地源热泵岩土有效导热系数现场测定系统

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。

主权项

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： 1 n - 1 Σ i = 1 n Δ Q i ΔQi＝ρC fi{(T3i‑T1i)+(T2i‑T4i)}，式中：ρ‑水的密度kg/m3；fi‑水的容积流量m3/s；C‑水的定压比热kJ/kg.K；ΔQi‑时刻i‑1至时刻i的时间区间内的加热率修正值，W；步骤(3)，按照下式，计算步骤(2)中平均有效加热率的修正值ΔQave： Δ Q ave = 1 n - 1 Σ i = 1 n Δ Q i + Q pump 式中：Qpump‑水泵向循环水系统的散热率，W；步骤(4)，按照下式，计算恒定的有效加热率Qeff：Qeff＝Q+ΔQave：，W；式中：Q‑‑‑‑‑与电加热器相连的数字电能表测得的电制热率，W；步骤(5)，按照简化了的线热源理论导出的以下近似公式，计算岩土有效热系数Keff： K eff = Q eff 4 πslope L eff 式中：Leff‑由所述第三温度传感器(T3)和第四温度传感器(T4)的水平位置，至所述U形地埋管管底的有效钻孔深度，单位：m；Qeff——恒定的有效制热率，单位：W；slope——斜率，由供回水的平均温℃与时间坐标的自然对数Ln t形成的曲线的斜率，时间的单位是小时；Keff——岩土有效导热系数现场测定值；单位：W/m.K。