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地源热泵地下换热器换热能力测试设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种地源热泵地下换热器换热能力测试设备，包括保温水箱(内含加热器)、三个铜球阀、两组Y型管道过滤器、不锈钢变量齿轮水泵及流量控制系统、两个压力表、两个温度传感器及温度监测系统、弯管流量计及其流量监测系统。保温水箱上设置进水口和出水口，保温水箱与被测试的井式换热器的管道之间形成一个水循环，测试设备通过测量持续加热过程中被测井式换热器的进水和出水温度及流量，实现被测井式换热器的换热能力测试。本发明具有测试换热能力上限高、流量控制更稳定、温度测试精度更高等优点，解决了高换热能力的高效换热器无法测试的难题。
【专利说明】地源热泵地下换热器换热能力测试设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及可再生能源开发利用，具体是一种地源热泵地下换热器换热能力测试设备。
[0002]

【背景技术】
地源热泵空调系统是建筑节能最有效的技术方式，其节能效果得到国内外专家的一致认可，同常规空调相比，地源热泵空调节能约50%。现行地源热泵空调系统在小型建筑中使用十分理想，但由于地下换热器换热效率低、占地面积大，造成大中型建筑没有足够的空间布置换热器，冬季供暖需求较大地区，大量建筑物不具备使用地源热泵的条件，旧楼改造更难以实施。
[0003]合肥天地源节能技术开发有限公司等单位，经过多年的努力，研发出一种新的地源热泵地埋管换热技术(发明专利申请号:CN201310274993.7)，新技术将地下换热器换热能力提高3?5倍，将建筑物所需换热器数量和占地面积大幅度减少，使得建筑物适宜使用地埋管地源热泵的范围大幅度提高，并避免了交叉施工，缩短了施工周期。
[0004]但现行地源热泵换热器测试设备，是根据U型管换热器设计的，其测量上限一般为1kw左右(U型管换热器单孔换热能力一般为5kw左右)。新的高效换热器单孔换热能力一般为30kw左右，因此现行地源热泵换热器测试设备已无法满足要求，必须设计一套新的地源热泵换热器测试设备。


【发明内容】

[0005]本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种地源热泵地下换热器换热能力测试设备，以提高设备测试换热能力上限、解决高换热能力的换热器无法测试的难题。
[0006]本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
[0007]地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其结构特点是，包括保温水箱(I)、电加热器(2)、铜球阀、Y型管道过滤器、不锈钢变量齿轮水泵(5)、温度传感器、压力表、弯管流量计(8 );所述铜球阀包括第一铜球阀(3-1)、第二铜球阀(3-2 )、第三铜球阀(3-3 );所述Y型管道过滤器包括第一过滤器组(4-1)和第二过滤器组(4-2);所述温度传感器包括第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2);所述压力表包括第一压力表(7-1)和第二压力表(7-2)；
所述电加热器(2)设置于所述保温水箱(I)内；保温水箱(I)外壁设置出水口和进水口 ；所述保温水箱(I)的出水口依次通过第一铜球阀(3-1)、第一过滤器组(4-1)、不锈钢变量齿轮水泵(5 )、第一温度传感器(6-1)和连接软管(9 )与被测试井式换热器(10 )进水口相接；所述第一压力表(7-1)外接在所述第一温度传感器(6-1)和连接软管(9)的管路上，以测试第一温度传感器(6-1)和连接软管(9)之间的管路的水压；
被测试井式换热器(10)的出水口经过连接软管(9)后，再依次通过第三铜球阀(3-3)、第二温度传感器(6-2)、第二过滤器组(4-2)、弯管流量计(8)、第二铜球阀(3-2)与保温水箱(I)的进水口相连接，形成封闭的循环水路；所述第二压力表(7-2 )外接在所述第三铜球阀(3-3 )和第二温度传感器(6-2 )之间的管路上，以测试第三铜球阀(3-3 )和第二温度传感器(6-2)之间的管路的水压。
[0008]本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备的结构特点也在于:
所述保温水箱(I)的进水管路上设置弯管流量计(8)，所述弯管流量计(8)通过流量监测系统与上层监控系统相连接，由流量监测系统将弯管流量计(8)测得的流量数据传输给上层监控系统；
所述齿轮水泵(5)通过流量控制系统与上层监控系统相连接；由上层监控系统根据弯管流量计(8 )检测的流量数据，通过流量控制系统发出控制信号给齿轮水泵(5 )，实现流量控制。
[0009]所述不锈钢变量齿轮水泵(5)的排量为l_10m3/h。
[0010]所述第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2)均通过温度监测系统与上层监控系统相连接，由温度监测系统将检测的温度数据传输给上层监控系统；
所述电加热器(2)通过水温控制系统与上层监控系统相连接，由上层监控系统根据第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2)检测的温度数据，通过水温控制系统控制电加热器(2 )，实现水温控制。
[0011]所述加热器(2)为电加热器组，由多个单体电加热器组成。
[0012]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，采用恒功率的电加热，通过流量控制系统调节循环水流量并自动记录当前流量，利用温度记录仪自动记录进出水温度随时间的变化情况。该测试设备测量能力5?50kw，同现有测试设备1kw的测试能力相比，测量上限提高5倍；选用不锈钢变量齿轮泵代替管道泵，流量控制更稳定；温度自动记录系统的循环水进、出水温度自动记录时间节拍自由调节，由《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366— 2005，2009版)规定的10分钟间隔缩短到30秒或更短，温度变化测试更准确、精度更高。
[0013]本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，具有测试换热能力上限高、流量控制更稳定、温度测试精度更高等优点，解决了高换热能力的换热器无法测试的难题。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备的结构示意图。
[0015]图1中标号为:1保温水箱,2电加热器,3-1第一铜球阀,3-2第二铜球阀，3_3第三铜球阀，4-1第一过滤器组，4-2第二过滤器组，5齿轮水泵，6-1第一温度传感器，6-2第二温度传感器，7-1第一压力表，7-2第二压力表，8弯管流量计，9软管，10被测试井式高效换热器。

【具体实施方式】
[0016]参见附图1，本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，包括保温水箱1、电加热器2、铜球阀、Y型管道过滤器、不锈钢变量齿轮水泵5、温度传感器、压力表、弯管流量计8 ;所述铜球阀包括第一铜球阀3-1、第二铜球阀3-2、第三铜球阀3-3 ;所述Y型管道过滤器包括第一过滤器组4-1和第二过滤器组4-2 ;所述温度传感器包括第一温度传感器6-1和第二温度传感器6-2 ;所述压力表包括第一压力表7-1和第二压力表7-2 ；
所述电加热器2设置于所述保温水箱I内；保温水箱I外壁设置出水口和进水口 ；所述保温水箱I的出水口依次通过第一铜球阀3-1、第一过滤器组4-1、不锈钢变量齿轮水泵5、第一温度传感器6-1和连接软管9与被测试井式换热器10进水口相接；所述第一压力表7-1外接在所述第一温度传感器6-1和连接软管9的管路上，以测试第一温度传感器6-1和连接软管9之间的管路的水压；
被测试井式换热器10的出水口经过连接软管9后，再依次通过第三铜球阀3-3、第二温度传感器6-2、第二过滤器组4-2、弯管流量计8、第二铜球阀3-2与保温水箱I的进水口相连接，形成封闭的循环水路；所述第二压力表7-2外接在所述第三铜球阀3-3和第二温度传感器6-2之间的管路上，以测试第三铜球阀3-3和第二温度传感器6-2之间的管路的水压。
[0017]所述保温水箱上还设置有注水口，用于向水箱内注入冷水。
[0018]所述保温水箱I的进水管路上设置弯管流量计8，所述弯管流量计8通过流量监测系统与上层监控系统相连接，由流量监测系统将弯管流量计8测得的流量数据传输给上层监控系统；
所述齿轮水泵5通过流量控制系统与上层监控系统相连接；由上层监控系统根据弯管流量计8检测的流量数据，通过流量控制系统发出控制信号给齿轮水泵5，实现流量控制。
[0019]通过调节所述不锈钢变量齿轮水泵5的转速，实现循环水流量的稳定控制。上层监控系统具有流量自动记录功能，自动记录当前的循环水流量，记录时间任意可调，初设记录间隔时间为30秒。
[0020]所述不锈钢变量齿轮水泵5的排量为l_10m3/h。
[0021 ] 所述第一温度传感器6-1和第二温度传感器6-2均通过温度监测系统与上层监控系统相连接，由温度监测系统将检测的温度数据传输给上层监控系统；
所述电加热器2通过水温控制系统与上层监控系统相连接，由上层监控系统根据第一温度传感器6-1和第二温度传感器6-2检测的温度数据，通过水温控制系统控制电加热器2，实现水温控制。
[0022]两个温度传感器自动分别记录当前的循环进、出水温度，记录时间均任意可调，初设记录间隔时间为30秒。
[0023]所述加热器2为电加热器组，由多个单体电加热器组成。
[0024]如图1中，加热器由两个单体加热器构成；具体实施时，可根据需要调整单体加热器的个数，以调整加热能力。
[0025]所述加热器2设置于保温水箱I内，由水温控制系统通过加热管对保温水箱I内的水进行加热，并在测试过程中持续加热，使得箱内的水温保持恒定，为被测试的地源热泵井式换热器提供恒温水，以进行测试；依次开启3个铜球阀3-2、3-3、3-1，按照测试需求设定流量参数并启动不锈钢变量齿轮水泵，由流量自动控制系统管理的水泵驱动箱内的温水通过管路及设置在管路中的铜球阀、过滤器、水泵5、温度传感器、压力表、弯管流量计8等装置，在保温水箱、封闭的管路及被测井式换热器之间持续循环流动；
通过两个温度传感器可测量并记录被测井式换热器的进出水的水温，所述第一温度传感器和第二温度传感器与温度监测系统相连接；通过两个压力表可监测被测试的地源热泵井式换热器的进出水压力，通过弯管流量计可测量并记录循环水流量，所述弯管流量计与流量监测系统相连接；所述温度监测系统、流量控制系统和流量监测系统均与上层监控系统相连接；通过水温、水压、流量等参数，可对所述测试井(即需要测试的地源热泵井式换热器)的换热能力进行计算，从而可精确地计算被测井式换热器的换热能力，实现被测井式换热器的换热能力测试。
[0026]测试所获参数都被送入上层监控系统中，由上层监控系统对数据进行处理，从而计算该被测井式换热器的换热能力，进而实现被测试的井式换热器的换热能力的自动测试。
[0027]同现有技术相比，由于本发明增加了地源热泵地下井式换热器测试设备换热能力的测量上限，使得新型高效换热器的单孔换热能力测量得以实现，为该技术的推广使用奠定了基础。
[0028]本发明的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，主要设备部件有:
(1)保温水箱:lm3(ImX ImX lm), 50mm厚岩棉保温,成品水箱，I个；
(2)加热器:加热功率5?40kw, 380V AC，2组；
(3)水泵:2CY-7.5/10Ρ，5.5kw，不锈钢齿轮泵，I台；
(4)流量控制柜(流量控制系统):流量可调范围O?10m3/h，I台；
(5)弯管流量计:UDN32-42-30-45,1台；
(6)温度传感器JY9009B-A1, -10°C -100。。，0.06°C / 分辨，2 个；
(7)温度检测系统JY9009B，每30秒自动记录一次(节拍可设)，I台；
(8)压力表:Y系列一般压力表，1.0级，O?1.0Mpa，2只。
[0029](9 )铜球阀:DN40，3 只；
(10)Y型管道过滤器:DN40,2组；
(11)监控主机(上层监控系统):工业控制计算机，I台。
[0030]系统组装时，其组装过程如下:
(1)将2个加热器组安装在保温水箱内；
(2)将I台齿轮泵安装在水箱的出口管道上，控制循环水的流量；
(3)将I台弯管流量计安装在保温水箱的进口管道上，实时监测循环水的流量；
(4)将2个温度传感器分别安装在水泵的出口管道和弯管流量计的进口管道上；
(5)将2只压力表分别安装在水泵的出口管道和弯管流量计的进口管道上；
(6)将2个温度传感器的信号线分别连接到温度监测记录仪上；
(7)将所有的控制输出控制信号和输入检测信号连接到各个单机系统(温度检测系统、流量控制系统和流量检测系统)，再用现场总线把单机连接到工业控制计算机(上层监控系统)，构成分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)。
[0031]采用恒功率的电加热，通过流量控制柜调节循环水流量，利用温度记录仪自动记录进出口温度随时间的变化情况。该测试设备测量能力10?50kw，同现有测试设备1kw的测试能力相比，测量上限提高5倍，选用变量齿轮泵代替管道泵，流量控制更稳定，温度测试精度更高，不仅适用于新型高效换热器，也适用于传统换热器的测试。
[0032]虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要被本发明权利要求所覆盖的结构均在保护范围之内。本【技术领域】的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其特征是，包括保温水箱(I)、电加热器(2)、铜球阀、Y型管道过滤器、不锈钢变量齿轮水泵(5)、温度传感器、压力表、弯管流量计(8);所述铜球阀包括第一铜球阀(3-1)、第二铜球阀(3-2)、第三铜球阀(3-3);所述Y型管道过滤器包括第一过滤器组(4-1)和第二过滤器组(4-2);所述温度传感器包括第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2);所述压力表包括第一压力表(7-1)和第二压力表(7-2)； 所述电加热器(2)设置于所述保温水箱(I)内；保温水箱(I)外壁设置出水口和进水口 ；所述保温水箱(I)的出水口依次通过第一铜球阀(3-1)、第一过滤器组(4-1)、不锈钢变量齿轮水泵(5 )、第一温度传感器(6-1)和连接软管(9 )与被测试井式换热器(10 )进水口相接；所述第一压力表(7-1)外接在所述第一温度传感器(6-1)和连接软管(9)的管路上，以测试第一温度传感器(6-1)和连接软管(9)之间的管路的水压； 被测试井式换热器(10)的出水口经过连接软管(9)后，再依次通过第三铜球阀(3-3)、第二温度传感器(6-2)、第二过滤器组(4-2)、弯管流量计(8)、第二铜球阀(3-2)与保温水箱(I)的进水口相连接，形成封闭的循环水路；所述第二压力表(7-2 )外接在所述第三铜球阀(3-3)和第二温度传感器(6-2)之间的管路上，以测试第三铜球阀(3-3)和第二温度传感器(6-2)之间的管路的水压。
2.根据权利要求1所述的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其特征是，所述保温水箱(I)的进水管路上设置弯管流量计(8)，所述弯管流量计(8)通过流量监测系统与上层监控系统相连接，由流量监测系统将弯管流量计(8)测得的流量数据传输给上层监控系统； 所述齿轮水泵(5)通过流量控制系统与上层监控系统相连接；由上层监控系统根据弯管流量计(8 )检测的流量数据，通过流量控制系统发出控制信号给齿轮水泵(5 )，实现流量控制。
3.根据权利要求1所述的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其特征是，所述不锈钢变量齿轮水泵(5)的排量为l-10m3/h。
4.根据权利要求1所述的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其特征是，所述第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2)均通过温度监测系统与上层监控系统相连接，由温度监测系统将检测的温度数据传输给上层监控系统； 所述电加热器(2)通过水温控制系统与上层监控系统相连接，由上层监控系统根据第一温度传感器(6-1)和第二温度传感器(6-2)检测的温度数据，通过水温控制系统控制电加热器(2 )，实现水温控制。
5.根据权利要求1所述的地源热泵地下换热器换热能力测试设备，其特征是，所述加热器(2)为电加热器组，由多个单体电加热器组成。
【文档编号】G01M99/00GK104280257SQ201410519540
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】祖国全, 何高清, 祖晅 申请人:合肥天地源节能技术开发有限公司, 安徽省方舟科技开发有限责任公司