[实用新型]一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于地源热泵空调利用技术领域，具体涉及到一种可测定地下不同深度处岩土热物性参数的一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置。

背景技术

在本实用新型发明之前，现有地下岩土热物性现场热响应测试装置通常是在恒热流工况下，测量测试孔埋管循环液进出口温度、流量及加热功率，通过一定的传热模型对测试数据进行反演得到埋管现场平均岩土热物性值。而实际情形是，由于地下埋管埋设较深，在此深度范围内岩土类型分布通常是不均的，且不同深度处土壤含湿量与地下水渗流速度也不一样，导致其热物性沿深度方向变化较大，这对精确确定埋管深度有很大影响。因此，现在的测试装置无法获得不同深度处的岩土热物性分布，也就无法做到提高测试精度、改善地下埋管优化设计方法。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服上述缺陷，研制一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置。

本实用新型的技术方案是：

一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置，其主要技术特征在于保温水箱的出口与水泵的进口连接，保温水箱的进口与电磁流量计的出口连接，水泵的出口与U型管的进口连接，电磁流量计的进口通过流量调节阀与U型管的出口连接，保温水箱内设有可调电加热器，且可调电加热器、电磁流量计、光纤温度传感器通过信号传输线与数据采集装置连接。

本实用新型对传统地下岩土热物性测试装置进行了创新，采用插于U型管两支管内的光纤温度传感器测得不同深度处的土壤原始温度及运行时循环流体温度，利用线热源拟合法与参数优化技术导出不同深度处的岩土热物性值，其有益效果在于：

(1)可获得不同深度处的地下岩土热物性值，为地源热泵地下埋管换热器的优化设计提供了更为精确的数据；

(2)可获得不同深度处的土壤原始温度值及土壤岩土类型、地下水含量与渗流情况，为钻孔深度的优化提供了可靠依据；

(3)光纤温度传感器具有灵敏度高、抗干扰性强、耐腐蚀、安装尺寸小、无电源要求等优点，在复杂地质条件下测试温度精度较高；

(4)测试完毕后，插于U型管两支管内的光纤温度传感器可以回收再利用，节省了测试成本。

本实用新型的其它具体优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——本实用新型测试系统原理示意图。

图2——本实用新型测试中第k层土壤光纤温度计分层布置大样示意图。

图中各标号表示：

保温水箱1、可调电加热器2、水泵3、电磁流量计4、流量调节阀5、光纤温度传感器6、数据采集装置7、U型管8、测试孔9。

具体实施方式

本实用新型的技术思路就是针对目前地下岩土热响应测试装置只能测试得到深度范围内岩土热物性的平均值、而无法获得各深度处的分层热物性值，提供一种能够同时测量钻孔深度范围内不同深度层地下岩土热物性值的地下岩土分层热物性现场热响应测试装置。

本实用新型所述测试系统结构包括保温水箱1、可调电加热器2、水泵3、电磁流量计4、流量调节阀5、光纤温度传感器6及数据采集装置7，可调电加热器2安装于保温水箱1内，其中可调电加热器2、电磁流量计4及光纤温度传感器6通过信号传输线与数据采集装置7连接；保温水箱1的出口与水泵3的进口连接，水泵3的出口与U型管8的进口连接，U型管8的出口通过流量调节阀5与电磁流量计4的进口连接，电磁流量计4的出口与保温水箱1的进口连接，U型管8插设在测试孔9中；数据采集装置7包括数据采集模块、数据分析模块及控制模块；可调电加热器2由具有不同功率的多个电加热器组成，其功率大小根据钻孔深度来选择；各部件间的连接管道外包有厚度为20mm的橡塑保温材料。

本实用新型应用过程简要说明：

(1)在埋管现场，按照实际设计情况钻测试孔，选取与插入U型管，并按设计要求选取回填材料进行回填；

(2)如附图2所示，对地下土壤进行深度方向分层，并将光纤温度传感器6插入U型管的两支管内，每层U型管进水与出水支管至少各布置3个测点，以测量不同深度层土壤原始温度及运行时的流体平均温度；

(3)连接U型管与地上测试装置循环水管道进出口，并用绝热材料做好外露管道绝热保护工作；

(4)静置至少48小时后，测量不同深度层U型管两支管内水温度，以获得各层土壤的初始温度；

(5)开启电加热器和循环水泵，并保持加热器功率恒定，同时以一定时间间隔记录不同时刻的测量数据：不同深度层U型管两支管内水温、循环水流量、加热器加热功率，测试约48小时后停止；