專利名稱：土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種供熱、供燃氣、通風及空調工程專業(yè)中土 壤源熱泵地下埋管換熱器換熱能力的專業(yè)測試裝置，特別是一種土壤 源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝置。本實用新型為地下 埋管換熱器的工程設計提供依據，同時也可作為大中院校實驗室研究 地下埋管換熱能力的實驗裝置。
(二) 背景技術
土壤源熱泵起源可以追溯到1912年瑞士人佐伊利(H.Zoelly) 提出的關于利用土壤作為熱源的專利設想將熱泵裝置的室外側制冷 劑一空氣換熱器改為制冷劑一中間換熱流體介質(水或其它抗凍液) 一土壤換熱器。目前，在美國、加拿大、瑞典等，已進入商業(yè)實用性 階段。國內1980年，開始探索與研究土壤源熱泵；1990年末，土壤 源熱泵成為國內熱門研究課題。到目前為止，國內在地源熱泵方面的 研究處于探索性發(fā)展階段。2006年1月頒布了《地源熱泵系統(tǒng)工程 技術規(guī)范》，規(guī)范了土壤源熱泵的實際工程應用。土壤源熱泵工程設 計必須對地下埋管換熱器的換熱能力進行計算，得出所需的地下埋管 的長度和深度，這是與其它中央空調設計的主要區(qū)別。傳統(tǒng)的地下埋 管換熱器的換熱能力的測試是由地質勘察公司對地下埋管埋設地點 進行地質勘察分析得出埋設地點的地質結構，然后由暖通空調設計人 員進行換熱量的計算，得出所需的地下埋管的長度和深度。這種方式 計算比較復雜，要求計算人員有較深的理論基礎。還有就是通過建立 簡單的測試裝置來直接測量地下埋管換熱器的換熱能力。如專利 200410072380"—種測試地埋管換熱器換熱能力的新方法及專用測試 裝置"。這種測試裝置通過建立簡單的空調系統(tǒng)，對系統(tǒng)的運行數據 分析得出地埋管換熱器的換熱量。這種測試方法需要手工記錄系統(tǒng)的 運行數據，而且對一些工況不能正確測試如辦公建筑間歇運行、冷/ 熱負荷變化等工況。
(三) 發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱
能力的數字化測試裝置，它彌補了實際工程勘探和簡單實驗裝置這兩 種測試地下埋管換熱能力方法的不足，適用于水平和豎直兩種埋管方 式；可以測試全天候運行工況、間歇運行工況、變流量運行工況、變 負荷運行工況的等實際工況；同時能夠自動準確的記錄所需要的數據。
本實用新型的技術方案 一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力 的數字化測試裝置，其特征在于該系統(tǒng)包括四部分即熱泵機組、地 下埋管換熱器、風機盤管系統(tǒng)及現場數據采集測試系統(tǒng)；其中熱泵機 組是風機盤管系統(tǒng)和地下埋管換熱器間進行熱量交換的中介設備，熱 泵機組、地下埋管換熱器和風機盤管系統(tǒng)間的連接分為測試地下埋管 換熱器吸、放熱能力的兩種形式；現場數據采集測試系統(tǒng)與地下埋管 換熱器和風機盤管系統(tǒng)中的測量儀表相連接。
上述所說的地下埋管換熱器在測試吸熱能力時的結構為熱泵機 組蒸發(fā)器的出水管與地下埋管換熱器的供水管連接，蒸發(fā)器的進水管 與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組冷凝器的出水管與風機盤 管系統(tǒng)的供水管連接，冷凝器的進水管與風機盤管系統(tǒng)的回水管連 接。
上述所說的地下埋管換熱器在測試放熱能力時的結構為熱泵機 組冷凝器的出水管與地下埋管換熱器的供水管連接，冷凝器的進水管 與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組蒸發(fā)器的出水管與風機盤 管系統(tǒng)的供水管連接，蒸發(fā)器的進水管與風機盤管系統(tǒng)的回水管連接。
上述所說的地下埋管換熱器與熱泵機組的連接關系為地下埋管 換熱器循環(huán)水泵依次與壓力表、自動放氣閥、渦輪流量計、鉑電阻溫 度傳感器、熱泵機組、鉑電阻溫度傳感器、地下埋管、球閥、定壓水 箱、Y型除污器、壓力表相連接。
上述所說的地下埋管包括兩個地下埋管；地下埋管依次與5個鉑 電阻溫度傳感器和1個球閥相連接；地下埋管依次與5個鉑電阻溫度 傳感器和1個球閥相連接。
上述所說的風機盤管系統(tǒng)與熱泵機組的連接關系為風機盤管系
統(tǒng)循環(huán)水泵依次與壓力表、鉑電阻溫度傳感器、熱泵機組、鉑電阻溫
度傳感器、渦輪流量計、自動放氣閥、球閥、3個風機盤管、定壓水
箱、Y型除污器、壓力表相連接。
上述所說的現場數據采集測試系統(tǒng)包括含有模擬量輸入接口板 的工控機和至少2塊熱電阻信號模擬量輸入調理板與1塊電壓/電流 信號模擬量輸入調理板，至少2塊熱電阻信號模擬量輸入調理板與1 塊電壓/電流信號模擬量輸入調理板連接工控機內的模擬量輸入接口 板；所說的工控機應當包括19純平顯示器、主機、鼠標、鍵盤；主 機包括CPU、內存、硬盤、主板，模擬量輸入接口板裝在主機內； 硬盤中安裝組太軟件FIX。
上述所說的每一鉑電阻溫度傳感器均依3根信號線與熱電阻信 號模入調理板連接。
上述所說的土壤源熱泵地埋管包括水平埋管和豎直埋管，水平埋 管方式包括單環(huán)路、雙環(huán)路、三環(huán)路；豎直埋管方式包括單U形管、 雙U形管。
本實用新型能夠實現如下功能-
a能夠通過圖表的形式分析地下埋管換熱器的溫度變化規(guī)律； b全天候長期運行時地下埋管的吸熱量和放熱量的計算； c間歇運行工況下地下埋管的吸熱量和放熱量的計算； d變負荷運行工況下地下埋管的吸熱量和放熱量的計算； e變流量運行工況下地下埋管的吸熱量和放熱量的計算； f人為設定的運行工況下地下埋管的吸熱量和放熱量的計算。 本實用新型的工作原理本實用新型采用DDC (direct digital control)直接數字化控制系統(tǒng)對溫度和冷凍水/冷卻水系統(tǒng)水流量進 行采集。其原理是模入調理板接收來自傳感器(溫度、流量)的電信 號，然后將電信號轉變成數字信號，并在計算機中對數字信號進行數 學運算。計算機內置intellution公司的組太軟件FIX可以全天候記 錄現場儀表的數據，并對數據進行處理、繪制圖表供設計人員或實驗 人員參考。
對地下埋管換熱器換熱量的計算常用如下公式
"△t 『)/(0.86 丄)
其中，《是單位管長地下埋管的換熱量，b/柳；W是地下埋管換 熱器進/出口溫差，°C;『是地下埋管換熱器的水流量，附3//2;丄是
地下埋管換熱器的管長，m。
地下埋管換熱器的換熱能力最直接的體現就是從熱泵機組吸收 或放出多少熱量。地下埋管換熱器不是直接和熱泵機組連接的，地下 埋管換熱器與熱泵機組之間有水泵、除污器、連接管道等設備，地下 埋管進口/出口溫度與進入和流出熱泵機組的水溫度有一定的偏差。 因此計算地下埋管換熱器的換熱量時應采用熱泵機組冷凝器的溫差 (研究地下埋管換熱器的散熱能力)或蒸發(fā)器的溫差(研究地下埋管換 熱器的吸熱能力)。
如圖1所示安裝完成后，連接鉑電阻溫度傳感器和渦輪流量計到
工控機上。然后在工控機上安裝FIX軟件，設定所采集的數據(溫度、 流量)的屬性，繪制系統(tǒng)流程圖，編制系統(tǒng)數據表格。通過水銀溫度 計和萬用表校核鉑電阻溫度傳感器和渦輪流量計。這樣系統(tǒng)的設備就 安裝完畢。打開球閥，往系統(tǒng)中注水，注滿后相繼打開水泵、熱泵機 組。系統(tǒng)運行的同時DDC記錄溫度和流量和計算出地下埋管換熱器的 換熱量、系統(tǒng)負荷。全天候長期運行時，打開球閥、水泵、熱泵機組， 24小時連續(xù)運行。間歇運行工況下運行時，根據需要的時間間隔運 行系統(tǒng)；變負荷運行工況時，改變風機盤管的運行臺數和風量；變流 量運行工況時，可手動改變球閥的開度或將水泵連接到變頻器上。
本實用新型的有益效果在于1、能夠在間歇運行工況、變流量 運行工況、變負荷運行工況等工況下測定地下埋管換熱器的換熱量； 2、通過DDC采集系統(tǒng)的溫度和流量數據，能夠即時記錄數據，即時 顯示地下埋管換熱器的換熱量和系統(tǒng)的負荷；3、可以根據需要測定 不同形式下地下埋管的換熱量；4、適用于土壤源熱泵工程地下埋管 換熱量的測試，也可作為大中院校研究地下埋管換熱能力的實驗裝 置；5、本實用新型所用裝置可以重復使用，移動方便，結構簡單， 規(guī)范了 土壤源熱泵地下埋管換熱器的設計。
圖1為本實用新型所涉一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力 的數字化測試裝置的整體結構原理示意圖。
圖2為本實用新型所涉及一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置的地下埋管換熱器在測試吸熱能力時的結構示意圖。
圖3為本實用新型所涉及一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能
力的數字化測試裝置的地下埋管換熱器在測試放熱能力時的結構示 意圖。
圖4為本實用新型所涉及一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置的整體結構連接示意圖。
圖5為本實用新型所涉及一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置中的數據采集系統(tǒng)結構示意圖。
圖6為本實用新型所涉及一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置中的地下埋管上熱電阻信號模入調理板與鉑電 阻的接線示意圖。
具體實施方式
實施例 一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝 置(見圖l)，其特征在于該系統(tǒng)包括四部分即熱泵機組l、地下埋 管換熱器2、風機盤管系統(tǒng)3及現場數據采集測試系統(tǒng)4;其中熱泵 機組1是風機盤管系統(tǒng)3和地下埋管換熱器2間進行熱量交換的中介
設備，熱泵機組l、地下埋管換熱器2和風機盤管系統(tǒng)3間的連接分 為測試地下埋管換熱器吸、放熱能力的兩種連接形式；現場數據采集 測試系統(tǒng)4與地下埋管換熱器2和風機盤管系統(tǒng)3中的測量儀表相連接。
上述所說的地下埋管換熱器在測試吸熱能力時的結構為(見圖
2) :熱泵機組蒸發(fā)器的出水管與地下埋管換熱器的供水管連接，蒸發(fā) 器的進水管與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組冷凝器的出水 管與風機盤管系統(tǒng)的供水管連接，冷凝器的進水管與風機盤管系統(tǒng)的 回水管連接。
上述所說的地下埋管換熱器在測試放熱能力時的結構為(見圖
3) :熱泵機組冷凝器的出水管與地下埋管換熱器的供水管連接，冷凝 器的進水管與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組蒸發(fā)器的出水 管與風機盤管系統(tǒng)的供水管連接，蒸發(fā)器的進水管與風機盤管系統(tǒng)的 回水管連接。
上述所說的地下埋管換熱器2與熱泵機組1的連接關系(見圖4)
為地下埋管換熱器循環(huán)水泵2-1依次與壓力表2-3-1、自動放氣閥 2-8、渦輪流量計2-6、鉑電阻溫度傳感器2-4-1、熱泵機組l、鉑電阻 溫度傳感器2-4-2、地下埋管2-9、球閥2-7、定壓水箱2-2、 Y型除污
器2-5、壓力表2-3-2相連接。
上述所說的地下埋管2-9包括兩個地下埋管2-9-1、 2-9-2;地下 埋管2-9-1依次與5個鉑電阻溫度傳感器2-4-3 2-4-7和1個球閥 2-7-2相連接；地下埋管2-9-2依次與5個鉑電阻溫度傳感器2-4-8
2- 4-12和1個球閥2-7-1相連接(見圖4)。
上述所說的風機盤管系統(tǒng)3與熱泵機組1的連接關系(見圖4) 為.-風機盤管系統(tǒng)循環(huán)水泵3-1依次與壓力表3-4-1、鉑電阻溫度傳 感器3-5-1、熱泵機組l、鉑電阻溫度傳感器3-5-2、渦輪流量計3-7、 自動放氣閥3-9、球閥3-8-1、 3個風機盤管3-2-l 3-2-3、定壓水箱
3- 3、 Y型除污器3-6、壓力表3-4-2相連接。
上述所說的現場數據采集測試系統(tǒng)4 (見圖5)包括含有模擬量 輸入接口板4-2-5的工控機和2塊熱電阻信號模擬量輸入調理板4-5 與1塊電壓/電流信號模擬量輸入調理板4-6， 2塊熱電阻信號模擬量 輸入調理板4-5與1塊電壓/電流信號模擬量輸入調理板4-6連接工控 機內的模擬量輸入接口板4-2-5;所說的工控機應當包括19純平顯示 器4-1、主機4-2、鼠標4-3、鍵盤4-4;主機包括CPU4-2-l、內存4-2-2、 硬盤4-2-3、主板4-2-4，模擬量輸入接口板4國2-5裝在主機4畫2內； 硬盤中安裝組太軟件FIX。
上述所說的每一鉑電阻溫度傳感器均依3根信號線與熱電阻信 號模入調理板連接(見圖6)。
上述所說的土壤源熱泵地埋管是豎直埋管的雙U形管。
權利要求1、一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝置，其特征在于該系統(tǒng)包括四部分即熱泵機組、地下埋管換熱器、風機盤管系統(tǒng)及現場數據采集測試系統(tǒng)；其中熱泵機組是風機盤管系統(tǒng)和地下埋管換熱器間進行熱量交換的中介設備，熱泵機組、地下埋管換熱器和風機盤管系統(tǒng)間的連接分為測試地下埋管換熱器吸、放熱能力的兩種形式；現場數據采集測試系統(tǒng)與地下埋管換熱器和風機盤管系統(tǒng)中的測量儀表相連接。
2、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的地下埋管換熱器在測試吸熱 能力時的結構為熱泵機組蒸發(fā)器的出水管與地下埋管換熱器的供水 管連接，蒸發(fā)器的進水管與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組 冷凝器的出水管與風機盤管系統(tǒng)的供水管連接，冷凝器的進水管與風 機盤管系統(tǒng)的回水管連接。
3、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的地下埋管換熱器在測試放熱 能力時的結構為熱泵機組冷凝器的出水管與地下埋管換熱器的供水 管連接，冷凝器的進水管與地下埋管換熱器的回水管連接，熱泵機組 蒸發(fā)器的出水管與風機盤管系統(tǒng)的供水管連接，蒸發(fā)器的進水管與風 機盤管系統(tǒng)的回水管連接。
4、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的地下埋管換熱器與熱泵機組 的連接關系為地下埋管換熱器循環(huán)水泵依次與壓力表、自動放氣閥、 渦輪流量計、鉑電阻溫度傳感器、熱泵機組、銷電阻溫度傳感器、地 下埋管、球閥、定壓水箱、Y型除污器、壓力表相連接。
5、 根據權利要求4所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的地下埋管包括兩個地下埋 管；地下埋管依次與5個鉑電阻溫度傳感器和1個球閥相連接；地下 埋管依次與5個鉑電阻溫度傳感器和1個球閥相連接。
6、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的風機盤管系統(tǒng)與熱泵機組的 連接關系為風機盤管系統(tǒng)循環(huán)水泵依次與壓力表、鉑電阻溫度傳感 器、熱泵機組、鉑電阻溫度傳感器、渦輪流量計、自動放氣閥、球閥、 3個風機盤管、定壓水箱、Y型除污器、壓力表相連接。
7、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝置，其特征在于所說的現場數據采集測試系統(tǒng)包括含有模擬量輸入接口板的工控機和至少2塊熱電阻信號模擬量輸入 調理板與1塊電壓/電流信號模擬量輸入調理板，至少2塊熱電阻信 號模擬量輸入調理板與1塊電壓/電流信號模擬量輸入調理板連接工 控機內的模擬量輸入接口板；所說的工控機應當包括19純平顯示器、 主機、鼠標、鍵盤；主機包括CPU、內存、硬盤、主板，模擬量輸入 接口板裝在主機內；硬盤中安裝組太軟件FIX。
8、 根據權利要求7所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的每一鉑電阻溫度傳感器均依 3根信號線與熱電阻信號模入調理板連接。
9、 根據權利要求1所說的一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能 力的數字化測試裝置，其特征在于所說的土壤源熱泵地埋管包括水平 埋管和豎直埋管，水平埋管方式包括單環(huán)路、雙環(huán)路、三環(huán)路；豎直 埋管方式包括單U形管、雙U形管。
專利摘要一種土壤源熱泵地埋管換熱器換熱能力的數字化測試裝置，包括熱泵機組、地下埋管換熱器、風機盤管系統(tǒng)及現場數據采集測試系統(tǒng)；其中熱泵機組是風機盤管系統(tǒng)和地下埋管換熱器間進行熱量交換的中介設備，熱泵機組、地下埋管換熱器和風機盤管系統(tǒng)間的連接分為測試地下埋管換熱器吸、放熱能力的兩種形式；現場數據采集測試系統(tǒng)與地下埋管換熱器和風機盤管系統(tǒng)中的測量儀表相連接。本實用新型的有益效果能夠在間歇運行工況、變流量運行工況、變負荷運行工況等工況下測定地下埋管換熱器的換熱量；能夠即時記錄數據，即時顯示地下埋管換熱器的換熱量和系統(tǒng)的負荷；可測定不同形式下地下埋管的換熱量；適用于工程測試，也可作為實驗裝置。
文檔編號G01M99/00GK201069412SQ20072009697
公開日2008年6月4日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權日2007年8月3日
發(fā)明者劉志揚, 張子平, 郁松濤, 慶 郝 申請人:天津泰達熱泵工程技術有限公司