試析地源熱泵系統(tǒng)應用過程中的常見問題

吳玉民

摘要：地源熱泵工程在我國已經(jīng)形成集設備生產(chǎn)、材料供應、系統(tǒng)設計和工程安裝為一體的完整產(chǎn)業(yè)鏈。結合我國當前實際，介紹了地源熱泵的技術優(yōu)勢，并且針對地源熱泵應用中出現(xiàn)的問題，提出了一些應對措施，進而給出了地源熱泵與其他技術的結合形式，為實際應用中保證地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果提供一些參考。

關鍵詞：地源熱泵；存在問題；策略

中圖分類號： S972.65文獻標識碼： A

引言

隨著社會的發(fā)展，環(huán)保問題的日益嚴峻，世界各國越來越重視對可再生資源的開發(fā)利用。目前在我國，地源熱泵已經(jīng)形成集設備生產(chǎn)、材料供應、系統(tǒng)設計和工程安裝為一體的完整產(chǎn)業(yè)鏈。我國地源熱泵市場規(guī)模年增長率超過同期世界平均發(fā)展速度。但我們必須正視目前地源熱泵行業(yè)發(fā)展中存在的問題與不足，結合實際及時解決，以促進地源熱泵行業(yè)健康發(fā)展。

一、地源熱泵應用中存在的主要問題

1、初投資大，與我國國情相沖突

土壤源熱泵初投資較大。土壤源熱泵初投資不但包括傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的地面上的管路及設備的費用，還要包括地面下的換熱器的費用，而且還包括初期的勘測、鉆孔、及地下管路敷設等費用。北方地區(qū)還要考慮防凍，水管要進行保溫，也增加了初投資。某些地區(qū)單是鉆井費用可能占到整個系統(tǒng)初投資的50%以上，有些投資者可能會回到傳統(tǒng)的空調(diào)，這是土壤源熱泵系統(tǒng)不能大量投入使用主要原因之一。

土壤源熱泵系統(tǒng)地下埋管換熱器的鋪設需占用大片的土地資源，且由于埋管深度和換熱器材料的影響，埋管換熱器的上方一般不允許再建造其它建筑，這與我國地少人多的國情不相符。雖然近年來出現(xiàn)了利用建筑物地基內(nèi)的工程樁或灌注樁布置地埋管換熱群的方式，在一定程度上緩解了土地所帶來的壓力，但這種新的形式存在維修困難、土壤熱失衡等問題。一旦地埋管發(fā)生泄漏，基本上無法對該換熱井進行維修，只能棄之不用，這勢必將影響整個系統(tǒng)的換熱性能。

2、室內(nèi)外管線系統(tǒng)施工及質量存在問題

室內(nèi)外管線系統(tǒng)是地源熱泵施工的主要組成環(huán)節(jié)，這方面存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）埋管方式。一些地源熱泵空調(diào)工程室外換熱管路采用“水平埋設”的方式，減少初期投資，降低了施工難度，但占用空置地表面積大，影響埋管部位的場地運用，由于水平埋管埋設的深度都比較淺，容易受到大氣溫度影響；（2）部分地源熱泵空調(diào)工程室外換熱管路回路形式采用串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)具有：管徑和流程單一，回路系統(tǒng)內(nèi)的雜質、空氣和廢物易排除等優(yōu)點，但管道安裝、使用費較高，需要添加比較多的抗凍劑，以及單位長度內(nèi)壓力較大等缺點；（3）在管材及下管的方法方面，管路采用的管道材質達不到熱量傳遞好、耐腐蝕性強的要求，影響換熱質量和運行效果；（4）個別地源熱泵空調(diào)工程中，換熱管路從室外進入，直接將多路管道連接后接入熱泵機組，導致每組換熱回路長度不同，管道內(nèi)阻力不同，壓降也不同，流速不一，造成整個換熱回路系統(tǒng)不均衡。

4、地下水源熱泵存在的問題

（1）地下水源的探測開采問題

水源的探測、開采技術與相應的開采成本制約著地下水地源熱泵系統(tǒng)的廣泛應用。地下水地源熱泵系統(tǒng)在理論上是可以利用一切地下水資源的，可是在實際系統(tǒng)工程中，地理環(huán)境的制約，地下水資源的不同特點造成成本投入差異大，其中地下水地源的：水量是否充足、水溫的特點、水質情況以及水源供水穩(wěn)定性等條件，都制約著地源熱泵系統(tǒng)的施工與應用。（1）要有充足的水源，才能滿足用戶供熱負荷或制冷負荷的需要；（2）水源的水溫必須符合機組運行工況要求；（3）水源的水質應適合于熱泵系統(tǒng)機組、管道和閥門的性能要求，減少的堵塞和腐蝕性損壞；（4）要保證水源的供水功能具有長期性、可靠性，從而確保地下水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)長期、穩(wěn)定的運行。我國地理位置特點的特殊性，造成不同地區(qū)、不同水文地質條件的水源不一定適宜工程的要求。水文地質條件差，打井深度將增加，打井成本也會隨之增高，造成回灌困難，增加打井數(shù)量，從而使系統(tǒng)的費用大幅增加，造成地下水地源熱泵系統(tǒng)的投資經(jīng)濟性要因地制宜。

（2）能否保證抽取地下水的完全回灌

我國水資源非常缺乏，主管部門對開采地下水有嚴格管理，為保證地下水源熱泵系統(tǒng)長期正常運行，補充地下水源，調(diào)節(jié)水位，維持儲量平衡，必須進行100%同層回灌。同時，為避免在熱泵裝置中冷卻或加熱后回灌到地下的水，因短路而被抽回，回灌井與取水井之間應保證一定距離。國家相關標準規(guī)定一口抽水井至少要對應兩口回灌井，但實際工程中，投資方與施工方由于成本問題往往會少打回灌井或不打回灌井，造成地下水資源的大量浪費；且由于回灌技術的不成熟，抽取的地下水并不能完全的回灌到地下去，甚至出現(xiàn)地表水直接地表排放的情況。

地下水屬于一種地質資源，如無可靠的回灌，將會引發(fā)嚴重的后果。地下水大量開采引起的地面沉降、地裂縫、地面塌陷等地質問題日漸顯著。地面沉降除了對地面的建筑設施產(chǎn)生破壞作用外，對于沿海臨河地區(qū)還會產(chǎn)生海水倒灌、河床升高等其它環(huán)境問題。而一旦出現(xiàn)地質環(huán)境問題，往往是災難性和無法恢復彌補的。

（3）熱泵的換熱對水體中生態(tài)環(huán)境的影響

在地表水源熱泵運行過程中，由于建筑物夏季的空調(diào)負荷與冬季的采暖負荷與水源水體的熱承受能力不匹配，將會導致水源水體不同程度的溫升，從而對水生生態(tài)系統(tǒng)中的水體理化性質以及浮游植物、浮游動物和魚類等生生物的分布、種類和生物量造成一定的影響，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，如：水生生物代謝增強，部分細菌和浮游藻類加速生長；水體富營養(yǎng)化加重。富營養(yǎng)化加重和水溫升高的水體又會影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、高效性和安全性。

二、地源熱泵應用的改善策略

1、因地制宜，科學規(guī)劃

我們在推廣地源熱泵技術應用過程中要保證規(guī)劃先行，避免盲目開發(fā)和利用可再生能源所造成的不必要的浪費。在規(guī)劃時，要考慮到當?shù)氐锰飒毢竦乃牡刭|條件，結合地理環(huán)境、水文地質的特點，制定有利于推廣地源熱泵技術的可行性長遠計劃，從而達到科學、規(guī)范地推廣地源熱泵技術的目的，為節(jié)能減排、改善城市環(huán)境發(fā)揮了重要作用

2、科學論證，適度發(fā)展

由于地下水地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)要實現(xiàn)全部回灌，所以對成井工藝設計和施工要求極高。因此，必須是具有相關資質的單位承擔勘察、設計、施工和監(jiān)理工作，并嚴格按照國家和地方的相關法規(guī)按程序進行論證和審批。要科學規(guī)劃、適度規(guī)模、慎重發(fā)展，避免破壞水文地質環(huán)境，防止地面沉降或地質塌陷的發(fā)生。

3、管線系統(tǒng)施工質量

第一，采用垂直埋管的方式，合理布置換熱管路，這樣既可有效節(jié)約土地使用面積；第二，采用并聯(lián)系統(tǒng)安裝換熱管路，這樣做具有管徑小、管道安裝和運用費用比較低和抗凍劑使用量少的優(yōu)點；第三，由于換熱管路要長期埋設于地下，所以要求換熱管路既要使用壽命長，又要換熱效率高，應采用國內(nèi)外地源熱泵空調(diào)工程應用較多的高密度聚乙烯管，采用專用設備進行熱熔焊接；第四、必須做好保溫，否則會造成能量的損失。

結束語

隨著科學技術的發(fā)展，新技術、新工藝、新材料在地源熱泵的施工中得到應用，必須在實際工作中不斷總結的經(jīng)驗教訓，不斷改革，加強在施工、驗收及日常監(jiān)督工作的科學性、合理性，消除那些為了節(jié)約投資擅自降低技術標準而產(chǎn)生的隱患，逐步完善和提高安裝工藝水平，使地源熱泵空調(diào)發(fā)揮它應有的作用。

參考文獻

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