埋管式地源热泵系统要怎么推广

摘要：地源热泵是一个系统工程，涉及多个专业，技术集合水平要求较高，在其应用发展中也暴露出一些技术、设计、施工和运行中许多不可预见的问题，影响了地源热泵作为一种新能源的推广。

近年来，在大气和环境严重污染的重压下，国家正在大力推行节能、环保、绿色可再生能源替代的政策。地源热泵空调系统作为一种新型的绿色能源被广泛的采用，在多个领域（公建、商业、工业、民用等）都发挥了良好的作用，并且发展很快、规模在逐步扩大。地源热泵供热系统与常规的供热空调系统相比大约可节能30%-50%，是一种高效节能、无污染，既可供暖又可制冷的可再生能源系统。但是由于地源热泵是一个系统工程，涉及多个专业，技术集合水平要求较高，在其应用发展中也暴露出一些技术、设计、施工和运行中许多不可预见的问题，影响了地源热泵作为一种新能源的推广。这些问题值得我们在推广应用中引起注意。关注地源热泵发展进步中出现的问题，科学的解决问题，使具有节能、舒适、清洁等优点的地源热泵系统能够更好的发展。

1.地源热泵应用中冬、夏季地源部分的热量平衡问题

地源热泵通过热泵系统将大地中的低位热能提高，在冬季对建筑物进行供暖，同时使大地中的温度降低，即蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温，同时在大地中蓄存热量，以备冬季使用。 这一特点决定了该项技术适用于夏热、冬冷且冷热负荷相当的地区，因此地源热泵系统特别适合冬冷夏热地区。在冬季供热过程中，载热介质从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土中。现在常用的地源热泵分地下水源热泵系统和土壤埋管系统，由于我区地下水资源匮乏，严禁使用提取地下水的地源热泵系统，因此，由于土壤埋管式热泵系统不提取地下水，且对地下水没有污染，利用广袤的大地作为冷热源的优点，它是一种可持续发展的建筑节能并且非常成熟的技术，特别适合我区空调系统的应用。但是，由于地源热泵系统在小区供热中得到了大量应用和迅猛发展，也暴露出不少严重甚至难以逆转的问题，如有些系统经过长期使用，土壤温度持续下降，影响系统运行能效；有些系统地源换热器出现结冰现象造成停机。通过走访我区地源热泵系统的大量用户后进行数据分析，发现单一供热的土壤源热泵系统的在运行3年后，有的地源换热器的出水温度降到5℃度以下，有的甚至更低，他们为了防止机组出现冻害，把地源换热器循环水换为防冻液，造成整个系统的COP值低至1.5以下，失去地源热泵系统的节能优势，使得整个系统运行费用很高，所收的费用已经不能满足运行的需要，有的出现所收费用与运行费用倒挂，亏损严重，造成地源热泵系统无法可持续运行，直接阻碍了地源热泵技术在我区的推广应用。

地埋管地源热泵供热空调系统的工作原理实际上是利用地下岩土作为一个蓄热器，把夏天空调排出的热量蓄在地下土壤中，冬季取出热量给建筑供热；冬季运行时又把冷量蓄在土壤中，提高了夏季制冷时的效率。这种冬夏两用的特点本来是地源热泵系统的一大优点，但也成为它的一个限制条件，就是要考虑地下埋管换热器在全年中冷热负荷的基本平衡。如果全年中从地下取热大于向地下的排热，地下埋管周围的平均温度就可能逐年下降，造成系统在冬季工况的效率逐年下降，最后甚至不能正常工作。如何才能更好的应用地源热泵系统，保证系统能够长期平稳的可靠运行，是我们应该认真研究和商讨的问题。

地源热泵系统在冷热负荷不平衡的情况下长期运行，将会使土壤温度逐渐上升或下降，导致地埋管换热器换热环境恶化，换热效率下降，从而影响热泵机组的效率和运行的经济性。作为冬夏两季都使用的空调系统，以夏季和冬季向大地吸热和排热不平衡率在20％以上时，土壤温度会逐年升高或降低，3年内每年的变化幅度在1℃～2.5℃之间。如果地源热泵作为单一的采暖热源，土壤温度可逐年下降2.0℃左右，地下温度靠大地的自然恢复是需要一个较长的时间，在每年都连续使用的情况下温度无法恢复的自然状态且累积下降，严重影响了地源热泵系统的应用。

地源热泵技术本身没有问题，但由于应用的地区不同，制冷/采暖的负荷不同，会造成土壤的热不平衡问题。由于地下温度的恢复受地下水位、径流、地质条件等影响很大，特别是我区处在一个地下水贫乏的地理位置，因此对地下换热器的换热过程以及热泵系统的运行动态、热特性必须有一个较完备的认识了解，结合建筑物的全年动态负荷，采取保证地下热量平衡的有效措施，才能使得土壤源热泵的优越性得以充分的发挥，达到节能和环保的目的。针对冬、夏季都使用的地源热泵系统，在方案设计阶段应该根据当地的地埋管工程测试和热响应实验进行冬、夏季热量平衡的计算。根据实测和理论计算，建议以不平衡率20％为界线，即在20％以下时由于土壤本身具有一定的热扩散能力和蓄热能力，热量不平衡对热泵的运行影响不大，可以不需要采取补热措施。当热平衡率相差20％以上时，需要采取辅助供热或辅助冷却措施。在我区，当地源热泵系统为单一的采暖热源时，一般采暖面积在5千平米以下，且地埋管井系统比较分散，地下温度能够自然恢复。如果单一供热面积较大时，对于有足够的地面位置布置地源换热器井群时，应该采取分散、分区布置地源换热器的井群的方式，使地下换热器形成分散换热，避免换热区域温度过分降低，并且有利于换热区域温度的自然恢复。如果没有足够的地面位置布置换热器井组，应该采取科学、合理的地下补热措施来进行可靠的辅助补热来满足供热时采集地下热量的需要，如果不采取相应的热量补充措施，会造成系统不能运行的严重后果。

土壤源热泵的热平衡问题并不是技术上不可解决的难题，完全可以通过系统的合理设计和规范化的运行管理进行规避。方法在于减少土壤换热器群的密集度和减少冷热负荷的不平衡率，通过增大土壤换热器布置的间距、减少土壤换热器单位深度承担的设计负荷等措施来保证系统的正常运行。

当地源热泵系统单一为小区解决供热时，应采用积极的措施进行地下温度的恢复和补给。现在已经开发了一些技术措施，可以采用带有太阳能集热器的太阳能－地源热泵辅助供热的复合系统，太阳能系统可以全年为冬季供热采集热量，冬季系统供热运行时，太阳能所吸收的热量可以直接参与热泵系统供热运行，其他季节可以把太阳能吸收的热量通过地源换热器系统引入地下进行储热运行。他的好处是能够保证系统可以在高能效比下连续、可靠的运行。太阳能的配备面积与系统的匹配要根据当地的地理位置经过计算来确定。对于一些较小的地源热泵系统，可以采用对机房系统进行必要的改造，采用非采暖季节地源换热器与室内散热系统反向运行来进行地下热量的补给，但是必须通过科学的计算和控制，以免对室内环境温度干扰过大。

总之，采用地源热泵技术时应对建筑负荷和地埋管换热器冬、夏季热量平衡进行正规的计算和设计，同时应委托有资质和有技术实力的承包商实施地埋管地源热泵供热空调工程。这样，地源热泵这个节能环保的技术才能充分发挥节能效果。

2.地源热泵系统设计施工及运行管理的问题

在我区有一些项目第一个冬季运行就出现停机保护而失效；也有一些项目的效率逐年下降，3-5年后造成空调的冷、热源失效。出现这样的问题不是因为地源热泵技术本身不成熟，而是这些项目的设计施工和运行管理不到位。一个原因是承包商为了低价竞争，钻孔埋管的数量达不到要求；或者埋管施工中偷工减料，致使系统不能正常工作。另一个原因是对地源热泵系统的特点没有充分的了解。

地源热泵系统是一个复杂的系统工程，设计、施工、运行管理需要一定的专业知识和相应的技术水平。对目前土壤源热泵系统发生的问题进行分析，可以发现主要可以分为以下几种情况：

2.1土壤换热器数量布置较少，热泵机组效率下降和空调效果变差。

出现最多的情况是为了节省土壤源热泵系统的初投资，土壤换热器数量布置较少，从而引起土壤夏季持续运行时温升过高，冬季持续运行时温降过大，热泵机组效率下降和空调效果变差。特别是一些开发商建设的生活小区，把地源热泵系统供热作为卖点，但是他们没有经过专业技术人员进行论证，只是由地源热泵系统的承包商进行一般的经验估算，所采用的数据来自一些其他地方的经验数据，与本地的实际情况不符。有的小型的承包商在工程投标时搞投机行为，他们针对开发商一般采用低价而不是看地源热泵系统方案是否合理的中标形式来选用施工队伍的特点，根据小区的大小和2年内小区的实际入住率进行计算地源热泵系统的应用计算，在低入住率的前两年使用中一般系统运行是可以的，但是一旦达到50%以上的入住率后，系统将严重的衰减，造成系统运行难以运行，并且无法进行补救，有的走向法律程序，有的承包商一走了之，形成小区用户在冬季无法得到可靠的取暖，室内温度无法满足规范要求。

地埋管式地源热泵系统是一种绿色环保的中央空调系统，符合国家目前倡导的“节能减排”的国策，是一项非常有发展前途的产业技术。但随着市场的发展，地埋管式地源热泵系统的工程承包中， “鱼目混珠”的现象比较严重。在这种情况下，如何使得业主在众多的诱惑中保持比较清醒的头脑，把握好权益、效益和质量三者之间的平衡就显得十分重要。因此，从工程承包商的角度，在选择地源热泵系统工程施工队伍时，应根据工程规模、造价和工程安装的特点，选择具有相应资质、资信等级高、具备安全生产证书、质量管理体系健全、有承担风险能力的承包商，是保证工程成败的关键，为减少业主的投资风险，对工程质量、投资和进度进行控制提供了可靠保障。

2.2地源井的面积有限，土壤换热器井之间在工作时互相干扰，制冷效率和空调效果随之变差。

另外一种出现较多的情况是为了减少土壤换热器组群的占地面积或布置地源热泵系统地源井的面积有限，土壤换热器井的间距设置的偏小，减小了土壤承担单位负荷的容积，土壤换热器井之间在工作时互相干扰，造成土壤源热泵运行时土壤温度持续迅速升高，制冷效率和空调效果随之变差。

2.3水泵选型过大或水泵选配电机功率过大，低效率运行。

建筑物的耗热量（或耗冷量）在运行过程中是一个动态的参数，满负荷运行的时间只占总运行时间的25%左右。有的地源热泵机房的设计在设备选型没有充分考虑空调系统的负荷特点和设备性能，机组容量、管道直径、水泵配置、末端设备等没有根据负荷的变化合理的划分设备的运行组合，水泵选型过大或水泵选配电机功率过大，低效率运行。多台冷冻水泵并联运行时，没有根据供冷负荷的变化调整开启台数，而是无论冷负荷大小，负荷如何变化，整个系统运行工况都在满负荷工况运行，造成系统运行不经济，白白浪费了电能。

2.4施工过程缺少可靠技术工艺流程和有效的监管手段。

地源热泵系统的施工没有进行必要的监督，由于现在专业的技术人员比较缺乏，有相应专业施工经验的人员更加稀缺，往往在地源换热器施工时缺乏有效监管。地源换热器井的施工是一个隐蔽工程，施工过程缺少可靠技术工艺流程和有效的监管手段，完成的工程无法判断合格与否，给系统的运行带来无法弥补的质量隐患，出现问题互相推脱责任。

2.5地源热泵系统管理运行不当。

因为操作人员没有相应的专业知识，对系统情况不熟悉，嫌麻烦，没有按照负荷变化调整系统的运行工况。有的对地源侧换热器分区或分组情况不清楚，出现地源换热器分组开启不全，部分换热器没有参与系统运行，造成系统运行工况偏离设计参数，出现系统不能在合理的能效工况下运行。这种情况在一些大项目中较为频繁，应该引起足够的重视。另外，有些操作人员在部分负荷时间只开启部分热泵机组，但不关闭其余热泵机组的阀门，导致运行中的机组冷却水流量因为分流而过小，导致运行热泵机组的冷却水温升过高，这种问题其实不属于土壤热平衡问题，完全可以通过运行管理的改进方便的解决。

3. 结语

地源热泵系统是一个节能效果非常明显的系统，但是又是一个系统、设备、管道布局、自动控制等要求精确匹配的复杂系统，所以在选用地源热泵系统时，必须要经过专业的技术人员，经过精准的科学论证和计算，选用科学合理的设计方案；系统的安装施工必须由具有相关的专业施工技术和经验，具有相关资质且诚信度高的正规公司来承担，杜绝一些非专业人员采用挂靠资质的方式来承担系统安装；运行管理要由懂技术、有责任心、会管理的人员进行系统的运行管理。总之只要尊重科学，采用合理的系统方案，系统与设备精确匹配，施工安装符合设计和规范，运行管理人员对系统运行精心控制。总之，只有在各个环节充分注意地源热泵的特点，科学利用优势，地源热泵系统一定能为节能减排发挥良好的作用，使地埋管式地源热泵系统可以健康、长久的发展。