在浅层地温能开发、地源热泵工程、岩土科研等工作场景中,大量监测点位布置在野外露天场地,现场往往缺少稳定市电供电,布线施工也会受到地形、场地条件约束,
低功耗地温监测方案就可以适配这类长期无人值守的野外监测需求。北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的全自动野外地温监测系统,围绕低功耗思路完成硬件与软件协同设计,适配地热井、地埋换热井、大型试验场的多点地温采集工作。
整套系统由井下测温电缆、现场温度采集模块、通讯转换单元以及后端监控软件共同构成。采集服务器借助总线连接现场各个温度采集模块,温度采集模块依靠单总线协议接收各个温度传感器传回的数据,再汇总上传。每一个采集模块可以对接带有多个内置传感器的测温电缆,以此扩展监测点位数量,能够满足多口观测井同步开展地温在线采集的业务需要。
低功耗的实现,主要依靠采集单元休眠唤醒的工作逻辑,设备大部分时间处于休眠状态,到达设定采集周期之后才完成温度读取、数据存储与上传动作,结束采集后重新回到休眠状态,以此降低整体电量消耗。设备可以配置内置锂电池供电模式,在没有外接市电的野外环境,可以维持较长周期连续工作,减少现场更换电源的频次,降低野外场地的运维工作量。总线选用三线制接线方式,多个传感器如同灯泡一般并联挂载在同一根总线上,简化现场布线,长距离传输也可以维持数据稳定,普通线缆就可以适配深井测量场景。传感器做好密封防护处理,能够承受井下高压、潮湿的地层环境,适配深井内部的工作条件。
现场实际安装时,测温电缆一般放置在地源热泵 U 型埋管内部,便于后期维护检修,如果电缆布置在管路外部,就要做好线缆防护,避免安装施工过程中划伤外层护套,保障耐压防水性能。总线线路需要规避短路情况,不同总线布设距离,需要匹配对应规格的供电电压,以此保障信号传输稳定。系统后端软件可以完成温度在线查看、超限报警、定时存储、历史曲线调取、报表打印等一系列操作,工作人员在办公室就可以查看野外各个地层深度的温度变化,获取长期连续的地温序列数据。
采集得到的地温数据,能够服务于地埋管回填材料测试、埋管换热器热干扰研究、地源热泵系统性能分析等科研试验,为地源热泵系统优化设计、评估地下温度场演变情况提供实测数据支撑。整套监测方案除地源热泵行业之外,也可以拓展应用到矿井温度观测、浅层地温能动态观测等其他岩土监测场景,针对不同项目的井深、点位数量,硬件可以做对应调整适配,满足多样化的野外长期地温观测需求。