特种建材 WN-5B岩土热响应试验测试系统

WN-5B岩土热响应试验测试系统
　　　　　　　　（ 适用于地源热泵岩土热响应测试领域）
一、概述
1.1、研发背景：国家对节能减排、新能源的因非常重视，节能新产品也在不断出现，针对地源热泵的应用显得十分重要。地埋管地源热泵是利用地下常温土壤相对稳定的特性，在投入少量高温能源的基础上，通过埋在地下的换热器与大地进行冷热交换，实现供冷、供热的目的。冬季，地源热泵提取大地中的低位热能向建筑物供热，同时在土壤中储存冷量，以备夏用；夏季，将建筑物中的热量转移到地下，实现供冷，同时在土壤中储存热量，以备冬用。所以，地源热泵技术是一项高效节能、有利于环境保护和可持续发展的空调冷热源技术。
地下岩土热物性参数是设计地源热泵系统地埋管换热器的基础数据。目前，国内许多单位在实际的地源热泵系统设计中，简单的按照每延米换热量来进行地埋管换热器的设计，随着对地源热泵系统研究及应用的不断深入，此方法的弊端逐渐显露出来，如无法确定机组在峰值负荷下的运行参数，也就不能选取合适的机组来匹配地埋管换热器系统，无法判断地下吸、放热的不平衡对系统造成的影响，此方法不但给地源热泵系统的长期稳定运行埋下了很多隐患，所以准确测试岩土热物性参数已成为地埋管换热器设计的关键问题，所以对岩土进行热响应、冷响应试验的必要性。

1.2、产品定位：
依照现有的国家标准，我公司根据参考相关单位、院校的测试资料，和多年生产太阳能检测设备的经验，特推出WN-5B岩石热响应试验测试系统，来满足用恒热流法对岩土进行的测试，通过软件计算出岩土的热物性的参数。该设备广泛用于地源热泵的应用设计单位、勘查施工单位及科研院所等的使用。
1.3、设计依据：
1.3.1岩土热响应试验测试仪的设计，完全参照国家标准《地源热泵系统工程技术规范》GB 50366-2005（2009修订版）岩土热响应试验方法的需要，测试仪采集参数的应用方法完全满足试验要求。
1.3.2试验测试和输出报告内容
(1) 测试仪能够自动采集到岩土的初始平均温度、地埋管进出口水温度、流量以及试验过程中向地埋管换热器施加的加热功率等。
(2) 试验报告应包括项目相关信息、测试方案、参考标准、测试过程的相关记录、岩土热物性实验参数结果等。
1.3.3 需要测试的参数
根据国标要求，试验过程相关的以下三个参数必须达到如下要求：
(1) 在输入电压稳定的情况下，加热功率的测量误差不应大于±1％。
(2) 流量的测量误差不应大于±1％。
(3) 温度的测量误差不应大于±0.2℃。
1.3.4测试仪试验方法
试验仪的应用设计应严格按照国标的要求，方便与现场水电设备的连接，并且适合现场安装和保护的需要。试验仪应能满足现场需要。
(1) 系统能够连续不间断的工作48h以上；
(2) 试验期间，加热功率应保持恒定；
(3) 地埋管换热器的出口温度稳定后，其温度宜高于初始平均温度5℃以上且维持时间不应少于12h。
(4) 地埋管换热器内流速不应低于0.2m/s。
(5) 试验数据读取和记录的时间间隔不应大于10min。

二、产品方案功能介绍
2.1、设计理念：由于恒热流法，是国际上通用的试验方法。本测试系统严格按照国家标准的规定进行设计，严格遵循国标要求，设计研发的该热响应试验测试仪应具有性能稳定、性能可靠、测量准确、软件计算准确，由于现场测试环境很差，实行全自动控制，无人值守，这样就减轻测试人员的劳动强度。
2.2、系统组成
该测试仪主要由保温循环水箱、水位传感器、电加热器、循环水泵、水流传感器、温度传感器、压力传感器、电磁流量计、电量变送器和电压控制模块以及数据采集、计算软件和控制系统等组成。
2.2.1恒功率加热系统：由恒功率控制器、电加热器及控制电路组成；
2.2.2流量控制系统：循环水泵、水流开关、变频器、及管路配件等组成；
2.2.3控制系统：由控制柜、PLC、触摸屏、电脑及电器件等组成。
　　 控制柜由优质钢板制成，表面做喷塑处理具有外形美观，实用； PLC采用日本三菱，触摸屏采用台湾威伦生产的，性能可靠；电器件采用法国施耐德的，质量可靠。
2.2.4单片机采集及计算系统：
　由数据采集器、电磁流量计、压力传感器、温度传感器、电压电流互感器等组成。
　品 名要 素指 技术参数
精密温度传感器&nbspA.通道数14路；　　　　　　　　　 B.测量范围 0-100℃；
C.测量精度:±0.05℃；　　　　　　 D.显示分辨率：0.01℃。
电磁流量计&nbspA.数　量:1路；　　　　　　　　　 B.测量范围:0.176 -26M3/h；
C.测量精度:±0.5％；　　　　　　　 D.耐水温:0-150℃；　　　　　　　　　
E.工作压力：0-4Mpa ；　　　　　　 G.流量控制范围：0-3000kg/h，精度：±1％
压力传感器&nbspA.数 量: 1路；　　　　　　　　　 B.压力范围：0-0.3MPa；
C.测量精度：＜50Pa；　　　　　　 D.耐水温：0-120℃。
电压测试装置&nbspA测量范围：AC 0-380V，　　　　　B.测量精度：±0.5％；
电流测试装置&nbspA.测量范围：AC 0-50A，　　　　　 B.测量精度：±0.5％
循 环 泵&nbspA.流量：3M3/h,　　　　　　　　　　B.扬程：32米，
C.电压：AC380V，功率：0.55KW;
加热装置 A.功率：12KW，　　　　　　 B.电源：AC380V；
WN系列太阳能测试仪(1)A/D转换：32Bit
(2)扫描频率：100HZ
(3)模拟通道：22个
(4)模拟电压范围：+-5000mv
(5)模拟电压精度：+-（读数*0.1％+偏移量），
(6)测量辩率：0.48uv；
(7)开关激发通道：8个电压，4个电流
(8)脉冲通道：6个；
(9)协议支持：支持BODBUS RTU、RS232/485、无线通讯协议
(10)内存：2M
(11)耗电量：35mA
(12)输入阻抗：大于传感器的1000倍或10MΩ中的较大值
测试方法系统参考执行GB50366-2005（2009年版）国标要求方法测试，自动打印检测报告。

2.3、系统功能
2.3.1恒热流的输出：由高精度的功率调节模块和电能计量模块实时监控，系统通过PID调节，严格的实现系统的恒热流输出，同时该控制方式可以很方便的实现无级调节，使试验更加接近实际需要；
2.3.2地埋管出水口和入水口温度的检测：采用高精度的温度传感器，实现出入口水温度的实时测量，为地埋管换热量的准确测量提供依据；
2.3.3恒热流的计量：系统设置高精度流量传感器，实时检测地埋管内水流量，为地埋管换热量的准确计算提供依据；
2.3.4岩土的初始温度的测试：通过在在地埋U形管中放置每个10米放置一只温度传感器，测量各点温度，各点温度的算术平均值即为岩土的初始平均温度；
2.3.5故障报警功能：当水泵出现故障，水路不循环时，由水流开关自动切断加热装置；保温水箱有低水位保护功能，当在低水位时实现自动停机、或在低水位时实现保护，使系统不能正常启动，具有报警功能，从而确保设备及人身安全；
2.3.6 PLC自动控制系统：通过触摸屏进行设置和对控制系统进行编程对测试系统的，实现自动控制；
2.3.7单片机采集及计算系统：为了提高测试的精度，杜绝人为因素影响测试结果以及降低操作人员的劳动强度，通过采集系统温度、压力、流量、电压、电流等数据系统给计算机，经软件系统实现试验测试结果的自动计算，完成测试项目。

2.4应用环境：
　　环境温度：40℃以下；
　　相对湿度：85％
三、产品方案特性介绍
3.1技术功能：
标　 准热响应（参考GB50366-2005）
功　 能岩土的初始温度
岩土的综合导热系数
单孔换热功率
3.2系统特性：
　由于试验环境较差，实现全自动控制，系统实现安全保护，真正实现无人值守，使设备实现安全运行；系统采用高精度传感器，是测量参数更准确，从而保证了测量及计算更准确
四、系统主要设备配置清单：
序号名　　 称型　号数 量单位
1太阳能测试仪主机（可扩容型）&nbspWN-5B&nbsp1台
2精密温度传感器&nbspPTWD-10B&nbsp14只
3电磁流量计&nbspDMF-13B&nbsp1台
4压力传感器&nbspAP-110&nbsp1台
5电压测试装置&nbspVCS-2&nbsp1台
6电流测试装置&nbspACS-2&nbsp1台
7岩土热响应试验测试系统控制测试软件&nbspWN-5B&nbsp1套
8保温水箱&nbspWN-CS2&nbsp1套
9岩土热响应试验测试自动控制系统&nbspWN-HWL&nbsp1套