一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及土壤導熱系數(shù)的測量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的飛速發(fā)展，人民生活水平極大提高，能源消耗也急劇 增加。建筑能耗在總能耗中占有約25%的比例，而供熱采暖能耗約占建筑總能耗的一半。我 國建筑節(jié)能2010年規(guī)劃指出：建筑節(jié)能的重點是降低采暖和空調(diào)能耗。另一方面，人們對 生活質(zhì)量要求也越來越高，環(huán)保意識逐漸增強。傳統(tǒng)的空調(diào)及夏季制冷、冬季采暖所造成的 大氣污染卻越來越嚴重。因此，尋求新的低能耗、無污染的供暖制冷空調(diào)技術(shù)就成為現(xiàn)在的 主要研究方向。在新能源中，地熱能、風能、太陽能和潮汐能等，都是清潔、可再生的新能源。 其中在地熱能利用的研究領域中，地源熱栗技術(shù)（Ground-SourceHeatPump，簡稱GSHP)具 有廣闊的前景和發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003] 地源熱栗是一種高效節(jié)能、清潔無污染的能源利用技術(shù)。研究表明，地源熱栗技術(shù) 可以大大降低建筑能源費用的投入。但是它與傳統(tǒng)的空氣源熱栗空調(diào)技術(shù)相比，地源熱栗 所占的市場份額還比較小，其中很大一部分的原因就是地源熱栗換熱器設計偏差較大，投 資成本過高，不容易被用戶所接受。
[0004] 土壤熱物性參數(shù)是地源熱栗地下?lián)Q熱器設計的關鍵因素。在一定的負荷條件下， 井孔的數(shù)量和深度很大程度上取決于土壤熱物性參數(shù)。因而，它的不準確將影響地源熱栗 系統(tǒng)的初始投資成本。目前，準確測定土壤導熱系數(shù)仍然是比較困難的。
[0005] 現(xiàn)有的利用探針法測量土壤導熱系數(shù)，是將探針插入待測物的內(nèi)部，以恒定熱功 率加熱土壤，測量記錄探針的溫度變化。探針的溫升速率取決于待測物導熱系數(shù)的大小。根 據(jù)測定的不同時刻的探針溫度和加熱功率，用線熱源法可以計算出待測物的導熱系數(shù)。
[0006] 通常熱探針的長度只有0.lm-0. 4m長，因此只能對其周圍的很小一部分區(qū)域進行 加熱。所以用探針法現(xiàn)場測量地下?lián)Q熱器周圍土壤導熱系數(shù)時，測量結(jié)果只是表層土壤的 導熱系數(shù)。然而一般的井孔深度達幾十米，在整個井孔深度方向上分布著不同的土壤層，每 層的導熱系數(shù)都是不同的，顯然探針的測量結(jié)果不能代表井孔周圍土壤的有效導熱系數(shù)。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型是為了解決利用熱探針只能獲得表層土壤的導熱系數(shù)，不能同時獲得 深層土壤層的導熱系數(shù)的問題，從而提供一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置。
[0008] -種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置，它包括恒功率電熱帶、N個溫度傳感器、金屬 管和金剛砂；
[0009] 恒功率電熱帶上均勻固定有N個溫度傳感器，恒功率電熱帶和溫度傳感器外套有 金屬管，金屬管與恒功率電熱帶和溫度傳感器之間的空隙填滿金剛砂，恒功率電熱帶的電 源連接數(shù)據(jù)采集器的功率輸出端，N個溫度傳感器的輸出端均連接數(shù)據(jù)采集器的傳感器輸 入端，N為大于1的整數(shù)。
[0010] 線熱源方法是在實驗室和現(xiàn)場測定濕土導熱系數(shù)的有效方法。它的基本原理是利 用非穩(wěn)態(tài)導熱理論，對無限大均勻介質(zhì)中的線熱源的溫度隨時間變化的測定，求得介質(zhì)的 導熱系數(shù)。探針法可用于對土壤和保溫材料的現(xiàn)場和實驗測定。本實用新型是在探針法測 量導熱系數(shù)的基礎上改進的一種測量裝置，可測量土壤由表層至較深層的導熱系數(shù)，且可 以觀測出土壤濕度的變化，與使用熱探針相比，減小了土壤導熱系數(shù)測量值偏差，排除由于 深層土壤濕度及土壤性質(zhì)不同造成的所測量的土壤導熱系數(shù)與實際土壤導熱系數(shù)偏差較 大的問題，在工程應用上可以更準確的測得土壤在豎直方向上的導熱系數(shù)分布，有較大的 使用價值。
【附圖說明】
[0011] 圖1是【具體實施方式】一所述的一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0012] 一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種線熱源 土壤導熱系數(shù)測量裝置，它包括恒功率電熱帶1、N個溫度傳感器2、金屬管3和金剛砂；
[0013] 恒功率電熱帶1上均勻固定有N個溫度傳感器2,恒功率電熱帶1和溫度傳感器2 外套有金屬管3,金屬管3與恒功率電熱帶1和溫度傳感器2之間的空隙填滿金剛砂，恒功 率電熱帶1的電源連接數(shù)據(jù)采集器的功率輸出端，N個溫度傳感器2的輸出端均連接數(shù)據(jù) 采集器的傳感器輸入端，N為大于1的整數(shù)。
[0014] N個溫度傳感器2的輸出端連接導線4,通過導線4連接數(shù)據(jù)采集器的傳感器輸入 端。上述裝置在使用時，需配合數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，根據(jù)需要選擇測量裝置的長度及溫度 傳感器2的個數(shù)，測量裝置越長測得土壤的深度越深，溫度傳感器2的個數(shù)越多得到的土壤 在豎直方向上的導熱系數(shù)越多，與實際土壤導熱系數(shù)偏差越小。
【具體實施方式】 [0015] 二：本實施方式是對一所述的一種線熱源土壤導熱系 數(shù)測量裝置作進一步說明，本實施方式中，金屬管3為銅管。
【具體實施方式】 [0016] 三：本實施方式是對一所述的一種線熱源土壤導熱系 數(shù)測量裝置作進一步說明，本實施方式中，溫度傳感器2為ptlOO溫度傳感器。
【具體實施方式】 [0017] 四：本實施方式是對一所述的一種線熱源土壤導熱系 數(shù)測量裝置作進一步說明，本實施方式中，恒功率電熱帶1為3. 6m長，從底部至2m長處套 有銅管，銅管的內(nèi)徑為16mm，外徑為18mm，從底部20cm處開始每隔20cm、恒功率電熱帶1上 固定一個PtlOO溫度傳感器，共固定八個ptlOO溫度傳感器。
[0018] 從底部開始，第一個pt100溫度傳感器所在的位置為一號測點，第二個pt100溫度 傳感器所在的位置為二號測點，…，土壤表層為八號測點。表1為利用本實施方式所述的 裝置在恒功率電熱帶1為不同功率下得到的導熱系數(shù)表，測得的一號測點至八號測點的導 熱系數(shù)明顯有減小趨勢，在四種不同功率下該減小趨勢基本相同。這是由于重力和蒸發(fā)因 素使土壤中水分含量由表層向下呈逐漸增加趨勢，土壤含水量增加使土壤導熱系數(shù)由表層 向下逐漸升高。而利用熱探針只能測得土壤表層即八號測點處土壤的導熱系數(shù)，用表層土 壤的導熱系數(shù)表征土壤的導熱系數(shù)顯然與實際土壤導熱系數(shù)偏差較大。
[0019] 表1不同功率下得到的導熱系數(shù)
[0020]
【主權(quán)項】
1. 一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置，其特征在于，包括恒功率電熱帶（1)、N個溫度 傳感器（2)、金屬管（3)和金剛砂； 恒功率電熱帶（1)上均勻固定有N個溫度傳感器（2)，恒功率電熱帶（1)和溫度傳感器 (2)外套有金屬管（3)，金屬管（3)與恒功率電熱帶⑴和溫度傳感器⑵之間的空隙填滿 金剛砂，恒功率電熱帶（1)的電源連接數(shù)據(jù)采集器的功率輸出端，N個溫度傳感器（2)的輸 出端均連接數(shù)據(jù)采集器的傳感器輸入端，N為大于1的整數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述金屬 管⑶為銅管。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置，其特征在于，所述溫度 傳感器（2)為ptlOO溫度傳感器。
【專利摘要】一種線熱源土壤導熱系數(shù)測量裝置，涉及土壤導熱系數(shù)的測量技術(shù)。為了解決利用熱探針只能獲得表層土壤的導熱系數(shù)，不能同時獲得深層土壤層的導熱系數(shù)的問題。恒功率電熱帶上均勻固定有N個溫度傳感器，恒功率電熱帶和溫度傳感器外套有金屬管，金屬管與恒功率電熱帶和溫度傳感器之間的空隙填滿金剛砂，恒功率電熱帶的電源連接數(shù)據(jù)采集器的功率輸出端，N個溫度傳感器的輸出端均連接數(shù)據(jù)采集器的傳感器輸入端。本實用新型可測量土壤由表層至深層的導熱系數(shù)，能準確得到土壤中濕度和土層的變化。適用于測量土壤導熱系數(shù)。
【IPC分類】G01N25/20
【公開號】CN205067402
【申請?zhí)枴緾N201520859051
【發(fā)明人】張亞寧, 付忠斌, 范新萌, 李炳熙
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月30日