[发明专利]一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法

说明书

本发明适用于土壤源热泵技术领域，提供了一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法，该系统，包括：套管组件，埋设于地层；回填材料，填充于所述套管组件和地层之间；热源装置，通过测试管道与所述套管组件连接；所述测试管道包括给液管和回液管，其中所述给液管上安装有循环水泵和温度传感器，所述回液管上安装有流量传感器和温度传感器。本发明实施例提出的浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法建立了浅层套管换热器土壤热响应测试分析技术，并解决了测试能耗偏大、钻孔内回填材料热阻计算误差偏大的问题。

技术领域

本发明属于土壤源热泵技术领域，尤其涉及一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法。

背景技术

土壤源热泵技术是一项节能环保的技术。土壤源热泵利用地下浅层土壤体作为热源，利用地下换热器与浅层土壤进行热交换，相对于地表空气，浅层土壤体具有冬暖夏凉的优点，与常规空气源热泵相比，土壤源热泵系统能效得到大大提升。土壤源热泵地下换热器包括U型埋管换热器和套管换热器，与U型埋管换热器相比，套管换热器性能更优。

土壤热物性参数是地下换热器设计的重要基础参数，其精确性不仅关系到系统的可靠性，还关系到项目的经济性。目前土壤热物性参数大都需要通过现场热响应测试技术获取，Mogensen最早在1983年提出U型埋管换热器热响应测试技术。我国2009年颁布的设计规范《地源热泵系统技术规程》，要求在工程设计前进行土壤热响应试验，以此作为设计的基本依据。在恒定加热或取热条件下，流体以一定流量在地埋管换热器中循环流动，记录的进出口流体温度和流量，持续测试时间48～72小时。在开展U型埋管换热器土壤热响应测试获取现场测试数据后，进一步可以基于无限长线热源理论反演计算，获取土壤导热系数和钻孔内热阻，为U型埋管换热器设计提供数据支撑。根据无限长线热源理论，地埋管换热器进出口流体平均温度满足：

通过上式可以获得土壤导热系数和钻孔内热阻。

目前对于U型地埋管换热器，已经建立了一套成熟并在工程实践中获得广泛应用的测试分析技术，目前大部分热响应测试方面的研究也是针对U型地埋管换热器开展的。相比较而言，套管换热器热响应测试分析方面研究比较少，尚未建立起一套成熟有效的热响应测试分析技术。在实践中，有时直接借鉴U型埋管换热器测试分析上式进行计算，然而，相关文献研究表明，当流量较小时，采用上式计算的钻孔内热阻误差较大。因此在很多测试中，都采用了较高的流量，造成水泵和加热器能耗过高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统及方法，旨在解决背景技术提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种浅层套管换热器土壤热响应测试系统，包括：

套管组件，埋设于地层；

回填材料，填充于所述套管组件和地层之间；

热源装置，通过测试管道与所述套管组件连接；

所述测试管道包括给液管和回液管，其中所述给液管上安装有循环水泵和温度传感器，所述回液管上安装有流量传感器和温度传感器。

优选的，所述套管组件的埋设深度小于200米。

优选的，所述套管组件包括内管和外管，其中内管插设在外管中。

优选的，所述热源装置的加热功率可以调节。

优选的，所述循环水泵采用变频控制。

优选的，所述浅层套管换热器土壤热响应测试系统的设置方法为：

1)循环水泵采用变频控制，根据具体测试项目进行设置，首先采用下述公式计算流量：