中深层地埋管测试系统的制作方法

1.涉及地源热泵领域，具体涉及中深层地埋管测试系统。


背景技术：

2.地热能因其具有清洁环保、稳定性好、可循环利用等特点，被认为是一种典型的低碳能源，其有望成为我国能源结构调整的新方向。当前，运用采灌均衡的中深层地热供暖方法，在许多地区受到限制；而中深层地埋管地源热泵系统具有“取热不取水”的特性，对环境基本无干扰，是未来中深层地热发展的主要形式之一。
3.当前，中深层地埋管地源热泵技术仍处于前期起步阶段，由于钻井深度远大于浅层埋管，布管深度范围内地质构造、岩土分层、地下水流动情况等要比浅层埋管复杂的多。目前，缺乏中深层地埋管岩土资源条件、尤其是岩土初始平均温度和岩土热物性参数换热性能的有效获取途径手段，导致工程设计方法不完善。实际工程应用中，主要依赖类似工程运行数据，依据技术人员工程经验，进行中深层地埋管配置，具有较大的盲目性，影响了中深层地埋管地源热泵工程应用技术水平，为系统常年稳定高效的运行需求埋下了隐患，势必会影响、制约中深层地埋管地源热泵技术的健康有序发展。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺乏中深层地埋管岩土资源条件、尤其是岩土初始平均温度和岩土热物性参数换热性能的有效获取途径手段，导致工程设计方法不完善、实际工程应用中，主要依赖类似工程运行数据，依据技术人员工程经验，进行中深层地埋管配置，具有较大的盲目性的问题，本发明提供的方案为：
5.中深层地埋管测试系统，所述的系统包括：一个阀门、测试端、冷却塔、循环水泵、流量计、两个温度传感器和自控系统、数据采集模块；所述的测试端包括回水管和注水管，所述的回水管连接所述的冷却塔的入水口，所述回水管还同时通过阀门连接至所述的冷却塔的出水口；所述的冷却塔的出水口还连接循环水泵的进水口，所述的循环水泵的出水口连接至所述的测试端的注水管；一个温度传感器用于采集地埋管回水温度；另一个温度传感器用于采集地埋管注水温度；所述的流量计用于采集回水管内的流量；所述的采集模块用于分别采集所述的两个温度传感器和所述的流量计采集的数据。
6.进一步，所述的系统还包括：至少一个并联循环水泵，所述的至少一个并联循环水泵与原来的循环水泵并联连接。
7.进一步，所述的系统还包括：两个并联循环水泵，所述的两个并联循环水泵与原来的循环水泵并联连接。
8.进一步，所述的原来的循环水泵和两个并联循环水泵的功率分别为4kw、4kw和2.2kw。
9.进一步，所述的系统还包括：一个阀门和水处理仪，所述阀门在循环水泵与冷却塔的出水口之间的管路上，所述的水处理仪与所述的阀门并联连接。
10.进一步，所述的系统还包括一个温度传感器a，所述的温度传感器a用于采集循环水泵出水口的水温，并将采集的数据发送给所述的采集模块。
11.进一步，所述的系统还包括两个压力传感器，所述的多个压力传感器分别用于采集回水管的压力和进水管的压力，并将采集的数据发送给所述的采集模块。
12.进一步，所述的系统还包括一个阀门a，所述的阀门a串联在所述的回水管和所述的冷却塔的入水口之间。
13.进一步，所述的系统还包括：电动调节阀，所述的电动调节阀与所述的阀门a并联。
14.进一步，所述的系统还包括一个温度传感器b，所述的温度传感器b设置在所述的回水管和所述的电动调节阀之间，将采集的数据发送给所述的采集模块。
15.本方案的有益之处在于：
16.本发明通过“无负荷循环法”，利用循环泵驱动，测试地埋管钻孔进出口水温，获得中深层岩土温度，解决了现有技术中存在的缺乏中深层地埋管岩土资源条件、尤其是岩土初始平均温度测试的有效获取途径手段，导致工程设计方法不完善的问题。
17.本发明基于从地下取热工况，通过设置冷却塔向室外环境散热，进行中深层埋管岩土热响应测试，然后利用模拟仿真软件，采用“反算法”等手段，进行测试数据拟合处理分析，以获取岩土换热性能、综合热物性参数等数据。可为中深层地埋管工程设计等应用提供重要的基础数据。
18.本发明基于中深层地埋管自身技术属性，研发专用的岩土热响应试验测试系统，实现了中深层地埋管岩土初始平均温度、岩土综合热物性能测试。同时，本发明还具有基于地下取热工况的岩土热响应试验测试的功能；通过短期内向中深层地埋管连续加载热扰动，采用试验测试监控手段，获得中深层埋管全埋深范围内岩土换热性能的即时的、综合的反馈响应情况。然后，本领域技术人员能够根据试验测试数据，进行理论计算分析，进而可获得项目地岩土资源条件，包括：温度分布、岩土体换热性能等；进而，可以作为中深层地埋管工程应用中重要的参数依据，有助于提高工程应用技术水平。
19.本测试系统通过设备的合理选型匹配，例如：循环泵和冷却塔采用变频，水泵采用大小搭配等，对工程中常见的各种类型的中深层埋管均适用。测试系统采用智能自控技术手段、数据传输监控手段，提高试验工况全过程测试条件控制精度，工程应用方便、便捷。
20.本发明适于中深层地埋管配置的应用中，还适用于对地下岩土热响应进行测试、分析。
附图说明
21.图1为实施方式一中提到的中深层地埋管测试系统的模式一的工作状态原理图；
22.图2为实施方式一中提到的中深层地埋管测试系统的模式二的工作状态原理图；
23.图3为实施方式十一中提到的中深层地埋管测试系统的集成示意图；
24.其中，1为循环水泵，2为冷却塔，3为水处理仪，4为电动调节阀，5为流量计，6为采集模块。
具体实施方式
25.为使本方案的有点和有益之处描述得更具体，先结合附图对本方案的若干实施方
式做进一步详细地描述，不过以下所述的几个具体实施方式仅仅为本方案的几个较优实施方式而已，并不用于作为对本方案的限制。
26.本方案的设计初衷在于：基于《地源热泵系统工程技术规范》gb50366-2005，2009年版、《中深层地埋管地热热泵供暖技术规程》t/cecs 854-2021等标准中岩土热响应试验的相关规定和原理，研发中深层地埋管岩土热响应试验测试系统。
27.基于中深层地埋管技术自身特性，本方案提供的测试系统主要实现以下两方面功能，进而试验测试获得中深层地埋管岩土资源条件。
28.1.采用“无负荷循环法”，进行中深层地埋管岩土初始平均温度测试。
29.2.基于“地下岩土取热工况”的中深层地埋管热响应试验测试。
30.具体为：
31.实施方式一、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式提供了中深层地埋管测试系统，所述的系统包括：一个阀门、测试端、冷却塔2、循环水泵1、流量计5、两个温度传感器和采集模块6；所述的测试端包括回水管和注水管，所述的回水管连接所述的冷却塔2的入水口，所述回水管还同时通过阀门连接至所述的冷却塔2的出水口；所述的冷却塔2的出水口还连接循环水泵1的进水口，所述的循环水泵1的出水口连接至所述的测试端的注水管；一个温度传感器用于采集回水温度；另一个温度传感器用于采集注水温度；所述的流量计5用于采集回水管内的流量；所述的采集模块6用于分别采集所述的两个温度传感器和所述的流量计5采集的数据。
32.其中，通过控制阀门控制水流在模式一的情况下，水流通路参见图1中实线表示的路径：回水管的水直接流入冷却塔，经过冷却塔进入到循环水泵中，即为“地下岩土取热工况测试”。
33.在模式二的情况下，水流通路参见图2中实线表示的路径：回水管的水经过阀门直接进入循环水泵，而不经过冷却塔，即为“无负荷循环法测试”。
34.在实际施工过程中冷却塔的入口和出口分别设置有阀门。
35.本实施方式所述的测试系统在模式一的状态下能够实现中深层地埋管岩土初始平均温度和基于地下取热工况的热响应试验测试，测试系统技术参数的选取基于调研现有工程中典型的中深层埋管规格参数。
36.下面具体阐述所述测试系统的两个工作模式：
37.1.系统工作在模式二状态，实现岩土初始平均温度测试，采用“无负荷循环法”。测试系统运行状态为：仅开启循环水泵1，冷却塔2不工作，即：整个测试过程中流量稳定，冷却塔2不运行，在此状态下系统稳定运行，连续记录中深层埋管钻孔进出口温度、流量等数据，直至测试结束。
38.2.系统工作在模式一状态，实现基于“地下取热工况”的中深层地埋管岩土热响应试验测试。测试系统运行状态为：开启循环水泵1和冷却塔2，即：整个测试过程中循环水泵1和冷却塔2稳定运行，在此状态下系统稳定运行，连续记录中深层埋管钻孔进出口温度、流量等数据，直至测试结束。
39.本发明通过“无负荷循环法”，利用循环泵驱动，测试地埋管钻孔进出口水温，获得中深层岩土温度，解决了现有技术中存在的缺乏中深层地埋管岩土资源条件、尤其是岩土初始平均温度测试的有效获取途径手段，导致工程设计方法不完善的问题。
40.本发明基于从地下取热工况，通过设置冷却塔向室外环境散热，进行中深层埋管岩土热响应测试，然后利用模拟仿真软件，采用“反算法”等手段，进行测试数据拟合处理分析，以获取岩土换热性能、综合热物性参数等数据。可为中深层地埋管工程设计等应用提供重要的基础数据。
41.实施方式二、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括：至少一个并联循环水泵，所述的至少一个并联循环水泵与原来的循环水泵1并联连接。
42.增加并联水泵，能够根据实际需要调整注水管输出的压力。
43.实施方式三、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括：两个并联循环水泵，所述的两个并联循环水泵与原来的循环水泵1并联连接。
44.实施方式四、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式三提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的三个循环水泵1的功率分别为4kw、4kw和2.2kw。
45.本实施方式的有益之处在于：设置多个不同功率的循环水泵，满足不同程度的水压需求，在低水压需求的情况下使用功率低的水泵，能够有效的节约电能。
46.实施方式五、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一或实施方式四提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括：一个阀门和水处理仪3，所述阀门串联在循环水泵1与冷却塔2的出水口之间的管路上，所述的水处理仪3与所述阀门并联连接。
47.本实施方式在循环水泵和冷却塔2的出水口之间增加了水处理仪3，通过与所述水处理仪3并联的阀门实现控制其接入水流回路、还是旁路。在实际安装时，水处理仪3的进水口和出水口分别设置控制阀门。
48.本实施方式的有益之处在于：设置有水处理仪，采用水处理仪处理进入冷却塔冷却后的水，避免因为杂质进入循环水泵对循环水泵造成损伤，也避免因为杂质随加压后的水进入地下影响测试结果。
49.实施方式六、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括:一个温度传感器a，所述的温度传感器a用于采集循环水泵1出水口的水温，并将采集的数据发送给所述的采集模块6。
50.实施方式七、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括两个压力传感器，所述的两个压力传感器分别用于采集回水管的压力和进水管的压力，并将采集的数据发送给所述的采集模块6。
51.本实施方式的有益之处在于：设置有压力传感器实时监测系统中水的压力，避免因为水压过大或过小对测试系统造成损伤，并且根据实时压力调节系统内各部分参数，保证系统的稳定运行。
52.实施方式八、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括一个阀门a，所述的阀门a串联在所述的回水管和所述的冷却塔2的入水口之间。
53.实施方式九、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式八提供的中
深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括：电动调节阀4，所述的电动调节阀4与所述的阀门a并联。
54.在检测到压力数据异常时，手动关断阀门a，使水流通过电动调节阀；然后根据压力控制电动阀门实现调整水流速度、进而调整压力的效果。电动阀门能够实现自动控制功能。
55.本实施方式的有益之处在于：通过采集模块采集到的压力数据，调整水流速度，调节系统内水压的大小，保证系统的稳定运行，同时也在冷却塔负荷较大时适当减小其工作量，延长冷却塔的使用寿命。
56.实施方式十、结合图1和2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式九提供的中深层地埋管测试系统的进一步限定，所述的系统还包括一个温度传感器b，所述的温度传感器b用于采集进入电动调节阀4的水流温度，并将采集的数据发送给所述的采集模块6。
57.实施方式十一、结合图3说明本实施方式，本实施方式是对本方案提供的中深层地埋管测试系统提供一个具体的实现方式，具体的：
58.经过调研现有工程中典型的中深层地埋管规格参数，进行中深层埋管岩土热响应测试仪设备参数选型，测试系统主要设备材料表确定如下：
59.表1测试系统主要设备材料表
[0060][0061]
其中，连接管路采用pe聚乙烯管道，管径为dn80；
[0062]
测试系统的采集内容为：地埋管换热器测试孔循环水进口、出口温度、流量，冷却塔2进口、出口水温、流量，进出口压力，以及各组数据对应当地时间。
[0063]
测试系统的采集要求为：为实时数据连续采集、自动存储，数据记录间隔2min，记录时间长度不低于60天。测试过程中和测试完成后，要求所有数据便于输出为文档或者excel等可编辑格式，数据便于传输拷贝，比如采用usb数据传输接口，以便测试过程中数据分析确保测试试验运行正常和测试完成后数据处理分析。
[0064]
其中，
[0065]
1)测试系统循环流量、冷却塔2运行频率支持人为设定。控制的目标为实现整个测试过程中流量和运行频率稳定。采取相应的稳定电压装置、稳定流量装置等技术措施、模块部件等；水泵为变频控制。
[0066]
2)测试系统工作环境为野外，室外工作环境温度范围：-20～50℃。
[0067]
3)测试系统设置相应的相应自保护、报警措施。设置水温超温保护、水系统断流保护、系统缺水保护等。设置过电流保护、短路保护、漏电保护、过电压保护和缺相保护等功能。
[0068]
4)测试系统设置相应的防护措施。风吹日晒、防渗雨、防冻、防雷电等安全防护措施；电气绝缘、电气耐压等。
[0069]
5)测试数据本地实时显示各参数实时监测曲线和远传功能；数据存储装置存储稳定可靠；测试过程中、测试完成后均便于随时数据导出编辑、传输拷贝；显示存储容量空间；便于往期记录清空删除等。
[0070]
6)测试系统所用配件硬件为国标常规设备，便于后期检修维护、配件采购更换。
[0071]
最后，测试系统实现中深层埋管岩土初始平均温度和基于地下取热工况的热响应试验测试，测试工艺流程为：
[0072]
完成测试系统现场水电等连接安装后，开始测试：
[0073]
(1)岩土初始平均温度测试，采用“无负荷循环法”，测试系统运行状态为：仅开启循环水泵，冷却塔不工作(即：整个测试过程中流量稳定，冷却塔不运行)，在此状态下系统稳定运行，连续记录中深层埋管钻孔进出口温度、流量等数据，直至测试结束。
[0074]
(2)基于“地下取热工况”的中深层埋管岩土热响应试验测试，测试系统运行状态为：开启循环水泵和冷却塔(即：整个测试过程中循环水泵和冷却塔稳定运行)，在此状态下系统稳定运行，连续记录中深层埋管钻孔进出口温度、流量等数据，直至测试结束。