基于地源熱泵的便攜式巖土熱物性測試儀的研制與應(yīng)用

程序存儲器27C128和數(shù)據(jù)存儲器AT24C64用于存放部分工作程序和測試數(shù)據(jù)。而AT24C64存儲的測試數(shù)據(jù)在系統(tǒng)停電后不丟失。

MAX232作為串行通訊的專用芯片，用作向上位機傳輸測試數(shù)據(jù)。

AT89C52是具有內(nèi)部程亭存儲器的CPU，它控制整個系統(tǒng)的工作，內(nèi)部的程序存儲器存放主要的工作程序和參數(shù)，而內(nèi)部RAM作為系統(tǒng)的寄存器區(qū)、標(biāo)志區(qū)、打印及顯示緩沖區(qū)。

開關(guān)量的輔出通過繼電器控制加熱器的電源，當(dāng)某種原因?qū)е录訜釡囟冗^高時則斷開加熱器電源，達到保護設(shè)備的目的。打印機用于保存永久數(shù)據(jù)。

1．2主機軟件

該系統(tǒng)軟件采用匯編語言和C語言混合編程，采用功能模塊和子程序結(jié)構(gòu)。軟件的主要程序由數(shù)據(jù)采集、鍵盤、顯示、時鐘、通訊、打印等組成。

2 測試結(jié)果

為了計算周圍巖土的熱物性參數(shù)，可采用參數(shù)估計結(jié)合非穩(wěn)態(tài)傳熱模型的方法。將通過傳熱模型得到的結(jié)果與實際測量的結(jié)果進行對比，使得方差和f=Σ(Tcal，i -Texp，i)2取得最小值時。調(diào)整后的熱物性參數(shù)數(shù)值即是所求的結(jié)果。其中，Tcal，i為第I時刻由模型計算出的導(dǎo)管中流體的平均溫度；Texp，i為第i時刻實際測量的導(dǎo)管中流體的平均溫度；N為實驗測量數(shù)據(jù)的組數(shù)。

以下是利用巖土熱物性測試儀及開發(fā)的軟件對山東建筑工程學(xué)院學(xué)術(shù)報告廳地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工程現(xiàn)場的地下巖土熱物性參數(shù)進行測試的測試結(jié)果；

鉆孔孔徑115mm，深度60m，埋管內(nèi)徑25mm、外徑32mm，管間距70mm，地下巖土初始溫度14．5℃管壁導(dǎo)熱系數(shù)0．33W／m℃，鉆孔回填材料導(dǎo)熱系數(shù)1．5W／m℃，加熱功率48W／m。

測試時間對測試結(jié)果的影響如圖3所示。由圖3可以看出，測試時間不同，計算出的鉆孔周圍地下巖土的平均導(dǎo)熱系數(shù)也不同。當(dāng)測試時間達到約50小時后，測出的導(dǎo)熱系數(shù)趨于穩(wěn)定，維持在1．530～1．538 W／m℃的范圍之間。通常測試時間可以選取60小時左右，這樣既可以保證獲得正確的導(dǎo)熱系數(shù)，又可以避免測試時間過長。

維持其它條件不變，只改變導(dǎo)管上升管與下降管之間的間距，其對巖土導(dǎo)熱系數(shù)的影響見圖4。當(dāng)管間距變化約為0．0lm時．計算出的導(dǎo)熱系數(shù)變化約為4～8%。由圖中可以看出，間距越大，計算出的導(dǎo)熱系數(shù)越小：這是由于間距越大，鉆孔內(nèi)的熱阻越小，在總熱阻不變的情況下．周圍巖土的導(dǎo)熱熱阻大。即導(dǎo)熱系數(shù)小。因此如何確定管于間距是設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)中值得認真探討的問題。

3 應(yīng)用前景

多年來我國在熱泵技術(shù)的應(yīng)用方面一直處于理論探討階段，對地源熱泵更缺乏系統(tǒng)的研究。在供熱空調(diào)中應(yīng)用熱泵技術(shù)的主要制約因素曾經(jīng)是電力供應(yīng)不足和人民群眾消費水平較低，熱泵空調(diào)系統(tǒng)的市場需求尚未形成。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，以上兩個制約因素已不復(fù)存在，空調(diào)和供熱已成為普通百姓的需求，而地源熱泵由于其具有技術(shù)上的優(yōu)勢和節(jié)能的優(yōu)點，將成為供熱和空調(diào)系統(tǒng)的最佳選擇方案。研究開發(fā)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)并使之產(chǎn)業(yè)化，有可能成為我國經(jīng)濟發(fā)展的一個新的增長點。