不銹鋼套筒內(nèi)，蓋板封蓋于不銹鋼套筒上，恒溫水浴鍋及不銹鋼套筒通過(guò)管路構(gòu)成水循環(huán)回路；

一換熱器模擬系統(tǒng)，包括回填材料、U形管、低溫恒溫槽、自吸清水泵、流量計(jì)、三通及閥門(mén)，所述U形管設(shè)于回填材料內(nèi)，三通、閥門(mén)、低溫恒溫槽、自吸清水泵、流量計(jì)、三通、閥門(mén)通過(guò)管路依次連接后，連接于U形管的兩端口，構(gòu)成水循環(huán)回路；

一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括溫濕度記錄儀、PT100型熱電阻及溫濕度變送器，所述PT100型熱電阻及溫濕度變送器連接溫濕度記錄儀；其中：

所述換熱器模擬系統(tǒng)的回填材料設(shè)于地層模擬系統(tǒng)的鉆孔內(nèi)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的PT100型熱電阻設(shè)于地層模擬系統(tǒng)的土壤中。

所述蓋板為一個(gè)透明塑料蓋板，其上開(kāi)有數(shù)組同心圓的孔，PT100型熱電阻插入其孔中。

所述循環(huán)水、U形管、回填材料三者之間可直接進(jìn)行熱交換；U形管為DN25的PE100地源熱泵專(zhuān)用管；各管道外壁和不銹鋼套筒外壁均包覆有聚氨酯保溫材料；回填材料為水泥基灌漿料，其成分為水泥、天然河砂、膨潤(rùn)土、減水劑、水以及硅灰、鋼渣礦物摻合料。

所述低溫恒溫槽內(nèi)膽容積為10～30L，溫度范圍-5～100℃，采用微機(jī)控溫、自動(dòng)控制（PID）調(diào)節(jié)，高、低溫兩檔切換；流量計(jì)記錄流經(jīng)循環(huán)管道的體積流量，測(cè)量范圍為0～20L/min。

所述溫濕度記錄儀有20～40個(gè)通道，自動(dòng)記錄和保存數(shù)組由PT100型熱電阻和溫濕度變送器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

所述PT100型熱電阻為四氟材料，量程為0～50℃，分度值為0.01℃；用于測(cè)量土壤溫度的PT100型熱電阻經(jīng)蓋板定位后插入土壤的不同深度，再連接到溫濕度記錄儀；用于測(cè)量循環(huán)水進(jìn)出口水溫的PT100型熱電阻分別接在兩個(gè)三通上，再連接到溫濕度記錄儀。

所述溫濕度變送器用于測(cè)量大氣的溫、濕度，連接到溫濕度記錄儀。

本發(fā)明可用于研究在地埋管換熱器作用下不同深度、不同徑向土壤層的溫度分布，進(jìn)而考察土壤中的熱交換規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳熱模型的計(jì)算與驗(yàn)證；可用于考察不同回填材料對(duì)總換熱效果的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)回填材料的篩選和評(píng)價(jià)；還可用于研究冷、熱工況下不同循環(huán)水流量對(duì)換熱量的影響等。本發(fā)明利用循環(huán)水與土壤的溫度差，借助PE管和回填材料來(lái)實(shí)現(xiàn)換熱，能保證一定時(shí)間內(nèi)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)氣溫突變、地下水流動(dòng)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不穩(wěn)定因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，為地源熱泵的研究創(chuàng)造了有利條件。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明土壤測(cè)溫點(diǎn)分布圖；

圖3為本發(fā)明制冷工況下不同深度土壤層的溫度變化曲線(xiàn)圖；

圖4為本發(fā)明制冷工況下不同徑向土壤層的溫度變化曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：