手持式竖直地埋管地源热泵温度监测系统的完整设计方案

以下是针对手持式竖直地埋管地源热泵温度监测系统的完整设计方案，涵盖硬件配置、测量原理、数据处理及典型应用场景：

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。

---

一、系统概述

为方便用户现场温度采集、记录，我们推出手持式竖直地埋管地源热泵温度系统：内置电池的便携记录仪配感温电缆配套使用。现场使用无需其它任何电源，可以记录10天以上温度数据。 便携式竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于单片机、锂电池和数字传感器技术的实时监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。本方案可以用于无电源供电、恶劣的现场测温应用场合。

如：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套先进的基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

---

二、硬件设计

1.传感器模块

传感器类型	技术参数	安装方式
铠装PT1000	-50℃~150℃（±0.2℃），响应时间<3s	绑缚于地埋管外壁（导热硅胶）
微型涡轮流量计	0.5~2.5m/s（±1.5%FS），耐压1.6MPa	插入管道快速接口
分布式光纤（DTS）	空间分辨率0.5m，测温精度±0.5℃	随钻探管预埋

2.手持终端

• 处理器：ARM Cortex-M7（带浮点运算加速）
• 显示：5寸阳光下可视屏（刷新率≥60Hz）
• 防护等级：IP67（防尘防水）
• 通信：蓝牙5.0（传输距离≥50m）

---

三、测量流程

1. 深度标定

   • 通过磁性标记器识别管口位置（误差<2cm）
   • 下放传感器时实时显示电缆长度（编码器计数）

2. 温度场扫描

   • 每下降1m暂停10秒采集稳态数据
   • 自动生成温度-深度曲线（可识别“热堆积”异常点）

3. 热响应测试

   • 注入恒温热流（如35℃热水），监测温度衰减曲线
   • 计算岩土体导热系数（λ）与热阻（R）

---

四、数据分析

典型异常诊断

温度特征	可能问题	解决方案
进出水温差<3℃	管内气堵或流速过低	排气或增加循环泵功率
同一深度温差>5℃（多孔比较）	回填料不均匀或空洞	高压注浆修复
逐年温升>1.5℃/年	系统热失衡	补充冷却塔或太阳能补偿

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．专用的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，绝对比你想象的超值．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

---

五、应用案例

某商业综合体地源热泵检测：

• 使用手持设备发现深度25m处存在2℃低温异常区
• 钻孔验证为地下水渗流导致换热增强
• 优化了群管间距设计（从4m调整为6m）

---

六、选型建议

• 浅层地埋管（<100m）：PT1000+流量计组合（性价比高）
• 深层地埋管（>200m）：分布式光纤+DTS解调仪（全剖面监测）
• 科研级需求：可扩展热物性分析模块（支持TRT现场计算）不管是PT100/PT1000这类模拟电路传感器方案还是数字高精度传感器单总线方案，井下安装方式基本一致，均是在地埋管上绑好线缆，顺着地埋管向下施工。但是井上安装方式却有区别，常规方案为延长线方式，提供485接口和协议。假设井下150米垂直线缆，井上水平方向需要延长300米，总长度需要450米。井上部分需要穿管，打孔等施工作业才能延长到控制室，以上方式除了施工难度大，工期长，而且容易线缆受机械装置或人为因素损坏。根据这一复杂施工环境，我司提出一个新方案：在井口预留防水箱或暗井方式 ，省线缆大量施工，利用我司无线NB远传RTU发数据。电池耐用1-3年，加大电池容量可以3-5年 。

该系统可大幅提升地源热泵运维效率，减少钻孔验证成本。如需与BIM系统集成，可提供Modbus RTU协议接口。