岩土热物性测试系统的设计与实现

发布时间：2020-06-07 22:54

【摘要】：能源的匮乏促使着绿色、环保的新型能源进入飞速发展的时期,地源热泵技术已经成为目前热门的制冷/制热应用技术。伴随着地源热泵技术应用广泛度的不断提升,浅层地能的开发利用也越来越受到重视。岩土热物性参数是浅层地能开发中必须用到的基础数据,它对地埋管换热器的设计有着重要意义。本课题设计并实现了一套岩土热物性测试系统,主要工作包括以下几个方面:首先,为岩土热物性测试仪进行需求分析,主要是根据对河北省地源热泵技术检测中心现有业务的分析和考察,从岩土热物性测试工作的具体特点出发,将本课题拆分为集成控制模块、参数采集模块、数据储存模块三个部分。其中,集成控制模块主要处理通过编程控制来集成测试系统的电气、人机交互以及监控运行等功能。参数采集模块则主要处理在基于程序的集成控制下,通过485/232通讯协议来实现上位机对测试系统各个工作模块的数据采集。同时,在集成控制模块中使用变频技术以达到调节负载,降低功耗,减少损耗,延长设备使用寿命等作用。其次,通过三层架构技术实现了采用人工冷(热)源向岩土体中连续加热(制冷),在检测到对初始岩土体温度测试完成之后,利用集成控制系统开始记录传热介质的温度变化与循环流量。同时通过编程控制实现将各个功能模块的参数实时显示在人机交互界面中。然后,依托河北省科学院能源研究所的复合地源热泵试验台,通过将本测试系统的单独接驳在地源热泵系统的地源侧,在系统稳定运行中完成4个运行周期,取得典型测试数据后,将数据代入现有试验台的数据模型,模拟出按照测试数据推荐值所设计的地源热泵模型,与试验台的实际热泵机组进行冬季制冷工况下的实测值与模拟值的对比,验证本测试系统的科学性。最后,在河北省科学院能地源热泵试验台的多次验证之后,依托河北省地源热泵技术检测中心的实际业务情况,将本测试系统在多项地源热泵的实际工程中投入了应用,充分的体现了本测试系统的科学性与可靠性。不仅为地源热泵工程项目的设计提供了科学的参考与技术支持,还为河北省科学院带来了可观的经济效益。
【图文】：

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求分析往一个系统软件功能作用开发成功与否主要取决于系统功能需求的分岩土热物性测试系统的后续设计，加快测试系统的开发速度，本课题设计提出针对实际应用的功能要求。其主要功能需求就是，能够让用去获取测试地点土壤热物性的相关信息，例如土壤中每延米的单位换导热系数、比热容等。了方便系统开发必须要制定相对应的功能应用策略，开发此系统的主是为了测试岩土热性。岩土热物性测试系统主要有如下针对性的特点靠、精确的岩土热物性参数提供给地源热泵设计与工程施工人员，从员在工地上的参数需求。岩土热物性测试系统的建立不仅提高了施工节约了设计与施工成本，非常适应地源热泵技术发展的需要。测试系 Delphi 编译的系统，主要功能是实现对各个功能模块的集成于控制，参数采集。与此同时使用者也可以运用这些参数更好地管理系统，，系下图所示。

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图 2-2 系统结构功能图2.2.1 硬件环境1）热泵系统端的硬件构成。热泵机组：热泵机组是本测试系统的硬件部分的核心部件，考虑到工作效率及运行稳定性等因素，结合测试孔 80-200 米孔深的实际工况，机组型号选用美意(海)空调设备有限公司 Mammoth-l019hhf；流量传感器：测试系统中的水流不可避免的存在极微小的气泡，而气泡对超波流量计影响较大，在试验超声波流量计误差较大的前提下，本系统用了大连迈流体控制技术有限公司 MK ulc2100 型号的电磁流量计；水泵：考虑到本测试系统在测试期间为连续几十小时运行的工况，水泵采用乐(中国)水泵系统有限公司 WILO pun200e；温度传感器：上海松导加热传感器有限公司 WZP - 187；变频器：考虑到连续工况以及 RS485 通讯协议的兼容性，变频器选用北京同科技有限公司 TS2900PT2M；
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52

【参考文献】