一种浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置及方法，包括箱体，填充在箱体内的模拟地层，埋设在模拟地层内的管群系统、加热装置和测温装置；水动力循环系统，包括置于箱体的进水侧的恒温水箱、循环水泵、缓冲水箱，循环水泵装在恒温水箱和缓冲水箱之间，数据采集与控制系统与循环水泵、加热装置、测温装置连接。本发明专利技术构建了一个真实的地埋管群模拟装置，可有效模拟地埋管群地温场在冬季工况或夏季工况的变化，真实地反应地埋管群在不同初始地温场、不同进水温度、不同运行流量条件下地温场的变化情况，为地埋管群地温场的变化规律提供数据支撑，可省掉实际工程去布置监测设备，大大降低了测试成本人力物力，提升了工作效率。提升了工作效率。提升了工作效率。
【技术实现步骤摘要】
一种浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置及方法
[0001]本专利技术属于浅层地热资源领域，具体涉及一种浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置及方法。
技术介绍
[0002]浅层地热能具有资源量丰富、分布广、普适性强，不受区域限制等优点，充分开发利用地热能是改善生态环境，实施绿色发展战略的重要途径之一。研究表明我国地埋管地源热泵系统适宜区和较适宜区占总评价面积的83％。我国浅层地热能利用快速发展，从2015年开始浅层地热能年利用总量了连续多年位居世界第一，国家发展改革委等九部门印发《“十四五”可再生能源发展规划》中明确要求“扩大浅层地热能开发利用规模”，浅层地热将有广阔的应用前景与市场潜力。
[0003]浅层地热能的开发利用是依靠地源热泵技术，通过付出少量电能将无法直接利用的低品位热能转化为高品位热能，从而为建筑提供所需的冷、热负荷，地埋管换热器是地源热泵技术的基础，目前我国市场主要采用竖直U型地埋管土壤源热泵技术。由于我国人口众多、建筑体量面积大等特点，我国的一些地源热泵工程十分巨大，往往达到成百上千个地埋孔，如此多的地埋管所构成的管群系统之间的能量转移十分复杂，由于不同气候区的建筑冷负荷与热负荷不一致，一些地源热泵工程在长期运行条件下造成地层土壤冷热失衡，出现了较为明显的冷堆积和热堆积等问题，影响系统的能效和可持续性，导致运行费用增加，制约了浅层地热能的推广应用。因此研究地埋管群地温场冷热不平衡问题就十分必要，而研究的前提是进行地温场的监测，但目前在实际工程中由于投资成本、监测手段等问题，很少有在地埋管群中铺设温度传感器去观察温度场的变化，因此需要一种浅层地热地埋管群温度场变化模拟实验装置，对地层土壤温度变化进行监测，结合数值模拟技术对地温场变化规律进行综合研究。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种浅层地热地埋管群温度场变化模拟实验装置及方法，能够精确测量地源热泵地埋管群运行的地温场变化，为地源热泵工程的前期地埋管的设计排列、后期运行策略提供依据。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置，其特征在于：
[0006]包括箱体，箱体为一个无顶中空的长方体，且长方体侧壁具有良好的保温隔热性能或设置有绝热板；
[0007]填充在箱体内的模拟地层，由岩石、土壤、砂土、黏土和砂石中的一种或任意多种混合而成；
[0008]埋设在模拟地层内的管群系统、加热装置和测温装置；
[0009]水动力循环系统，包括置于箱体的进水侧的恒温水箱、循环水泵、缓冲水箱，循环
水泵装在恒温水箱和缓冲水箱之间，缓冲水箱通过多根进水软管与所述管群系统的进水端连接；管群系统的出水端通过多根出水软管与置于所述箱体排水侧的排水箱连接；
[0010]数据采集与控制系统，为一台执行数据采集与控制程序的计算机，该计算机与所述加热装置、测温装置连接。
[0011]加热装置是电加热棒，分别设置在所述箱体的底面及侧面，沿箱体的长或宽的方向均匀布置。
[0012]测温装置由若干个测温光纤组成，所述测温光纤沿所述箱体的长与宽的方向等间距排列成若干排与若干列。
[0013]管群系统由若干U型地埋管组成；每根进水软管一端连接一个U型地埋管的出口，另一端连接缓冲水箱；每根出水软管一端连接一个U型地埋管的进口，另一端与排水箱连接。
[0014]最外层的测温光纤距离箱体的侧壁至少有10cm。
[0015]所述缓冲水箱侧壁设置有绝热板。
[0016]一U型地埋管设置在由四个测温光纤组成的正方形的中心位置。
[0017]本专利技术有益效果是：构建了一个真实的地埋管群模拟装置，设置地层系统用于模拟不同的地质岩土情况；通过调节加热棒功率可以模拟不同地层温度；通过调节循环水泵和恒温水浴可以模拟不同的运行工况；通过温度监测系统实时记录系统运行中地温场的变化，依靠监测数据结合数值模拟技术研究地埋管群地温场变化规律。本装置可有效模拟地埋管群地温场在冬季工况或夏季工况的变化，真实地反应地埋管群在不同初始地温场、不同进水温度、不同运行流量条件下地温场的变化情况，为地埋管群地温场的变化规律提供数据支撑，可省掉实际工程去布置监测设备，大大降低了测试成本人力物力，提升了工作效率。
[0018]可实现冬季工况与夏季工况，当底层温度低于入水温度时为冬季工况每当进水温度高于底层温度时为夏季工况。
[0019]以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0020]图1是实验装置整体流程图。
[0021]图2是实验箱体地埋管系统示意图。
[0022]图3是实验箱体内部分加热棒示意图。
[0023]图4是实验箱体内部分测温光纤示意图。
[0024]图5是实验箱体内地埋管与测温光纤的位置俯视图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1、恒温水箱；2、循环水泵；3、缓冲水箱；4、箱体；5、排水箱；6、数据采集与控制系统；41、箱体、42、U型地埋管；43、加热棒；44、模拟地层；45、测温光纤；46、进水软管、47、出水软管。
[0027]为了更清晰直观表示本实验装置的结构，以上图件对各系统进行分开说明，并且对各系统只做了部分展示，如图2只展示了最外圈视角的地埋管，展示了部分软管连接系统；图3只展示了箱体底面与一个侧面的加热棒，在实际情操作中为一个整体。
具体实施方式
[0028]为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
[0029]为了精确测量地源热泵地埋管群运行的地温场变化，为地源热泵工程的前期地埋管的设计排列、后期运行策略提供依据，本实施例提供了一种图1至图5所示的浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置，包括箱体系统、地层系统、管群系统、温度监测系统、水动力循环系统、数据采集与控制系统等，其中，箱体系统包括箱体41和加热棒43(加热装置)。箱体41为一个无顶中空的长方体，且长方体侧壁具有良好的保温隔热性能或设置有绝热板；地层系统是充填在箱体内部的模拟地层44，包括但不限于岩石、土壤、砂土、黏土层、砂石等材料组成，根据实际需要在箱体内部进行充填单种或复合多种材料。
[0030]箱体1的底面与两个由长和高组成的侧面设置有多个加热棒，沿箱体41的长或宽的方向均匀布置；加热棒43用于加热箱体内部充填材料，加热棒有多个加热功率，根据需要进行调节加热温度，可使箱体内部模拟地层均匀受热。
[0031]温度监测系统位于箱体内部，由若干个测温光纤45组成，测温光纤可测量任意深度的温度，测试频率可设置5s以上的任意频率；测温光纤的排列方式为为沿着箱体的长与宽的方向分别等间距排列成若干排与若干列，最外层的测温光纤距离箱体至少有10cm。
[0032]管群系统位于箱体内部，由若干U型地埋管42(U型地埋管模型)组成，U地埋管材质为铜管，管径包括但不限于6本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置，其特征在于：包括箱体(41)，箱体(41)为一个无顶中空的长方体，且长方体侧壁具有良好的保温隔热性能或设置有绝热板；填充在箱体(41)内的模拟地层(44)，由岩石、土壤、砂土、黏土和砂石中的一种或任意多种混合而成；埋设在模拟地层(44)内的管群系统、加热装置和测温装置；水动力循环系统，包括置于箱体(41)的进水侧的恒温水箱(1)、循环水泵(2)、缓冲水箱(3)，循环水泵(2)安装在恒温水箱(1)和缓冲水箱(3)之间，缓冲水箱(3)通过多根进水软管(46)与所述管群系统的进水端连接；管群系统的出水端通过多根出水软管(47)与置于所述箱体(41)排水侧的排水箱(5)连接；数据采集与控制系统，为一台执行数据采集与控制程序的计算机，该计算机与所述循环水泵(2)、加热装置、测温装置连接。2.根据权利要求1所述的浅层地热地埋管群温度场监测模拟实验装置，其特征在于：所述加热装置是电加热棒，分别设置在所述箱体(41)的底面及...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛宇泽，孙婉，
申请(专利权)人：上海市地矿工程勘察集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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