地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统技术方案

地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统，属于浅层地热能应用技术领域，其特征在于：含有至少四个温度传感器，电加热器及与之相连的数字电能表，压力传感器，水泵，流量传感器，膨胀水箱，Ｕ形地埋管，循环水管，及主计算机；在Ｕ形地埋管的供，回水垂直管道上，距地面２米处至变温层与恒温层交界处，选择合适位置设置供，回水温度传感器；该主计算机在计算岩土导热系数时，在５０小时内，每间隔５～１０分钟，测定一次上述全部传感器数据，得出加热率的修正值；修正后，除外了大部分热扰，使Ｕ形地埋管所散出的有效散热率Ｑｄｉｓｓｉ．ｅｆｆ，与有效加热率Ｑｅｆｆ基本上平衡，提高了以线热源法为基础的岩土有效导热系数现场测定值的精度和数据的重复性。

【技术实现步骤摘要】

地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统，属于浅层地热能应用
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技术介绍
地源热泵技术，作为清洁能源，有着巨大的发展潜力，与传统的空气热交换技术相 比，由于利用了大地作为储能资源，具有夏季储热，冬季吸热的作用，使大地的热状态，处于 冬夏尽可能热量平衡状态；不在空气中散热形成“热岛”；又不破坏地下水资源；无污染，以 及可循环利用的优点；符合我国政府向世界承诺的“节能减排”所需要的技术；但是，地热 利用的前期投入很大，其中地埋管钻孔的建设占了很大部分投资，而如何合理的钻孔，既充 分的利用地热资源且不造成浪费，如何准确测定岩土有效导热系数，是关键问题之一；地下换热器的重要传热特性是导热系数。尊从我国地质工作者的习惯用语，使用 “岩土”名词表示大地；“有效”指包括了 由地埋管内部的水，通过PE管管壁，管外的回填 料，回填料外的岩土层所传导出的热量计算出的导热传热；并计入了地下岩土层中以分米 计的微速流动形成的潜水的对流传热在内；还排除了太阳辐射和大气温度全年变化形成的 岩土变温区，和实验装置的影响因素等对所测地埋管进出口水温的影响；这样测出的导热 系数，称为“有效”导热系数；其符号均加下标“eff”，是英语effective的缩写。在测定岩土综合导热系数时，所述的地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统， 必须尽可能在未受任何热扰动的条件下进行实验；但由于室外不断变化的大气温湿度和日 照辐射，对地下的热环境已经造成了连续的热扰动，扰动深度延续到地下变温层与恒温层 的交界面处，可能深达30 40米；影响较大的是从地面起至地下深度10米处，影响最严重 的是从地面起至地下2米处；这种扰动形成了地下的热或冷滞留，影响了测试时的U形地埋 管的进回水温度；此外，实验装置向U形地埋管供水的连接管向岩土层散热，也严重影响了 U形地埋管回水管的回水温度上升；以上对于地热水进出口水温的影响，最终对于导热系 数的实验数据是有影响的；如果从能量平衡的观点出发，向U形地埋管系统加载的电制热 率Q，应该等于U形地埋管向岩土层的散热率Qdissi(W)；系列实验表明，这些扰动不可忽略 比如，高温季节的大气环境，包括强烈日照的热扰动，使得按照公式计算出来的U形地埋管 水系统散热率Aissi (w)，比向U形地埋管水系统加载的电制热率Q，w,增加很多；Qdissi (w)的 计算值可以达到Q值的160%。
技术实现思路
在于提供一种基于改进了的电制热率的现场测试系统，基本上除外了大气温湿度 包括强烈日照的热扰动，使得在线热源理论的近似法基础上，导热系数的现场测试精度提 高，测试结果的重复性提高；该地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统，含至少四个温度传感器，三个压力 传感器，·电加热器及与之相连的数字电能表，水泵，流量传感器，膨胀水箱，U形地埋管，循 环水管，以及主计算机；其中在所述水泵经过循环水管向所述U形地埋管进水口供水的方向，在循环进水水管 上，顺序装有加热功率在2kw 16kw之间的所述电加热器及与之相连的数字电能表，所 述第一压力传感器P1，所述流量传感器，所述第二压力传感器P2，以及所述第一温度传感器 T1;在所述U形地埋管出水口经过循环出水水管向所述水泵回水的方向，在该循环出 水水管上，顺序装有所述膨胀水箱，所述第二温度传感器T2,以及所述第三压力传感器P3 ；所述第三温度传感器T3,装于所述U形地埋管垂直管段进水部分，用于测定该U形 地埋管实际进水部分温度； 所述第四温度传感器T4,装于所述U形地埋管垂直管段出水部分，用于测定该U形 地埋管实际出水部分温度；所述第三温度传感器T3和第四温度传感器T4,处于同一水平位置，其埋深都位于 地下2米至20米的范围内，用于除外室外热扰动的影响；所述数字电能表的输入端与所述电加热器的输出端相连，该数字电能表的数字输 出端与主计算机的输入端相接，用于测定电加热器的制热功率；所述主计算机，设有三个压力信号输入端，分别与所述第一压力传感器P1,所述 第二压力传感器p2，以及所述第三压力传感器P3各自的压力信号的输出端相连；该主计算机还设有至少四个水温度信号输入端，其中第一温度传感器T1输入 所述U形地埋管进水温度，第二温度传感器T2输入所述U形地埋管回水温度，第三温度传 感器T3输入所述U形地埋管垂直管段内进水部分的水温，第四温度传感器T4输入所述U形 地埋管垂直管段内出水部分的水温；该主计算机还设有岩土综合导热系数计算模块，依次按照以下步骤，计算岩土有 效导热系数步骤(1)，测定所述电加热器的恒定电制热率Q，以及所述水泵散入水中的散热率 Qpump，其散热率Qpump是给定的，并输入主计算机，Q =数字电能表输出的数字功率X (5 10 分钟)，单位是W;步骤(2)，每间隔所述5 10分钟，在50小时内，逐一测定所述四个温度传感器的温度测定值，Tli, T2i，T3i，T4i，，其中下标i为测定时刻的序号，i = 1,2,......, η ;n =600 300，并按照以下公式，计算平均有效加热率的修正值[0019权利要求1.地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统，其特征在于，含有至少四个温度传感器， 三个压力传感器，电加热器及与之相连的数字电能表，水泵，流量传感器，膨胀水箱，U形地 埋管，循环水管，以及主计算机； 其中在所述水泵经过循环水管向所述U形地埋管进水口供水的方向，在循环进水水管上， 顺序装有加热功率在2kw 16kw之间的所述电加热器及与之相连的数字电能表，所述第 一压力传感器P1，所述流量传感器，所述第二压力传感器P2,以及所述第一温度传感器T1 ； 在所述U形地埋管出水口经过循环出水水管向所述水泵回水的方向，在该循环出水水 管上，顺序装有所述膨胀水箱，所述第二温度传感器T2,以及所述第三压力传感器P3 ；所述第三温度传感器T3,装于所述U形地埋管垂直管段进水部分，用于测定该U形地埋 管实际进水部分温度；所述第四温度传感器T4,装于所述U形地埋管垂直管段出水部分，用于测定该U形地埋 管出水部分温度；所述第三温度传感器T3和第四温度传感器T4,处于同一水平位置，都位于地下2米至 地下变温层与恒温层的交界处的范围内，用于除外室外热扰动的影响；所述数字电能表的输入端与所述电加热器的输出端相连，该数字电能表的数字输出端 与主计算机的输入端相接，用于测定电加热器的制热功率；所述主计算机，设有三个压力信号输入端，分别与所述第一压力传感器P1，所述第二 压力传感器P2,以及所述第三压力传感器P3各自的压力信号的输出端相连；该主计算机还设有至少四个水温度信号输入端，其中第一温度传感器T1输入所述U 形地埋管进水温度，第二温度传感器T2输入所述U形地埋管回水温度，第三温度传感器T3 输入所述U形地埋管垂直管段内进水部分的水温，第四温度传感器T4输入所述U形地埋管 垂直管段内出水部分的水温；该主计算机还设有岩土综合导热系数计算模块，依次按照以下步骤，计算岩土有效导 热系数步骤(1)，测定所述电加热器的恒定电制热率Q，以及所述水泵向循环水系统的散热率 Qpump，其散热率Qpump是给定的，并输入主计算机，Q =数字电能表输出的数字功率X (5 10 分钟)，单位是W;步骤(2)，每间隔所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统，其特征在于，含有至少四个温度传感器，三个压力传感器，电加热器及与之相连的数字电能表，水泵，流量传感器，膨胀水箱，Ｕ形地埋管，循环水管，以及主计算机；其中：在所述水泵经过循环水管向所述Ｕ形地埋管进水口供水的方向，在循环进水水管上，顺序装有：加热功率在２ｋｗ～１６ｋｗ之间的所述电加热器及与之相连的数字电能表，所述第一压力传感器Ｐ１，所述流量传感器，所述第二压力传感器Ｐ２，以及所述第一温度传感器Ｔ１；在所述Ｕ形地埋管出水口经过循环出水水管向所述水泵回水的方向，在该循环出水水管上，顺序装有：所述膨胀水箱，所述第二温度传感器Ｔ２，以及所述第三压力传感器Ｐ３；所述第三温度传感器Ｔ３，装于所述Ｕ形地埋管垂直管段进水部分，用于测定该Ｕ形地埋管实际进水部分温度；所述第四温度传感器Ｔ４，装于所述Ｕ形地埋管垂直管段出水部分，用于测定该Ｕ形地埋管出水部分温度；所述第三温度传感器Ｔ３和第四温度传感器Ｔ４，处于同一水平位置，都位于地下２米至地下变温层与恒温层的交界处的范围内，用于除外室外热扰动的影响；所述数字电能表的输入端与所述电加热器的输出端相连，该数字电能表的数字输出端与主计算机的输入端相接，用于测定电加热器的制热功率；所述主计算机，设有：三个压力信号输入端，分别与所述第一压力传感器Ｐ１，所述第二压力传感器Ｐ２，以及所述第三压力传感器Ｐ３各自的压力信号的输出端相连；该主计算机还设有：至少四个水温度信号输入端，其中：第一温度传感器Ｔ１输入所述Ｕ形地埋管进水温度，第二温度传感器Ｔ２输入所述Ｕ形地埋管回水温度，第三温度传感器Ｔ３输入所述Ｕ形地埋管垂直管段内进水部分的水温，第四温度传感器Ｔ４输入所述Ｕ形地埋管垂直管段内出水部分的水温；该主计算机还设有：岩土综合导热系数计算模块，依次按照以下步骤，计算岩土有效导热系数：步骤（１），测定所述电加热器的恒定电制热率Ｑ，以及所述水泵向循环水系统的散热率Ｑｐｕｍｐ，其散热率Ｑｐｕｍｐ是给定的，并输入主计算机，Ｑ＝数字电能表输出的数字功率×（５～１０分钟），单位是ｗ；步骤（２），每间隔所述５～１０分钟，在５０小时内，逐一测定所述四个温度传感器的温度测定值，Ｔ１ｉ，Ｔ２ｉ，Ｔ３ｉ，Ｔ４ｉ，，其中下标ｉ为测定时刻的序号，ｉ＝１，２，．．．．．，ｎ；ｎ＝６００～３００，并按照以下公式，计算平均有效加热率的修正值：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁良士，张亚庭，王瑞华，赵卫杰，陈修哲，戴九霄，魏俊辉，姜睿，
申请(专利权)人：北京工业大学，北京枫叶能源科技有限公司，南京枫叶能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]