柜式地溫能熱、冷響應測試設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備，包括循環管路，電加熱器，風冷熱泵，水箱，水泵，流量傳感器，溫度傳感器和用于接收現場流量和溫度數據信號、并控制電加熱器、風冷熱泵和水泵工作狀態的控制系統；電加熱器、風冷熱泵、水箱、水泵、流量傳感器和溫度傳感器設置在循環管路上，并且與管路的連接方式均為可拆卸連接。本實用新型提供的測試設備具有體積適宜易移動，拆裝方便易組裝和維修；循環系統與控制系統集成于一體，操作方便、簡單等優點；能夠更加準確的測定巖土的換熱能力。使用本實用新型的測試設備進行測試可按照要求進行恒定熱量測試，也可建立穩定工況，且溫度穩定。
【專利說明】
柜式地溫能熱、冷響應測試設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及淺層地溫能勘查評價及地源熱栗系統前期勘察測試技術領域，特別涉及一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備。
【背景技術】
[0002]地埋管地源熱栗系統具有高效、節能、環保等特性，是目前淺層地溫能開發利用的主要形式，而地埋管換熱器的設計是地源熱栗系統設計的重點。地埋管換熱器是供傳熱介質與巖土體換熱，由埋在地下的密閉循環管組構成的換熱器，又稱土壤熱交換器。根據管路埋設方式不同，分為水平地埋管換熱器和垂直地埋管換熱器。
[0003]地埋管地源熱栗系統是目前淺層地溫能開發利用的主要形式，而地埋管換熱器的設計是地源熱栗系統設計的重點。現有技術中，通常進行穩定熱流熱響應測試計算巖土綜合熱物性參數，這種測試是測試設備向地埋管換熱器提供恒定熱量，通過監測地埋管換熱器的進、出水溫度變化和流量數據，利用傳熱模型計算巖土平均導熱系數等熱物性參數。但是，原位熱、冷響應測試設備普遍存在體積過大，精度不高，拆裝不便，對水電要求過高的因素，因此經常出現場地無法滿足上述測試條件，被迫調整方案，進而無法獲取項目地準確的測試結果。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種體積適宜、拆裝方便快捷的柜式地溫能熱、冷響應測試設備。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為:
[0006]—種柜式地溫能熱、冷響應測試設備，包括用于輸送水的循環管路，用于對水加熱的電加熱器，用于對水加熱或降溫的風冷熱栗，用于對循環管路內水的補給的水箱，用于輸送水的水栗，用于檢測水的流量的流量傳感器，用于檢測水的溫度的溫度傳感器和用于接收現場流量和溫度數據信號、并控制電加熱器、風冷熱栗和水栗工作狀態的控制系統；
[0007]電加熱器、風冷熱栗、水箱、水栗、流量傳感器和溫度傳感器設置在循環管路上，并且與管路的連接方式均為可拆卸連接。
[0008]作為進一步的技術方案，循環管路包括出水管和回水管；出水管末端設有出水口，回水管的始端設有回水口；
[0009]水箱設有支路管，支路管與水栗出口側的出水管連接，支路管上設有第一閥門。
[0010]作為進一步的技術方案，風冷熱栗設有與風冷熱栗并聯的旁通，旁通上設有第二閥門。
[0011]作為進一步的技術方案，溫度傳感器包括第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器；出水管上設有第一溫度傳感器和第一壓力變送器；回水管上位于電加熱器進口側設有第二溫度傳感器和第二壓力變送器，位于電加熱器出口側設有第三溫度傳感器，流量傳感器設置在水箱進口側。
[0012]作為進一步的技術方案，出水口和回水口設有快接接頭。
[0013]作為進一步的技術方案，出水口和回水口設有第一連接管和第二連接管，第一連接管一端與出水口快接接頭連接，另一端設有快接接頭;第二連接管一端與回水口快接接頭連接，另一端設有快接接頭。
[0014]作為優選的技術方案，快接接頭為航空插頭。
[0015]作為進一步的技術方案，控制系統包括:
[0016]PLC 控制器；
[0017]數據采集模塊，用于現場溫度、流量、電力參數和電加熱功能率等參數采集；
[0018]數據輸出模塊，用于輸出數據；
[0019]電壓輸出模塊，用于控制上述電加熱器；
[0020]變頻器控制模塊，用于控制上述的水栗；
[0021 ]以及遠程控制及數據發布模塊；
[0022]數據采集模塊、數據輸出模塊、電壓輸出模塊、變頻器控制模塊和遠程控制及數據發布模塊均與PLC控制器連接。
[0023]作為進一步的技術方案，控制系統還包括觸摸屏，觸摸屏與PLC控制器連接，用于實現人機交互。
[0024]作為進一步的技術方案，還包括第一柜體、第二柜體和第三柜體，循環管路、電加熱器、水箱、水栗、流量傳感器和溫度傳感器安裝于第一柜體內，控制系統安裝于第二柜體內，第三柜體為風冷熱栗支架殼體。
[0025]采用上述技術方案，采用電加熱器無級調節控制，與風冷熱栗相結合，能夠提供熱源和冷源，可以根據具體測試需要設定適合的溫度，從而更加準確的測定巖土的換熱能力。本實用新型測試設備能夠根據不同工況下巖土的換熱能力調節測試設備，從而使地埋管進、出水溫度和功率穩定，可以按照要求建立工況，無論是冬季工況還是夏季工況，并且溫度穩走。
[0026]由于循環管路與地埋管形成閉合循環系統，使得通過控制系統能夠對系統內水溫和流量的監控，循環系統與控制系統集成于一體，操作方便、簡單，對于現場的實際條件沒有太多要求，基本上能夠做到場地平整且有電源就能進行測試工作；
[0027]由于設備內裝置均采用可拆卸連接方式，使得設備易拆卸，設備如有部件更換，可輕松的進行拆卸及組裝。設備有自清洗功能，易保養，將清潔劑按比例加入系統中，用自清洗功能可輕松的進行管道清洗和加熱設備的除垢，大大延長設備的使用壽命。
[0028]此外，本實用新型還具有:
[0029]1.風冷熱栗可根據測試的實際需要，可間斷使用，使系統采用電加熱單一控制水溫的方式進行測試，節約了設備能耗。
[0030]2.由軍用航空插頭進行對接，簡單不易出錯，采用防水設計，安全可靠;接線數量少，方便快捷;并且可根據用戶實際需求現場制作不同長度的連接管，性價比高，大大的減少了用戶的操作量。
[0031]3.控制系統可自動存儲用戶所需數據，并生成相應的數據曲線;可進行遠程控制、遠程數據發布，用戶可以通過網絡來獲得設備的實時運行狀態及相應的數據，能夠做到現場無人值守。
【附圖說明】
[0032]圖1為本實用新型一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備的原理示意圖；
[0033]圖2為本實用新型一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備的使用狀態原理示意圖。
[0034]圖中，1-水箱，2-出水管，3-回水管，4-電加熱器，5-風冷熱栗，6-水栗，7_第一閥門，8-第二閥門，9-第一溫度傳感器，10-第一壓力變送器，11-第二溫度傳感器，12-第二壓力變送器，13-第三溫度傳感器，14-流量傳感器，15-快接接頭，16-第一連接管，17-第二連接管，18-地埋管回水管，19-地埋管出水管。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型，但并不構成對本實用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0036]如圖1所示的本實用新型一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備，包括用于輸送水的循環管路，用于對水加熱的電加熱器4，用于對水加熱或降溫的風冷熱栗5，用于對循環管路內水的補給的水箱1，用于輸送水的水栗6，用于檢測水的流量的流量傳感器，用于檢測水的溫度的溫度傳感器和用于接收現場流量和溫度數據信號、并控制電加熱器4、風冷熱栗5和水栗6工作狀態的控制系統；
[0037]電加熱器4、風冷熱栗5、水箱1、水栗6、流量傳感器和溫度傳感器設置在循環管路上，而循環管路包括出水管2和回水管3 ；出水管2的始端與水箱I連接，水栗6位于與水箱I連接的出水管2上，出水管2末端設有與地埋管連接的出水口 ；電加熱器4和風冷熱栗5設置在與水箱I連接的回水管3上，風冷熱栗5位于電加熱器4的出口側，回水管3的始端設有與地埋管連接的回水口。
[0038]為方便設備維護或更換裝置，電加熱器4、水箱1、水栗6、流量傳感器和溫度傳感器與管路的連接方式均為可拆卸連接，可以為法蘭連接和螺紋連接等方式。
[0039]水箱I設有支路管，支路管與水栗6出口側的出水管2連接，支路管上設有第一閥門7，通過設置支路管來對整體系統進行流量的調節，更高的滿足了操作需求;為方便控制流量的大小，本實用新型的第一閥門7優選為電動閥門，電動閥門與控制系統電路線連接，可用控制系統來控制其開度大小。
[0040]風冷熱栗5設有與風冷熱栗5并聯的旁通，旁通上設有第二閥門8，風冷熱栗5的兩端也設有切斷閥；為風冷熱栗5設置旁通的目的在于:1.進行排熱試驗時，把風冷熱栗5旁通掉，水不進入到風冷熱栗5里由旁通循環流動，減少了系統的阻力，同時可保護風冷熱栗5內的管路在冬天不被凍裂;2.便于風冷熱栗5檢修。
[0041]溫度傳感器包括第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器11和第三溫度傳感器13;出水管2上設有第一溫度傳感器9和第一壓力變送器10;回水管3上位于電加熱器4進口側設有第二溫度傳感器11和第二壓力變送器12，位于電加熱器4出口側設有第三溫度傳感器13，流量傳感器14設置在水箱I進口側;第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器11、第三溫度傳感器13、第一壓力變送器10、第二壓力變送器12和流量傳感器14與控制系統連接;流量傳感器14優選為電磁流量計，控制系統內的電路線與裝置和管路布局整齊、緊湊，沒有交叉，使電路線拆裝方便，便于更換零部件。為方便設備維護或更換裝置，管路上的第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器11、第三溫度傳感器13、第一壓力變送器10、第二壓力變送器12和電磁流量計與管路的連接方式采用可拆卸連接，可以為法蘭連接和螺紋連接等方式。
[0042]出水口和回水口設有快接接頭15，使用時，由于現場地埋管和設備一般不能直接連接，需要借助連接管，如圖2所示，本實用新型的出水口和回水口設有第一連接管16和第二連接管17，第一連接管16—端與出水口快接接頭15連接，另一端通過快接接頭15與現場的地埋管回水管18連接;第二連接管17—端與回水口快接接頭15連接，另一端通過快接接頭15與地埋管出水管19連接;本實用新型優選的快接接頭15為航空插頭;第一連接管16和第二連接管17優選為不銹鋼軟管，可根據現場實際需求，制作成不同長度，也可根據實際情況采用其他材質。
[0043]控制系統包括PLC控制器;數據采集模塊，用于現場溫度、流量、電力參數和電加熱功能率等參數采集;數據輸出模塊，用于輸出數據;電壓輸出模塊，用于控制上述電加熱器；變頻器控制模塊，用于控制上述的水栗；以及遠程控制及數據發布模塊;各個模塊都于PLC控制器連接。控制系統還包括觸摸屏，其連接至PLC控制器，用于實現人機交互。可在測試過程中形成溫度數據曲線，方便用戶監控數據趨勢。
[0044]為保證設備內各裝置正常維護，對于易儲水的水栗6、電加熱器4、風冷熱栗5和水箱11還設有專用排水閥。
[0045]本實用新型的循環管路、控制系統和風冷熱栗5等設備均設置在柜式箱內，整套設備包括三個柜體，即第一柜體、第二柜體和第三柜體，循環管路、電加熱器4、水箱1、水栗6、流量傳感器和溫度傳感器安裝于第一柜體內，控制系統安裝于第二柜體內，第三柜體為風冷熱栗5支架殼體。第一柜體、第二柜體和第三柜體底部可設有移動輪，使得整體設備雖然重量偏重，但移動較為方便。
[0046]工作原理:
[0047]本設備可進行巖土體初始平均溫度測試、穩定熱流測試和穩定工況測試。
[0048]巖土體初始溫度測試可采用無功循環法、水溫平衡法和垂直布置傳感器法(設有12路傳感器連接通道)三種方法進行測試，獲得巖土體平均初始溫度。
[0049]穩定熱流測試是利用測試設備向地埋管換熱器提供恒定熱流，通過監測地埋管換熱器的進、出水溫度的變化和流量數據，對數據分析處理計算后得到巖土體的平均導熱系數。
[0050]穩定工況測試包括冬季工況測試和夏季工況測試，冬季工況測試即冬季地埋管換熱器的排熱能力測試，利用測試設備穩定地建立冬季地埋管換熱器的運行工況，在工況穩定的情況下測定地埋管換熱器的換熱量，從而確定每延米地埋管換熱器的排熱能力。夏季工況測試即夏季地埋管換熱器的吸熱能力測試，利用測試設備穩定地建立夏季地埋管換熱器的運行工況，在工況穩定的情況下測定地埋管換熱器的換熱量，從而確定每延米地埋管換熱器的吸熱能力。
[0051 ]測試過程，整個設備無水的情況下連接到地埋管上，將設備的出水口的第一連接管16，回水口的第二連接管17分別與現場的地埋管回水管18和地埋管出水管19快接接頭15連接，形成閉合循環測試系統，并且系統呈通路狀態;在水箱I內補足整個系統所需的水后，通過電路控制系統，啟動水栗6、電加熱器4和風冷熱栗5，通過控制系統選擇不同試驗模式，系統水開始自循環、加熱或制冷；當然，風冷熱栗5可根據需要選擇性的使用，當風冷熱栗5停用時，第二閥門8開啟旁通為通路，系統水流經旁通循環;通過控制系統來對現場溫度、壓力和流量進行實時監控，根據測試需求調節加熱或者制冷功率，使設備保持運行過程穩定；測試過程可形成數據曲線，并獲得的測試數據自動儲存在控制系統內，用戶可用移動硬盤拷貝。此外，還可啟用遠程控制及數據發布模塊，通過網絡來獲得設備的實時運行狀態及相應的數據。
[0052]清洗過程，設備本身具備自清洗功能，可自動控制清洗的時間和水栗的啟停，并設有系統內水溫過高保護功能。當測試用水使用湖水或者河水時，因水質較差會對設備產生腐蝕;設備使用一段時間后，水路管路及設備會產生水垢，設備應定期進行清潔。測試過程完畢后，用一個清潔連接管或直接使用第一連接管16或第二連接管17，將設備的出水口和回水口連接，形成閉合循環清洗系統，往水箱I內加入一定比例的除垢劑，啟動設備自清洗模式，通過控制水栗5的間斷性的啟停，除垢溶液進入系統，對系統內的污垢進行浸泡和沖洗，實現對管道清洗和加熱器除垢；自清洗模式結束后，將連接管的一端打開，排出污水，再次將設備短接，采用清水自循環一段時間，將水泄出清洗過程完畢。
[0053]本實用新型還具有額外的功能:
[0054]1.整套設備供電連接方便、快捷，用戶只需自行配制一個帶有電度表的二級配電箱即可。
[0055]2.設備流量可在允許量程范圍內任意設定，采用高精度流量傳感器，且流量調節控制精度高。
[0056]3.設備電加熱器功率可進行無極調節，用戶可根據需求設置，設備運行過程穩定。
[0057]4.設備可進行地埋管、水井溫度測試，土壤熱干擾測試，溫度恢復測試，以及多孔聯合測試。可利用垂直布傳感器方法測得巖土體初始溫度等多種輔助功能。
[0058]5.設備雖然重量偏重，但移動較為方便，并且可根據用戶需求自由組合，功能強大，運輸也較為方便，是一款高度集成且高性價比的試驗儀器。
[0059]以上結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但本實用新型不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，包括用于輸送水的循環管路，用于對水加熱的電加熱器，用于對水加熱或降溫的風冷熱栗，用于對循環管路內水的補給的水箱，用于輸送水的水栗，用于檢測水的流量的流量傳感器，用于檢測水的溫度的溫度傳感器和用于接收現場流量和溫度數據信號、并控制所述電加熱器、所述風冷熱栗和所述水栗工作狀態的控制系統； 所述電加熱器、所述風冷熱栗、所述水箱、所述水栗、所述流量傳感器和所述溫度傳感器設置在所述循環管路上，并且與管路的連接方式均為可拆卸連接。2.根據權利要求1所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述循環管路包括出水管和回水管;所述出水管末端設有出水口，所述回水管的始端設有回水口 ； 所述水箱設有支路管，所述支路管與所述水栗出口側的所述出水管連接，所述支路管上設有第一閥門。3.根據權利要求1所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述風冷熱栗設有與所述風冷熱栗并聯的旁通，所述旁通上設有第二閥門。4.根據權利要求2所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述溫度傳感器包括第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器;所述出水管上設有所述第一溫度傳感器和第一壓力變送器;所述回水管上位于所述電加熱器進口側設有所述第二溫度傳感器和第二壓力變送器，位于所述電加熱器出口側設有所述第三溫度傳感器，所述流量傳感器設置在所述水箱進口側。5.根據權利要求2所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述出水口和回水口設有快接接頭。6.根據權利要求5所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述出水口和所述回水口設有第一連接管和第二連接管，所述第一連接管一端與所述出水口快接接頭連接，另一端設有快接接頭;所述第二連接管一端與所述回水口快接接頭連接，另一端設有快接接頭。7.根據權利要求5或6所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述快接接頭為航空插頭。8.根據權利要求1所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述控制系統包括: PLC控制器； 數據采集模塊，用于現場溫度、流量、電力參數和電加熱功能率等參數采集； 數據輸出模塊，用于輸出數據； 電壓輸出模塊，用于控制上述電加熱器； 變頻器控制模塊，用于控制上述的水栗； 以及遠程控制及數據發布模塊； 所述數據采集模塊、所述數據輸出模塊、所述電壓輸出模塊、所述變頻器控制模塊和所述遠程控制及數據發布模塊均與所述PLC控制器連接。9.根據權利要求8所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，所述控制系統還包括觸摸屏，所述觸摸屏與所述PLC控制器連接，用于實現人機交互。10.根據權利要求1所述的柜式地溫能熱、冷響應測試設備，其特征在于，還包括第一柜體、第二柜體和第三柜體，所述循環管路、所述電加熱器、所述水箱、所述水栗、所述流量傳感器和所述溫度傳感器安裝于所述第一柜體內，所述控制系統安裝于所述第二柜體內，所述第三柜體為風冷熱栗支架殼體。
【文檔編號】G01D21/02GK205580514SQ201620313667
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】畢文明, 郭建峰, 李忠蘭, 王建
【申請人】北京華清榮昊新能源開發有限責任公司