一种高效换热的地源热泵热响应模型装置

本技术涉及一种高效换热的地源热泵热响应模型装置，属于新能源。

背景技术：

1、地源热泵是一种利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用系统，地埋管换热器是地源热泵系统中的重要组成部件，系统中的冷热量便是通过地埋管换热器从土壤中提取的，其与土壤的换热效果决定着整个系统的性能。地源热泵地埋管换热器换热特性与诸多因素有关，其中不同管型、渗流和地质分层的影响不容忽视。在地源热泵系统中，地埋管换热器是最重要的组件之一，许多研究都集中在地埋管的最佳管型上，以尽可能地提高地埋管的传热效率，典型如专利号为cn201420195733.0的中国实用新型专利公开了一种地源热泵土壤换热器的双u双回路水平管路系统，其使用的就是双u管进行铺设。

2、但是本实用新型的发明人发现现有技术存在以下问题：传统的u管由于换热面积有限，换热效率并不理想；且工程中地质具有明显的分层，不同深度岩土体的热物性参数差异较大；渗流对地埋管的换热也有着不可忽视的作用，渗流可以快速带走地埋管换热过程中积累的热量，显著提高其换热效率，同时还能极大地帮助土壤恢复热平衡。因此在进行地源热泵研究时应充分考虑以上三种重要因素。贵州喀斯特地区地质结构复杂，地下岩层是良好的天然冷热源，且贵州地区降雨丰富，降雨下渗有利于垂直地埋管的应用，然而并没有与拥有以上三种重要因素的贵州喀斯特地区相应的地源热泵研究模型装置。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高效换热的地源热泵热响应模型装置，该高效换热的地源热泵热响应模型装置在考虑不同管型、渗流水和地质分层等重要因素的基础上，建立相应的地源热泵模型装置，以便对贵州喀斯特地区地源热泵进行研究。

2、本实用新型通过以下技术方案得以实现。

3、本实用新型提供的一种高效换热的地源热泵热响应模型装置，包括循环水系统、土层结构、数据采集系统和渗流速度控制系统；土层结构内部埋设有循环水系统的复合埋管；土层结构内部埋设有数据采集系统中的温度传感器；渗流速度控制系统通过管道与土层结构连接。

4、所述土层结构包括洼地、黄土壤层、石灰岩层和地下水空间；黄土壤层上部空间设有洼地；黄土壤层底部设有石灰岩层；石灰岩层底部设有地下水空间。

5、所述石灰岩层和地下水空间连接部位设有带有小孔的承压钢板和120目不锈钢网，且120目不锈钢网位于带有小孔的承压钢板上面。

6、循环水系统包括复合埋管、水泵、恒温水箱和流量计；恒温水箱的出水口通过管道与水泵的进水口连接；水泵的出水口通过管道与复合埋管的进水口连接；复合埋管的出水口通过管道与流量计的进水口连接；流量计的出水口通过管道与恒温水箱的进水口连接。

7、所述复合埋管包括螺旋管和单u管；螺旋管端部直接联通单u管，且螺旋管埋设在黄土壤层，单u管埋设在石灰岩层。

8、数据采集系统包括数据采集仪和温度传感器；温度传感器分别埋设在复合埋管进口、出口、管壁附近以及土壤中；数据采集仪和温度传感器采用电连接。

9、所述渗流速度控制系统包括量筒、低位水箱，高位水箱；高位水箱的出水口通过管道与黄土壤层连接；低位水箱的进水口通过管道与黄土壤层连接，且出水口通过管道放置在量筒内。

10、本实用新型的有益效果在于：通过使用螺旋管和单u管相结合且埋设在不同土层的埋管方式、以及采用高低水箱对渗流速度进行模拟和控制的方式，建立了相应的地源热泵模型装置，能对贵州喀斯特地区地源热泵进行有效研究。

技术特征：

1.一种高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：包括循环水系统(14)、土层结构(15)、数据采集系统(17)和渗流速度控制系统(16)；土层结构(15)内部埋设有循环水系统(14)的复合埋管(2)；土层结构(15)内部埋设有数据采集系统(17)中的温度传感器(5)；渗流速度控制系统(16)通过管道与土层结构(15)连接。

2.如权利要求1所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：所述土层结构(15)包括洼地(1)、黄土壤层(3)、石灰岩层(6)和地下水空间(7)；黄土壤层(3)上部空间设有洼地(1)；黄土壤层(3)底部设有石灰岩层(6)；石灰岩层(6)底部设有地下水空间(7)。

3.如权利要求2所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：所述石灰岩层(6)和地下水空间(7)连接部位设有带有小孔的承压钢板和120目不锈钢网，且120目不锈钢网位于带有小孔的承压钢板上面。

4.如权利要求1所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：循环水系统(14)包括复合埋管(2)、水泵(11)、恒温水箱(12)和流量计(13)；恒温水箱(12)的出水口通过管道与水泵(11)的进水口连接；水泵(11)的出水口通过管道与复合埋管(2)的进水口连接；复合埋管(2)的出水口通过管道与流量计(13)的进水口连接；流量计(13)的出水口通过管道与恒温水箱(12)的进水口连接。

5.如权利要求4所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：所述复合埋管(2)包括螺旋管(21)和单u管(22)；螺旋管(21)端部直接联通单u管(22)，且螺旋管(21)埋设在黄土壤层(3)，单u管(22)埋设在石灰岩层(6)。

6.如权利要求1所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：数据采集系统(17)包括数据采集仪(4)和温度传感器(5)；温度传感器(5)分别埋设在复合埋管(2)进口、出口、管壁附近以及土壤中；数据采集仪(4)和温度传感器(5)采用电连接。

7.如权利要求1所述的高效换热的地源热泵热响应模型装置，其特征在于：所述渗流速度控制系统(16)包括量筒(8)、低位水箱(9)，高位水箱(10)；高位水箱(10)的出水口通过管道与黄土壤层(3)连接；低位水箱(9)的进水口通过管道与黄土壤层(3)连接，且出水口通过管道放置在量筒(8)内。

技术总结
本技术提供了一种高效换热的地源热泵热响应模型装置，包括循环水系统、土层结构、数据采集系统和渗流速度控制系统；土层结构内部埋设有循环水系统的复合埋管；土层结构内部埋设有数据采集系统中的温度传感器；渗流速度控制系统通过管道与土层结构连接。本技术通过使用螺旋管和单U管相结合且埋设在不同土层的埋管方式、以及采用高低水箱对渗流速度进行模拟和控制的方式，建立了相应的地源热泵模型装置，能对贵州喀斯特地区地源热泵进行有效研究。

技术研发人员：胡澄,渠光华,毛瑞勇,刘鹏,程丽莉,王静海,徐立松,杨凯博
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：20230726
技术公布日：2024/1/5