CN207816871U - 岩土热响应测试仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种岩土热响应测试仪器，包括测试仪主机和与其相连接的电源转换箱、地埋管，所述测试仪主机采用工业制冷片做为测试设备的冷热源，通过电源转换箱向工业制冷片提供直流电，地埋管的两端接入到测试仪主机中工业制冷片形成的同一冷端或者同一热端，所述地埋管设置有循环水泵、总空气开关、注水口。本实用新型提供的岩土热响应测试仪器，体积小，单件设备重量轻，能够实现恒冷量向地埋管释放，释放的冷量可以进行24档进行调节。

Description

岩土热响应测试仪器

技术领域

本实用新型涉及一种测试仪器，尤其是涉及一种岩土热响应测试仪器。

背景技术

根据规范GB50366-2005《地源热泵***工程技术规范》之要求，地埋管地源热泵***要求进行岩土热响应测试工作。

实用新型内容

本实用新型提供了一种岩土热响应测试仪器，解决了目前测试仪器存在的以下问题：

1)测试仪器本体外形体积：目前具有冷热两种功能的测试仪器普遍体积都非常大，采用的均为风冷热泵机组或者是小水--水地源热泵机组来制备冷热水。

2)野外工作测试仪器容易腐蚀问题：本实用新型内部元器件采用506不锈钢或纯铜通用配件，防止发生锈蚀问题，外壳采用304不锈钢激光下料切割组装。

3)内部单元控制逻辑问题：本实用新型优化内部控制***逻辑操作关系，确保仪器安全自动可靠运转。

4)数据采集问题：本实用新型采用工业组态屏直接实时存储数据，易于操作，数据显示、存储、导出简单、直接、明了，采用多种屏蔽措施，最大限度的避免各种干扰因素。

其技术方案如下所述：

一种岩土热响应测试仪器，包括测试仪主机和与其相连接的电源转换箱、地埋管，所述测试仪主机采用工业制冷片做为测试设备的冷热源，通过电源转换箱向工业制冷片提供直流电，地埋管的两端接入到测试仪主机中工业制冷片形成的同一冷端或者同一热端，所述地埋管设置有循环水泵、总空气开关、注水口。

所述测试仪主机电源采用380V+N电源，接至电源转换箱。

所述电源转换箱采用三相五线制进线方式，每相电源带动8个AC220V/DC24V变压器，每个变压器带动1个工业制冷片。

所述半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流进行控制，用于实现高精度的温度控制，并设置有温度检测装置和与其相连接的电流控制装置。

所述测试仪主机中工业制冷片形成的同一热端连接至热量表或者接第二套地埋管。

所述注水口下端设置有过滤器和止回阀。

所述测试仪主机的外壳采用304不锈钢材质，便于保护设备原器件，且有效防止因潮湿或淋水造成的锈蚀；测试仪主机的内部水管道及阀部件采用不锈钢及铜材质以及PPR管道，防止管道内壁出现铁锈。

本实用新型提供的岩土热响应测试仪器，相比较于风冷热泵作为主要测试设备构建而言，体积小，单件设备重量轻，能够实现恒冷量向地埋管释放，释放的冷量可以进行24档进行调节。

仪器内部冷热源采用制冷片，在技术应用上具有以下的优点和特点：1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热***和制冷***。3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制***。4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

通过往地埋管排冷，能够对地埋管换热过程中的热湿迁移进行比对分析。能够比较准确的测试土壤的初始温度，测试工程中能够消除水泵产生的热量对冷量的影响作用。

附图说明

图1是所述岩土热响应测试仪器的结构示意图；

图2是所述半导体制冷片的结构示意图。

具体实施方式

通过多年的地埋管热响应测试工作(恒热量向地埋管放热测试方法)，并结合国内外的测试仪器以及大专院校的测试软件，参阅了大学教授、地质勘察院以及同行业领头公司的文献，完善和优化现有的测试方法，本实用新型实现了恒冷量持续向地埋管进行冷扰动。相比国内同行其他公司采用风冷热泵作为制冷量的方法，本实用新型涉及的恒冷量测试仪器本体体积相比较来说，体积要小很多，精确选择循环水泵，多级调档水流量，并根据水泵不同流量时的电功率数值，进行反向冷抵消，使得岩土体初始温度测量更加准确。测试仪器具有冷热两种功能，既可以往地下排热，也可以往地下排冷。不管是排冷还是排热，最终热响应测试工作目的是测量岩土体热物性参数，而不是模拟地源热泵***冬夏季工况。测试仪器数据采集采用工业电容屏自动进行不间断的数据采集工作，人工无法干预。使得现场测试得到的数据更加真实，数据采集界面直观具体，一目了然。

本实用新型应用在地源热泵***设计前期的勘察测试工作中，用来优化地源热泵***室外地埋管换热器设计，应用范围为单U型或双U型以及同轴套管的垂直地埋管。

测试仪器制冷制热设备摒弃了常规的空气源热泵机组，而采用工业制冷片做为***制冷制热元件，进而减小了测试仪器本体体积。测试仪器取消水箱，水箱是导致体积过大的另外一个主要原因，采用暖气中常用的注水斗作为***注水口，体积小，且可以拆卸。循环水泵选择过大，也是导致测试仪器本体过大的原因，通过多项试验，精确选择循环水泵，摒弃了多档调节流量，减少不必要电气构件及控制***。

测试仪器外部壳体及内部结构部件，及其安装位置尺寸，按照仪表规范要求进行定位，外壳采用304不锈钢材质，便于保护设备原器件，且有效防止因潮湿或淋水造成的锈蚀。测试仪器内部水管道及阀部件采用不锈钢及铜材质以及PPR管道，防止管道内壁出现铁锈。

测试仪器内部设置电气联动装置，并通过温度控制器控制***运行，目的防止在循环水泵出现故障或者认为操作出现失误时，有效防止内部工作部件，进而防止触电安全事故的发生。

运行参数及数据显示和存储问题，本实用新型采用以工业组态王为平台开发的软件并集成在9寸触摸屏上，内部集成数据库，数据传输稳定可靠，且即使在断电的情况下，数据也不会丢失。

采用工业制冷片做为测试设备的冷热源。制冷片在通过直流电时，一面发热，一面可以制冷，可以同时进行冷热测试，也可以单独进行恒热量向地下排热，恒冷量往地下排冷。

如图1所示，所述岩土热响应测试仪器包括测试仪主机和与其相连接的电源转换箱、地埋管，所述测试仪主机采用工业制冷片做为测试设备的冷热源，通过电源转换箱向工业制冷片提供直流电，地埋管的两端接入到测试仪主机中工业制冷片形成的同一冷端或者同一热端，所述地埋管设置有循环水泵、总空气开关、注水口。

测试仪主机由以下几部分组成：外壳1、半导体制冷片2、出口3、进口4，出口3、进口4连接到半导体制冷片2的同一冷端(热端)的两端，半导体制冷片2固定在外壳1内，设置有多组时，通过不锈钢钢管连接冷端或者热端，使半导体制冷片2的冷端或热端是统一的。热端通过热端循环泵12连接有热量表11。

地埋管包括循环水泵5、管道、注水口8、过滤器6、阀门7、止回阀10、总空气开关9，管道的一端通过循环水泵5连接到测试仪主机的冷端的其中一端，经过过滤器6和阀门7，然后经过在地下延伸，但是深度L小于200米，地上最高处设置有总空气开关9，用于排出空气，通过止回阀10到达测试仪主机的冷端的另外一端。

以下对各部件进行介绍：

1)、外壳：使用采用304不锈钢材质，考虑仪器在运输过程中可能出现的磕碰问题，厚度采用1.2mm不锈钢，强度满足搬运要求，外壳采用拉铆钉组装，不易打开，有利于保护内部元器件。

2)、冷热数值计量：采用一体式热量表11，温度采用Pt1000传感器，分辨度更高，热量(含冷量)采集由热量表根据不同水温的温度下比热容，利用晗差表计算并实时存储，数据更加准确、直接。

3)、循环水泵5：采用微型屏蔽水泵，功率小，噪音小，循环水量三挡可调，在进行向地埋管放热时，热损失小；在向地埋管排冷，或者是测量初始温度时，要根据水泵不同功率下，用制冷片来进行校正。

4)、电源转换箱：电源转换箱采用三相五线制进线方式，每相电源带动8个AC220V/DC24V变压器，每个变压器带动1个制冷片。

5)、外部连接附件：现场进行测试时，测试仪器需要外部连接水管路管件，采用PPR25/DN20内牙活接头连接，形成出口3和进口4，并配有D25PPR过滤器6，D25PPR阀门7，D25PPR止回阀10，注水口8处的塑料水斗。

6)、半导体制冷片2作为特种冷源。

如图2所示，所述工业制冷片2做为测试设备的冷热源。制冷片在通过直流电23时，一面发热，一面可以制冷，形成冷端21和热端22，可以同时进行冷热测试，也可以单独进行恒热量向地下排热，恒冷量往地下排冷。金属导体25两端是绝缘陶瓷片24，金属导体25中是N、P材料形成的制冷片。

本实用新型在进行岩土热物性测试时，依据地埋管下管的有效深度选择不同的加热(加冷)功率。测试设备采用24挡加热(加冷)，每档功率为226-316W，根据国际地源热泵协会提供的方法，加热延米功率为50--80w/m，

循环水泵5采用微型屏蔽泵，最大功率325w，采用最大档功率，满足深度≤200米地埋管测试情况下紊流要求。在测量岩土体初始温度时，采用水泵最低档进行。减少循环水泵自身发热对水体升温的影响，或者根据水泵不同档位对应的功率，开启相对应的制冷量对应的制冷片档位。

热量表11能够直接计量对地埋管施加的冷量或者热量值，而不采用电功率计算方法计算施加的冷热量数值。

测试时，外部管道连接，连接完，通过注水斗向***内注水，注水斗下部有过滤器和止回阀。

测试时操作步骤：

场地平整，将测试仪主机、电源转换箱、风机盘管(外部连接附件)放到平整的场地上。最好在测试仪下部垫上木板，高度最好离地200mm，防止雨水对设备的危害，搭建帐篷，做好防雨防风措施。此时检查测试仪器本体上的开关都处于关闭状态。

将电源线连接至电源转换箱上，测试仪器电源可以选择采用380V+N电源。

测试仪主机本体上外部连接地埋管时，采用外部附件进行连接。

将外部电源送至电源转换箱上的总空气开关，然后将空气开关向上推，旋钮开关用来控制循环水泵的启动停止，顺时针旋转为开启，逆时针旋转为关闭。

将设备所带的快速接头用管箍与地埋管热熔连接。

将水斗缠绕生料带，与设备注水口连接。然后***开始缓慢注水。注水过程中检查是否有漏点，如果没有，对外露部分进行橡塑保温，并用胶带缠好。

注水时，水斗没有气泡时，点动水泵，会发现水斗还会有气泡冒出，继续点动水泵，继续排气，将***内的气泡排出。

排气完成后，持续开启循环水泵，此时组态液晶屏上测试界面里边的“流量值”这一项应该有数值，否则说明排气不彻底。然后开始记录岩土体的初始温度，20分钟后，根据测试目的和要求，开启电加热(或电制冷)电加热和电制冷共分24档，需要计算所需的加热量和制冷量进行逐个开启。

Claims (7)

1.一种岩土热响应测试仪器，其特征在于：包括测试仪主机和与其相连接的电源转换箱、地埋管，所述测试仪主机采用工业制冷片做为测试设备的冷热源，通过电源转换箱向工业制冷片提供直流电，地埋管的两端接入到测试仪主机中工业制冷片形成的同一冷端或者同一热端，所述地埋管设置有循环水泵、总空气开关、注水口。

2.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述测试仪主机电源采用380V+N电源，接至电源转换箱。

3.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述电源转换箱采用三相五线制进线方式，每相电源带动8个AC 220V/DC 24V变压器，每个变压器带动1个工业制冷片。

4.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述工业制冷片是电流换能型片件，通过输入电流进行控制，用于实现高精度的温度控制，并设置有温度检测装置和与其相连接的电流控制装置。

5.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述测试仪主机中工业制冷片形成的同一热端连接至热量表或者接第二套地埋管。

6.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述注水口下端设置有过滤器和止回阀。

7.根据权利要求1所述的岩土热响应测试仪器，其特征在于：所述测试仪主机的外壳采用304不锈钢材质，便于保护设备原器件，且有效防止因潮湿或淋水造成的锈蚀；测试仪主机的内部水管道及阀部件采用不锈钢及铜材质以及PPR管道，防止管道内壁出现铁锈。