基于地源熱泵的便攜式巖土熱物性測試儀的研制與應用

摘要：地下巖土的熱物性參數(shù)是地源熱泵地熱換熱器設計中所需要的很重要的參數(shù)。為了能夠現(xiàn)場測量地下巖土的熱物性參數(shù)，研制了便攜式測試儀器。該測試儀可現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，再利用參數(shù)信號方法便可確定地下巖土的熱特性參數(shù)。概述了巖土熱物性測試儀的檢測原理、結構及檢測結果，并指出了該檢測儀的推廣應用前景。

    關鍵詞：地源熱泵 巖土熱物性 測試儀 單片機

地源熱泵手統(tǒng)與其它空氣調節(jié)系統(tǒng)相比優(yōu)點突出。由于地層深處溫度常年維持不變，遠遠高于冬季的室外溫度，而又明顯低于夏季的室外溫度。因此地源熱泵克服了空氣源熱泵的技術障礙，且效率有很大的提高。另外它還具有噪音低、占地面積少、不排放污染物、不用抽取地下水、運行計維護費用低、壽命長等許多優(yōu)點。

設計地源熱泵系統(tǒng)的地熱換熱器需要知道地下巖土的熱物性參數(shù)。如果熱物性參數(shù)不準確，則設計的系統(tǒng)可能達不到負荷需要；也可能規(guī)模過大，從而加大初期投資。確定地下巖土熱物性參數(shù)的傳統(tǒng)方法是首先根據(jù)鉆孔取出的樣本確定鉆孔周圍的地質構成，再通過查有關手冊確定導熱系數(shù)。然而地下地質構成復雜，即使同一種巖石成分，其熱物性參數(shù)取值范圍也比較大。況且不同地層地質條件下的導熱系數(shù)可相差近十倍，導致計算得到的埋管長度也相差數(shù)倍，從而使得地源熱泵系統(tǒng)的造價會產(chǎn)生相當大的偏差。另外，不同的封并材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現(xiàn)場直接測量才能正確得到地下巖土的熱物性參數(shù)。但是由于在以往的工程實踐中很少涉及這樣的問題，既缺乏這方面的數(shù)據(jù)積累，也缺乏現(xiàn)成的測試方法。針對此間題，進行了深入的研究，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權的便攜式巖土熱物性測試儀，并應用到實際工程中。

1 測試儀的原理及構成

地下巖土的導熱系數(shù)等無法直接測量，只能通過測量溫度、熱流等相關參數(shù)進行反推。在已鉆好的鉆孔中埋設導管并按設計要求回填，該鉆孔中的導管將來可以作為地熱換熱器的一個支路使用，回路中充滿水，讓水在回路中循環(huán)流動，自某一時刻起對水連續(xù)加熱相當長的時間(數(shù)天)，并測量加熱功率、回路中水的流量和水的溫度及其所對應的時間，最后再根據(jù)已知的數(shù)據(jù)推算出鉆孔周圍巖土的平均熱物性參數(shù)。

本儀器由流量傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、泵、電加熱器；管道和主機等緩威．結構面匡如圖1所示。

圖1中，由于泵的作用，流體由A口進入，流量傳感器采集流量信號，溫度傳感器采集溫度信號(T1)。流體通過泵后，由電加熱器加熱，加熱的流體溫度信號(T2)由傳感器采集，然后流體從B口流出，輸入到埋置于深層巖土中的導管內，導管內加熱的流體與深層巖上進行熱交換后，又從A口返回到儀器內，形成封閉的循環(huán)。將在一定時間內連續(xù)采集到的加熱功率、溫度差、流量值作為測量數(shù)據(jù)，再利用參數(shù)估算法求出巖土的平均導熱系數(shù)，達到檢測目的。電流傳感器、電壓傳感器用于對加熱器的加熱功率進行實時測量，以保證檢測精度。

1．1 主機硬件

如圖2所示，主機由CPU AT89C52芯片、A/D轉換芯片

[1] [2] [3] 

【基于地源熱泵的便攜式巖土熱物性測試儀的研制與應用】相關文章：

地源熱泵分類及應用04-30

論地源熱泵的特點與應用論文04-30

地源熱泵系統(tǒng)的實例應用論文04-27

環(huán)保節(jié)能地源熱泵技術應用研究04-29

回歸分析在地源熱泵系統(tǒng)地溫場研究中的應用04-28

衛(wèi)星推進系統(tǒng)氣體流量測試儀的研制04-26

地源熱泵工作原理論文04-28

安捷倫推出全新便攜式無線電測試儀04-25

便攜式核材料中子測量系統(tǒng)的研制05-02

基于環(huán)境巖土工程的問題探討04-26