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地源热泵地下埋管换热性能测试装置点击：1663 日期：[ 2014-04-26 22:00:56 ] |
| 地源热泵地下埋管换热性能测试装置 黄忠 (重庆陈曾建筑工程设计事务所中国重庆400045) 【摘要】介绍一种地源热泵地下埋管换热性能测试装置及测试方法，并对该装置的用途进行了分析讨论。 【关键词】地源热泵；地下埋管；测试装置 地源热泵地下埋管换热系统换热性能好坏，直接影响地源热泵的 制冷（或供热）性能，而地源热泵地下埋管换热器的换热性能，不仅与 工程场区内岩土体的地质条件有关，更与地埋管换热系统的工程施工 质量密切相关。目前，由于对地埋管换热系统的关键性能指标—换热 性能缺乏简易实用的检测手段，无法对已建成的地源热泵地埋管换热 系统进行检测，直接影响到地埋管换热系统的施工质量，为此提出一 种简易的测试装置，以供地埋管换热器现场测试之用。 1.测试装置及仪器仪表 1.1测试装置：该测试装 置包括了带加热器的水箱、循环水泵，以及温度、流量等测试仪表。测试系统如图1所示。为了减少测试装置的热损失，整个装置及管路应进行良好的保温隔热。 该装置与地下埋管连接后，用循环水泵把已加热到一定温度的热水送入地下埋管，与大地换热；通过测定地下埋 管的进、出口水温和流量，测量出该地下埋管的换热量。调节水箱加热器的调压器2，可使水箱内的水被预热到一定温度，再通过调节精加热器的调压器2，使地下埋管换热器进口水温，准确达到规定温度。调节阀门V1、V2，改变流过地下埋管换热器的水流量，同时也相应改变地下埋管换热器进、出口水温差。阀门V5、V6、V7用于该装置的漏热测试。地下埋管换热器测试前，应通过调整加热量和水流量，使地下埋 管换热器的进口温度达到规定的测试温度，并使地下埋管换热器进、出口水温度差保持在5℃。 1.2仪器仪表：在满足地源热泵机组出口水温和地下埋管换热器 进、出口水温度差5℃条件下，该装置使用的仪器仪表精度见表1. 2.测试方法 2.1该装置的漏热量测试：在正式测试前，应对该装置的漏热量进 行测试。首先打开V5，关闭V6、V7，并在水箱内加入已知的水量。开启 水泵，预热水箱内的水，并调整阀门V1、V2，使流量达到预定的流量。 当水箱内的水温达到测试温度后，停止加热，并记录下漏热测试的开 始水温、开始时间及水泵进、出口压力值。连续运行数小时，至水箱的 水温降低5℃后，停止水泵，并记录漏热测试的终止水温、终止时间及 水泵进、出口压力值。则该装置的漏热量Q0（kW）为： Q0＝(M·ρ·Cp·Δt)÷Δτ＋N1(kW)(1) 式中：M—加入水箱的已知水量，m3； ρ—漏热测试开始与终止水温下，水密度算术平均值，kg/m3； Cp—漏热测试开始与终止水温下，水定压比热算术平均值，kJ/ (kg﹒℃)； Δt—漏热测试开始与终止时的水温度差，℃； N1—水泵输入的平均轴功率（计算方法见3.2），kW； Δτ—装置漏热测试的开始与终止时间差，s。 2.2地下埋管换热器换热量测试：将水箱内的水预热到测试温度 后，打开阀V6、V7，关闭阀V5，开启水泵，使测试系统运行。调节精加 热器的调压器2，使地下埋管换热器进口水温准确达到测试温度。再 调节阀门V1、V2，并微调水箱加热器和精加热器的调压器2，使地下 埋管换热器进口温度准确稳定在测试温度，并使地下埋管换热器进、出口温度差保持在5℃。每间隔1小时记录一次时间、水温、流量、加热 器耗电量、以及水泵进、出口压力值，连续三次热平衡偏差值Δ＜5% （数据处理方法见后），即可认为测试系统已达到稳定，届时即可进入正式测试。 正式测试开始时，首先应记录下地下埋管换热器的进、出口水温、 流量、加热器的起始耗电量值、水泵进、出口压力值、以及开始时间。然后，每间隔1小时记录一次上述各值，连续运行测试48小时以上。在正式测试中，应注意观察和保持地下埋管换热器进口水温保持在规定 的测试温度，进、出口温度差保持在5℃。若发生偏差，应通过微调阀门 V1、V2和调压器2，使其回复到规定测试值。若地下埋管换热器进口水温过高，可通过打开旁通阀V3，关小水箱出口阀V8，降低进口水 温。 3.测试数据处理方法 3.1地下埋管换热器的平均换热量Q1（kW）： Q1＝L·ρ·Cp·Δt(kW)(2) 式中：L—换热器的平均水流量，m3/s； ρ—换热器进、出水温下，水密度的算术平均值，kg/m3； Cp—换热器进、出水温下，水定压比热的算术平均值，kJ/(kg﹒℃)； Δt—换热器平均进、出口水温差，℃。 3.2水泵输入的平均轴功率N1（kW）： N1＝0.009807·ρ·L·H÷η(kW)(3) 式中：ρ—换热器进、出水温下，水密度的算术平均值，kg/m3； L—换热器的平均水流量，m3/s； H—水泵进、出口压力差，mH2O； η—水泵的效率，查该水泵的性能曲线可得。 3.3测试系统平均输入功率N（kW）： N＝(Δw1＋Δw2)÷Δτ＋N1(kW)(4) 式中：Δw1—正式测试开始到终止期间，水箱加热输入的电能，kWh； Δw2—正式测试开始到终止期间，精加热器输入的电能，kWh； N1—正式测试期间，水泵输入的平均轴功率，kWh； Δτ—正式测试的开始和终止时间值差，h。 Δw1、Δw2均可用正式测试终止时的耗电量值减去开始时的耗电 量值求得。Δτ亦可用正式测试终止的时间值减去开始的时间值求得。 3.4测试的热平衡偏差Δ： Δ＝(N－Q1－Q0)÷(N－Q0)×100%(5) 式中各项同上。 测试的热平衡偏差Δ≤5%，即可认为地下埋管换热器的平均换 热量测试结果值Q1可信。 4.测试结果的应用及分析 4.1测试结果的应用：通过测试得到的可信换热量，可以直接用于 对地源热泵地下埋管换热系统设计值的检验和修正。采用这种方法不 仅可以直接得到地下埋管换热器的换热性能，而且试验井仍可作为地 源热泵的地埋管使用，对于地下地质条件勘察不够充分的中小型地源 热泵工程，不仅可以节省工程投资，而且还能提高工程质量。 4.2测试结果的分析：根据《地源热泵系统工程技术规范》 (GB50366-2005)附录B，利用测得的地下埋管换热量、地下埋管系统 施工工艺及材料、地下地质条件勘察报告，可以建立地下埋管传热模 型，反推计算出回填料热阻，与设计的回填料热阻比较，可以检验工程 科)的回填质量。 同样，应用上述建立的地埋管传热模型，还可以反推计算出地层 热阻。如果测试试验采用短期连续脉冲方式运行，则可应用上述传热 模型，反推计算出短期连续脉冲负荷引起的附加热阻。应用这些热阻 值，可使工程设计更为准确可靠，有助于提高工程设计质量。 5.结语 上述测试方法及分析表明：①该地源热泵埋管换热性能测试装置简便易行。应用这种方法，可直接测得地埋管换热量，检验和修正设计。对于地勘不够充分的中小型地源热泵工程不仅有利于节省投资，还有助于提高工程质量。②按《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)附录B，建立地下埋管传热模型，可反推计算各种热阻值，进行工程质量检验，分析工程问题，有助于地源热泵工程研究。 【参考文献】 ［1］章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学[M].新一版.北京:中国建筑工业出版社， 1993。 作者简介：黄忠，男，1949年1月生，工程师。 ［责任编辑：汤静］ |
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