一种适用于群孔换热质量检测的系统装置的制作方法

本实用新型涉及地埋管孔换热检测技术，尤其涉及一种适用于群孔换热质量检测的系统装置。

背景技术：

目前，国内换热孔换热量检测常采用小型箱式热物性测试设备和岩土热物性测试车，其中小型箱式测试仪加热功率一般为5～6KW，只可做单孔恒热流加热测试。岩土热物性测试车可做恒热流和稳定工况试验，最大加热功率为25KW，制冷约13KW，实现3孔以内的加热检测和1～2孔的制冷检测。南京丰盛新能源股份有限公司研发的热响应测试仪可以进行6孔以内的加热检测。从国内目前地源热泵工程实际看，有的大型项目一个项目就布置有3600个地下换热孔，分多片、多地质单元、多系统、多功能(多工况)统筹设计和使用，一般6～12个换热孔组成一个换热支路(循环回路)，绝大多数情况下，单孔换热量检测代表不了实际群孔换热情况。

随着地源热泵项目建筑应用规模的不断增加，在现有的单孔制冷检测的基础上，未来地源热泵热物性测试将以群孔、大功率检测为主，检测形式包含制冷供暖、恒热、稳定工况、设计工况等多工况。由于检测设备功能的不断优化、设备组成结构日趋复杂，检测仪器自动化控制以及模块化集成也将成为未来发展趋势。同时，由于检测工作主要在室外开展，测试环境较复杂，设备故障诱发因素较多，检测仪器保护系统和预警系统也将成为设备研制的重点。不少测试项目测试场地受现场施工条件限制，测试仪器与测试孔之间相距较远，连接两者之间的地下水平管和地表水平管在测试过程中存在热损耗，减少热损失对监测结果的影响也是检测设备必备的功能。

现有设备测试功率和功能不能完全满足地埋管地源热泵工程质量检测要求，迫切需要研制精度更高、功能更齐全、功率更大、智能化程度更高、更先进、稳固且便于工地使用的大型检测设备，以提高地埋管工程质量检测能力和行业水平。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种多孔换热质量检测系统装置，其技术方案如下：

第一方面，一种适用于群孔换热质量检测的系统装置，包括：电气控制柜、换热系统装置，所述电气控制柜包括柜体1，底座2、外门3a、前门3b、后门3c，所述柜体1安装于底座2 之上，所述柜体1的正面设有外门3a，所述外门3a的上方装有望窗4；所述外门3a的后方设有前门3b，所述柜体1的背面设有后门3c；所述柜体1的底部开有通风口5及进出线孔6；所述换热系统装置包括加热器11、水箱12、分水器13、集水器14、地埋管道15，所述加热器11的出水口同所述水箱12的入水口通过管道连通，所述分水器13的入水口同所述水箱 12的出水口通过管道连通，所述分水器13的出水口通过地埋管道15同所述集水器14的进水口连通，所述集水器14的出水口同所述加热器11的进水口通过管道连通；所述地埋管道 15有多根，所述分水器13和所述集水器14上均设有分支接口，同所述地埋管道15连接；所述电气控制柜同所述换热系统装置进行电路连接。

结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第一种情况为，所述电气控制柜还包括所述望窗4上端有可拆卸式的眉头；所述望窗4为可拆卸式的，用4个沉头螺钉固定；所述望窗4内镶嵌有有机玻璃7；所述通风口5为百叶散热窗口；所述柜体1的顶部装有避雷装置；所述柜体1的顶部四角装有4个吊耳；所述柜体1顶部设有散热设备7及散热口7a；所述柜体1顶部的散热设备7上方加装有防尘盖板；所述散热设备7为轴流风机。

结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第二种情况为，所述换热系统装置还包括安装于分水器13入水口处的电动调节阀111。

结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第三种情况为，所述水箱12加装有液位计112及液位开关113，所述液位计112测量水箱12水位，所述液位开关113控制水箱12进出水。

结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第四种情况为，所述系统装置还包括水泵16，所述水泵16包括进水口、出水口；所述水箱12的出水口同所述水泵16的进水口通过管道连通，所述水泵16的出水口同所述分水器13的进水口通过管道连通；所述水泵16 的支撑位置设有隔震材料17。

结合第一方面的第四种情况，在第一方面可能的实现方式中的第五种情况为，还包括温度变送器18，所述温度变送器18为一体化温度计,安装于所述集水器14的出水口处；

所述温度变送器18的插入深度应为地埋管道15直径的1/2～2/3；

所述温度变送器18逆着地埋管道15内循环液流动的方向倾斜安装，倾斜角度不能大于45°；所述温度变送器18安装在地埋管道15的弯管处，逆着循环液流向安装且探头轴线与工艺管道轴线重合；

所述温度变送器18安装在地埋管道15的垂直管段，所述一体化温度变送器18倾斜45°安装；

所述温度变送器18的外出线为两线制出线，接线选用2～4芯1.5mm2屏蔽控制电缆。

结合第一方面的第五种情况，在第一方面可能的实现方式中的第六种情况为，还包括：压力变送器19，所述压力变送器一19a监测所述加热器11的进水口端压力和所述压力变送器二19b监测所述水泵16出水口端压力。

结合第一方面的第六种情况，在第一方面可能的实现方式中的第七种情况为，还包括流量计110，所述流量计110检测所述加热器11进水口端的循环液流量；

所述流量计110为涡街流量计，所述涡街流量计为法兰式涡街流量计和插入式涡街流量计；所述法兰式涡街流量计安装于所述加热器11进水口端的直管段，可水平、垂直或倾斜安装在直管段上，当法兰式涡街流量计安装在垂直管段上测液体时，液体的流向必须由下而上；安装处的振动加速度在辅以减震措施后不超过2g；所述法兰式涡街流量计的法兰端面与管道垂直，内表面光滑；所述涡街流量计的上游直管段安装不包括蝶阀的控制阀；

所述插入式涡街流量计包括：信号放大变送器、连接杆、基座法兰、固定法兰、固定导向筒、插入杆、涡街测量头；当流量计前端直管段足够长时，测量头插入深度h＝0.121D，D为变送器的名义直径；当前流量计前端直管段较短时，测量头插入深度h＝0.5D；

所述流量计110为电磁流量计，所述电磁流量计垂直安装于被测无料流向自下而上的管道上；所述电磁流量计的两个电极在同一水平面；所述电磁流量计安装处的上游侧直管段长度不小于5D,下游侧不小于2D，或在上游侧安装流动整直器,所述电磁流量计安装处的上游侧有两个方向的弯头或其它阻流件,则前置直管段长度大于10D；所述电磁流量计安装于金属管道时，所述电磁流量计外壳与金属管两端接地电阻不能大于10Ω；所述电磁流量计包括变送器和转换器，所述变送器和转换器之间的信号电缆具有屏蔽功能，且长度不超过30m；

所述流量计110为超声波流量计，所述超声波流量计安装于直管段上，且超声波流量计安装于直管段上游侧的长度为10D以上，超声波流量计安装于直管段下游侧的长度为5D以上；超声波流量计安装于距直管段的上游侧的泵、阀门30D以外；超声波流量计安装于水平管路，所述超声波流量计的探头安装在水平中心线的±45°之内，所述探头分别放置于在管道上下两侧，且所述探头之间的水平间距L≈D/2。

结合第一方面的第七种情况，在第一方面可能的实现方式中的第八种情况为，所述流量计110还包括弯管流量计，所述弯管流量计设置于所述地埋管道15的弯管处，且所述弯管处的前端直管道长度不小于5D，后端直管道的长度不小于2D；所述弯管流量计的两个探头放置于所述弯管45°截面的内、外侧。

结合第一方面的第二种情况，在第一方面可能的实现方式中的第九种情况为，所述换热系统装置还包括同所述加热器并联设置的风冷热泵机组114，所述风冷热泵机组114的进水口同水箱12的出水口通过管道连接，所述风冷热泵机组114的出水口同所述电动调节阀 111的入水口通过管道连接。

有益效果：满足地埋管地源热泵工程质量检测要求，精度更高、功能更齐全、功率更大、智能化程度更高、更先进、提高地埋管工程质量检测能力和行业水平。

附图说明

图1为实施例一的整体结构示意图；

图2为实施例二的正视图；

图3为实施例二的后视图；

图4为实施例二的仰视图；

图5为实施例二的俯视图；

图6为实施例二的前门正视图；

图7为实施例三的仰视图；

图8为实施例三的俯视图

图9为实施例四的换热系统装置结构示意图；

图10为实施例五的结构示意图；

图11为实施例六的结构示意图；

图12为实施例八的结构示意图；

图13为实施例八的结构示意图；

图14为实施例八的结构示意图；

图15为实施例九的结构示意图；

图16为实施例九的结构示意图；

图17为实施例九的结构示意图；

图18为实施例十的结构示意图；

图19为实施例十的结构示意图；

图20为实施例十一的结构示意图；

图21为实施例十二的结构示意图。

附图标记：1-柜体、2-底座、3a-外门、3b-前门、3c-后门、4-望窗、5-通风口、6-进出线孔、7-散热设备、7a-散热口、11-加热器、12-水箱，13-分水器、14-集水器、15-地埋管道、 16-水泵、17-隔震材料、18-温度变送器、19-压力变送器、19a-压力变送器一、19b-压力变送器二、110-流量计、111-电动调节阀、112-液位计、113-液位开关、114-风冷热泵机组。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种适用于群孔换热质量检测的系统装置，包括：电气控制柜、换热系统装置，所述电气控制柜包括柜体1，底座2、外门3a、前门3b、后门3c，所述柜体1安装与底座2 之上，所述柜体1的正面设有外门3a，所述外门3a的上方装有望窗4；所述外门3a的后方设有前门3b，所述柜体1的背面设有后门3c；所述柜体1的底部开有通风口5及进出线孔6；所述换热系统装置包括加热器11、水箱12、分水器13、集水器14、地埋管道15、电动调节阀111、所述风冷热泵机组114，所述加热器11的出水口同所述水箱12的入水口通过管道连通，所述分水器13的入水口同所述水箱12的出水口通过管道连通，所述分水器13的出水口通过地埋管道15同所述集水器14的进水口连通，所述集水器14的出水口同所述加热器11 的进水口通过管道连通；所述地埋管道15有多根，所述分水器13和所述集水器14上均设有分支接口，同所述地埋管道15连接；所述电动调节阀111安装于分水器13入水口处，所述与加热器并联设置的风冷热泵机组114的进水口同水箱12的出水口通过管道连接，所述风冷热泵机组114的出水口同所述电动调节阀111的入水口通过管道连接。所述电气控制柜同所述换热装置进行电路连接，所述换热系统装置同所述检测终端计算机进行数据连接。

所述检测系统装置由加热器11、水泵16、地埋管道15、水箱12组成内循环，将仪器的内循环部分与远端埋设在地下的PE管路相连接形成闭式环路，整体由动力柜供电和PLC 控制。

通过仪器内的微型循环水泵驱动环路内的液体不断循环，同时仪器内的加热器11或风冷热泵机组114不断加热(或冷却)环路中的液体。

在闭式环路内的液体循环的过程中，对进、出设备的温度、流量和热泵机组的加热(冷却)功率、室外温湿度、温度恢复阶段地下岩土体温度、项目运行后机房地源测供回水流量进行采集记录并通过计算机终端进行分析。

所述适用于群孔换热质量检测的系统装置中的所有数据传输模式均未无线传输模式，将系统装置检测的数据、参数通过无线数据传输方式传输到计算机终端进行数据处理。

所述电气控制柜可设置为3个柜体，分别为PLC柜、动力柜、变频柜，所述电气控制柜均可适用于上述三种柜体，无需进行大范围的柜体结构改造。

实施例二：

一种用于地埋管换热质量检测系统的电气控制柜，包括柜体1，底座2、外门3a、前门3b、后门3c，所述柜体1安装与底座2之上，所述柜体1的正面设有外门3a，所述外门3a的上方装有望窗4；所述外门3a的后方设有前门3b，所述柜体1的背面设有后门3c；所述柜体1 的底部开有通风口5及进出线孔6。所述柜体1的底部四角处设有柜体地柜角铁。

如图2所示，所述电气控制柜的柜体1的正面设有外门3a，外门3a的上方有望窗4，所述望窗4内镶嵌有有机玻璃，所述有机玻璃通过4个沉头螺钉固定，通过所述望窗4可观察外门3a后方，所述望窗4上端可以设置可拆卸式的眉头。所述柜体1放置于带滚轮的底座 2上，所述底座2设有推拉杆。所述柜体1顶部的两侧各分别安装有2个M7吊耳，总共4 个吊耳，用于对所述柜体进行起吊运输。

如图3所示，所述电气控制柜的柜体1的正面设有后门3c，可从柜体1的后方将后门 3c打开，对柜体1内部的设备进行操作。

如图4所示，所述电气控制柜的柜体1的底部的两侧设有百叶散热窗口的通风口5，所述通风口5之间等距设置有3个进出线孔6，所述进出线孔6配备有塑料护线圈。

如图5所示，所述电气控制柜的顶部为密封盖板，所述盖板略大于所述柜体1，所述盖板底部的边缘可开设通风孔，便于通风。

所述电气控制柜的顶部的密封盖板上设置有避雷装置并接地。

如图6所示，图5为所述柜体1正面的外门3a后方的前门3b的结构示意图，所述前门3b在所述外门3a的望窗4对应的位置设有操控面板，用户可在外门3a关闭的情况下通过望窗4观察前门3b上的操控面板。

实施例三：

如图7所示，所述电气控制柜的柜体1的底部的上方等距设置有5个进出线孔6，所述进出线孔6配备有塑料护线圈。所述进出线孔6的下方设有两排百叶散热窗口的通风口5。

如图8所示，所述柜体1顶部的密封盖板设有散热设备7及散热口7a，所述散热设备 7上方加装有防尘盖板，所述散热设备7为轴流风机。

如上所述实施例二及实施例三所述，所述电气控制柜的柜体可用作PLC柜，电力柜及变频柜等多种电力电气设备柜体，柜体内部可放置多种电子电气设备及走线。

实施例四：

如图9所示，本实用新型公开了一种适用于地埋管群孔换热质量检测仪的换热系统装置，包括加热器11、水箱12、分水器13、集水器14、地埋管道15、压力变送器一19a、压力变送器二19b、温度变送器18、流量计110、电动调节阀111、液位计112、液位开关113、风冷热泵机组114，所述加热器11的出水口同所述水箱12的入水口连通，所述分水器13的入水口同所述水箱12的出水口连通，所述分水器13的出水口通过地埋管道15同所述集水器14 的进水口连通，所述集水器14的出水口同所述加热器11的进水口连通；所述地埋管道15有 10根，所述分水器13和所述集水器14上均设有分支接口，同所述地埋管道15连接。如图9 所示，虚线方框内的虚线管道表示地埋管道15埋入地下的部分。所述水箱12的出水口同所述水泵16的进水口连接，所述水泵16的出水口再同所述分水器13的进水口连接；所述水泵 16的支撑位置设有隔震材料17。所述压力变送器一19a监测所述加热器11的进水口端压力和所述压力变送器二19b监测所述水泵16出水口端压力，所述集水器14出水口安装有一体化温度变送器18监控集水器14出水口的温度；所述流量计110检测所述加热器11进水口端的循环液流量；所述液位计112监测水箱12的水位；所述液位开关113控制水箱12进出水。还包括安装于分水器13入水口处的电动调节阀111。所述与加热器并联设置的风冷热泵机组 114的进水口同水箱12的出水口通过管道连接，所述风冷热泵机组114的出水口同所述电动调节阀111的入水口通过管道连接。

水箱12中的水介质通过加热器11或风冷热泵机组114加热经由分水器13分流至埋于地下的地埋管道15中，并由集水器14收集换热后的水介质，集水器14将收集的水介质通过水泵16加压汇集于水箱12中，完成一次水介质的循环。其中，所述压力变送器一19a及流量计110监测所述分水器13进水口的水介质压力及流量数据；所述压力变送器二19b及温度变送器18监测所述集水器14出水口的水介质压力及温度数据。进而对地埋管地源热泵工程质量进行监测、分析。

实施例五：

如图10所示，其中L表示温度变送器18的总长度，l表示温度变送器18的实际插入长度，一体化温度变送器18在工艺管道上的安装需注意以下几点：

1、一体化温度变送器18的插入深度应为工艺管道直径的1/2～2/3；

2、一体化温度变送器18通常选择安装在水平管道上，若受空间限制，温度变送器18无法垂直安装，可以逆着管道内循环液流动的方向倾斜安装，倾斜角度不能大于45°；

3、一体化温度变送器18安装在弯管处时，要求逆着循环液流向安装且探头轴线与工艺管道轴线重合；

4、一体化温度变送器18安装在垂直管段时，要求温变倾斜45°安装；

5、一体化温度变送器18的外出线通常为两线制出线，现场接线时一般选用2～4芯1.5mm2 屏蔽控制电缆。

实施例六：

所述流量计110为涡街流量计，涡街流量计安装在管道上振动小的位置，其中震动加速度不能大于2g，如大于2g需采取减振措施。其次，涡街流量计的上游侧和下游侧必须有足够的直管段。涡街流量计可水平、垂直或倾斜安装在直管段上。当涡街流量计安装在垂直管段上测液体时，液体的流向必须由下而上。

当涡街流量计同压力变送器19和温度变送器18组成测量系统时，其压力、温度测量点的位置如图11所示。P为压力测量点，T为温度测量点。

涡街流量计除法兰式外，还有插入式涡街流量计。与法兰式涡街流量计安装时需要截断工艺管道不同，插入式涡街流量传感器是将一个涡街探测头插入管道特定位置上，通过测量该点的局部流速，再根据管道截面流速分布关系、流体连续性原理计算出管道内平均流量值。

实施例七：

所述流量计110为插入式涡街流量计，插入式涡街流量计包括：信号放大变送器；连接杆；基座法兰；固定法兰；固定导向筒；插入杆；涡街测量头。

当流量计前端直管段足够长时，插入式涡街流量计的测量头插入深度h＝0.121D。当前流量计前端直管段较短时，插入式涡街流量计的测量头插入深度h＝0.5D。

实施例八：

所述流量计110为电磁流量计，所述电磁流量计安装在无震动或震动较小的地方，若管道系统有较强的震动，要求在变送器两侧的管道上加支撑。尽量避开具有强烈磁场干扰的设备，如大功率电机、变压器等。

所述电磁流量计垂直安装，被测循环液流向自下而上。若电磁流量计只能安装在水平管段上时，须保证足够的流速，如图12所示。

安装时必须保证电磁流量计的两个电极在同一水平面，如图13所示。

所述电磁流量计安装的上游侧直管段长度不应小于5D,下游侧不应小于2D。D为所述电磁流量计的直径,可在上游侧安装流动整直器,消除被测循环液中的旋涡,改善流速场的分布, 提高仪表的测量精度及稳定性。若在变送器上游侧有两个方向的弯头或其它阻流件,则前置直管段应大于10D。

所述电磁流量计变送器的电极所测出的信号为毫伏交流电势，它是以变送器内流过的循环液的电位为基准的。为了使循环液的电位稳定并且与变送器保持等电位，变送器外壳与金属管两端应有良好的接地，转换器外壳也应良好接地，接地电阻不能大于10Ω，不能与其它电器设备的接地线共用。如果不能保证变送器外壳与金属管道良好接触，应用金属导线将它们连接起来，再可靠接地，如图14所示。转换器安装地点应避免交、直流强磁场和振动，环境温度为-20～50℃，无腐蚀性气体，相对湿度不大于80％。

为了避免干扰信号，变送器和转换器之间的信号必须用屏蔽导线传输，不允许把信号电缆和电源线平行放在同一电缆钢管内，信号电缆长度一般不得超过30m。

实施例九：

所述流量计110为超声波流量计，所述超声波流量计是利用超声波在流动的循环液中传播时载上的循环液流速的信息，通过分析接收到的超声波就可以检测出循环液的流速，从而换算成流量。

所述超声波流量计安装的上游侧直管段长度为10D以上，下游侧直管段长度为5D以上，当流速较低时，可适当降低直管段要求；

所述超声波流量计上游侧直管段长度30D以内不得有如泵、阀门等扰动因素，不应有强烈的机械振动；

对于水平管路，所述超声波流量计应安装在水平中心线的±45°之内，如图15所示，对于垂直管路(要求循环液流向自下而上)，所述超声波流量计可安装在外圆周的任何位置。安装时还要避免将探头安装在管道的变形部位、法兰或焊接部位。

所述超声波流量计的安装有V法、Z法和X法安装，常用的安装方法为V法和Z法。图16为所述V法，其中管道直径为D，两个探针之间的距离L，所述L≈D；图17为所述Z 法，其中管道直径为D，两个探针之间的距离L，所述L≈D/2。一般来说，当安装空间有限、被测循环液的杂质少、接收波较弱(比如用水泥做衬里且D>300mm的管道采用Z法安装。

实施例十：

所述流量计110为弯管流量计，所述弯管流量计是利用流体流经弯管时，由于弯曲管壁的导流作用，其内侧流速会逐渐增大，外侧流速会逐渐减小，形成了各个过流断面的梯形速度分布规律，且在弯管45°截面处达到最大。流速的变化，就形成了弯管的内外侧压差△P。流体平均速度与压差△P符合平方比例关系，流量愈大，差压愈大。当确定了弯管传感器的几何结构尺寸之后，只要测取弯管压差△P和流体的密度ρ就可以确定流体的平均流速，然后计算流体的流量。

所述弯管流量计根据传感器的形状可分为“L”型与“S”型。

弯管流量计由于其传感器本身就是一个弯管连通件，因而弯管流量计安装有别于其他流量计。

弯管流量计在安装时要确保所安装位置的前端直管段距离为5D，后端直管段距离为 2D。由于弯管流量计的压力分布基本是以弯管45°截面为中心对称分布，并且在弯管前后 2D的区域内，就已形成内外侧等压线分布。在实际应用中考虑干扰件的影响，弯管流量计前直管段长度应大于5D，后直管段长度应大于2D长度。当弯管流量计上游有其他扰动因素时，为保证测量的准确性，要求保证更长的直管段。

由于弯管流量计测量的是压力差，且弯管的内外侧压差△P较小，因此，在测量流体为液态时，防止循环液中的气态杂质在引压管道中集结。

如图18所示为“L”型弯管流量计测量液态流体流量的典型安装，如图19所示为“S”型弯管流量计测量液态流体流量的典型安装。

实施例十一：

所述一种适用于地埋管群孔换热质量检测仪的换热系统装置还包括电动调节阀111，所述电动调节阀111安装于分水器3入水口处，用于控制流入分水器3的水量。

调节阀应当安装在分水器3入水口处的水平管道上，管道内液体的流向应与阀体的标识一致。电动调节阀11允许的安装角度见图20。

实施例十二：

如图21所示，所述集水器4的结构如图所示，所述集水器4上均设有分支接口，同所述地埋管道5连接。所述分水器3结构同所述集水器结构相同。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。