基于地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的有關(guān)問題思考

吳建華

(山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司,山東濟南 250014)

基于地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的有關(guān)問題思考

吳建華

(山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司,山東濟南 250014)

地源熱泵系統(tǒng)主要是通過應(yīng)用淺層地能進(jìn)制冷和供熱的新型能源利用技術(shù),地源熱泵根據(jù)逆卡若循環(huán)的原理將地下土壤熱量和冷量轉(zhuǎn)移到需要的地方,用作空調(diào)制熱和制冷的設(shè)備。本文主要對地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展中所存在的相關(guān)問題進(jìn)行分析和思考,并提出相應(yīng)的解決措施。

地源熱泵系統(tǒng) 發(fā)展現(xiàn)狀 問題思考

地源熱泵系統(tǒng)的開發(fā)和利用所涉及的知識和技術(shù)非常復(fù)雜，其主要是換熱器埋在淺層地下，通過水在封閉的環(huán)路換熱管道中循環(huán)流動，進(jìn)而與淺層土壤進(jìn)行冷熱交換。在夏季溫度較高的時候，可以通過地源熱泵系統(tǒng)將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下，對房間進(jìn)行制冷降溫。同時把轉(zhuǎn)移的熱量儲存起來，以備冬季使用。而在冬季氣溫較穩(wěn)寒冷的時候，同樣通過地源熱泵系統(tǒng)把熱量轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，對房間進(jìn)行供暖，同時儲存冷量，以備夏季使用。大地土壤為地源熱泵系統(tǒng)提供了一個良好的能量儲存源泉，使得地源熱泵系統(tǒng)能夠在不同環(huán)境下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，如圖1所示地源熱泵系統(tǒng)循環(huán)。

1 我國地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生產(chǎn)和生活對能源資源的消耗也越來越嚴(yán)重，這對我國能源資源帶來很大的負(fù)擔(dān)。而且我國北方冬季采暖主要是以煤炭燃燒為主，這也會當(dāng)?shù)氐目諝猸h(huán)境帶來很大的污染。我國對于地源熱泵的研究相對較晚，最早始于上個世紀(jì)八十年代，但是發(fā)展的步伐非常迅速。當(dāng)今地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)已成為我國建筑節(jié)能以及暖通空調(diào)發(fā)展的重要研究課題，并積極應(yīng)用于建筑工程的實踐當(dāng)中，大量的地源熱泵設(shè)備制造和設(shè)計以及施工企業(yè)不斷涌現(xiàn)。

在工程應(yīng)用方面，地下水地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)量和范圍最為廣泛，其主要采用“單井抽灌”和“異井抽灌”技術(shù)，單項工程的建筑面積也越來越大。而土壤地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展速度最為迅速，有著非常大的應(yīng)用前景。目前，隨著地源熱泵系統(tǒng)的迅速發(fā)展，規(guī)劃和應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)的建筑面積也在逐漸擴大，其中應(yīng)用最為廣泛的地區(qū)主要集中在北方對暖氣需求較大的地區(qū)以及沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)的上海、廣州等城市，經(jīng)濟適用性較高。而在地源熱泵產(chǎn)品的生產(chǎn)上，生產(chǎn)廠家也在急劇增加，而且這些廠家也主要集中在北京、山東、上海以及大連等地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣的城市和地區(qū)。地源熱泵系統(tǒng)是一個新興的科學(xué)技術(shù)，受到社會企業(yè)的廣泛關(guān)注，發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮蟆?/p>

2 地源熱泵系統(tǒng)在發(fā)展中所存在的問題

圖1 地源熱泵系統(tǒng)循環(huán)圖

2.1 政府支持與資金投入的力度不夠

地源熱泵系統(tǒng)主要是利用淺層地能進(jìn)行進(jìn)制冷和供熱的新型能源利用技術(shù)，具有高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠、無環(huán)境污染以及節(jié)省建筑空間等優(yōu)點。然而，在地源熱泵系統(tǒng)的實際發(fā)展和應(yīng)用過程中，由于房地產(chǎn)開發(fā)應(yīng)用的投資過高，許多開發(fā)商很少會愿意采用地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)，國家政府對地源熱泵系統(tǒng)的支持力度上以及資金投入上，還稍顯薄弱，鼓勵和補貼地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展政策也相對較為缺乏。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)研究相對較淺

地源熱泵系統(tǒng)作為一種全新的科學(xué)技術(shù)，在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、系統(tǒng)圖集以及宣傳材料等方面還存在一定的缺陷。而且許多科研上的技術(shù)難題還沒有得到有效地解決。例如海水源地源熱泵系統(tǒng)的海水取水口的設(shè)置；地下水地源熱泵系統(tǒng)的地下管井的設(shè)計與施工；土壤源地源熱泵系統(tǒng)的地下溫度場的計算方法不統(tǒng)一等[1]。而對于已經(jīng)完成的地源熱泵系統(tǒng)工程，對其能效性能的評估，還缺乏一個標(biāo)準(zhǔn)的體系，這也會嚴(yán)重影響地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。

2.3 地源熱泵系統(tǒng)的實際應(yīng)用存在缺陷

地源熱泵系統(tǒng)的開發(fā)和利用是一項較為復(fù)雜的工程，它不僅涉及到地質(zhì)學(xué)、建筑工程、熱傳播、流體力學(xué)等方面的知識，它還包含著計算機與自動控制等方面的技術(shù)。在實際的地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過程中，必須要對土壤的特性進(jìn)行檢測、勘察底層的巖石性質(zhì)、優(yōu)化設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)以及在工程中工作中，要做到嚴(yán)格與規(guī)范。這樣才能是地源熱泵系統(tǒng)達(dá)到高效節(jié)能、整體優(yōu)化的效果。然而，在實際的地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用過程中，部分建設(shè)企業(yè)為降低工程投資成本，并沒有對淺層地?zé)崮芎偷叵聯(lián)Q熱性能進(jìn)行檢測，許多數(shù)據(jù)都是憑借的經(jīng)驗進(jìn)行估算，有的企業(yè)甚至完全照搬周邊建筑工程的設(shè)計參數(shù)，這會對地源熱泵系統(tǒng)的正常運行效果造成很大的影響。其次在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計和論證的過程中，并沒有對建筑的冷熱負(fù)荷進(jìn)行仔細(xì)的運算，建筑物的冷熱負(fù)荷是不斷變化的。因此，在系統(tǒng)管道埋放時，要科學(xué)確定換熱器的長度。而在設(shè)計方案確定后，缺少對熱泵系統(tǒng)的長期性能進(jìn)行分析和預(yù)測，忽略了建筑物冷熱負(fù)荷在埋管周圍的冷熱堆積效應(yīng)，這也會對地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性能造成很大的影響，有的甚至?xí)绊懙卦礋岜孟到y(tǒng)的運行。最后，在地源熱泵給施工過程中，相關(guān)的施工建設(shè)單位并沒有制定科學(xué)的地下埋管的施工和驗收標(biāo)準(zhǔn)，施工人員的技術(shù)和水平存在一定的缺陷，造成埋管準(zhǔn)經(jīng)

的孔徑和深度無法得到有效保證；下放埋管散熱器時沒有安裝隔離支架，造成“熱短路”現(xiàn)象，最終影響換熱器的換熱效果。

3 促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的主要對策

3.1 國家加大對地源熱泵系統(tǒng)的投入,支持地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展和使用

地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展和投入使用過國家的政策支持有著很大的關(guān)系。在國外，許多國家都設(shè)立了相應(yīng)的管理機構(gòu)，對地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)制定相關(guān)的政策支持，并設(shè)立相應(yīng)基金基于支持。例如，在歐洲，許多國家對電能以及其他能源的間隔關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，以促進(jìn)地源熱泵技術(shù)的發(fā)展[2]。在德國，政府并沒有制定相應(yīng)的推廣地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的政策，但是，國家通過對應(yīng)用綠色能源和HCFC制冷劑進(jìn)行補貼[3]。而且德國也有相關(guān)的地源熱泵系統(tǒng)的推廣協(xié)會，對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行推廣與質(zhì)量監(jiān)督。因此，我國也要積極建立相應(yīng)的地源熱泵系統(tǒng)管理機構(gòu)，對地源熱泵的質(zhì)量以及工程的實施進(jìn)行監(jiān)督與管理，規(guī)范地源熱泵市場，綜合生態(tài)環(huán)保、社會能源等各個方面，制定相應(yīng)的法律法規(guī)，促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)的良好發(fā)展。

3.2 通過引進(jìn)和自主研發(fā),提高我國地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)

在地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)研究方面，由于我國科技水平以及相關(guān)的地源熱泵技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。因此，企業(yè)可以通過積極引進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，并積極加以吸收，提高自身的技術(shù)能力。與此同時，相關(guān)的研發(fā)人員也要通過不斷的學(xué)習(xí)和鉆研，掌握先進(jìn)的地源熱泵技術(shù)，在地源熱泵系統(tǒng)施工中，加強對建筑物的動態(tài)負(fù)荷進(jìn)行模擬與分析實驗，掌握建筑工程下的土壤熱物理特性，并對土壤的換熱特性進(jìn)行測試和分析。此外，還需要對換熱管道的管群結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，對換熱管道的長期運行性能進(jìn)行模擬，以保障地源熱泵系統(tǒng)長期運行的正常與穩(wěn)定。

3.3 加強對操作人員的技術(shù)培訓(xùn),保證地源熱泵系統(tǒng)的正常運行

在地源熱泵系統(tǒng)的埋管施工過程中，操作人員的素質(zhì)能力對地源熱泵系統(tǒng)的運行也會造成很大的影響。因此，可以通過加強對操作人員的培訓(xùn)，使操作人員能夠在操作過程中嚴(yán)格按照相關(guān)的操作規(guī)定執(zhí)行，了解地埋管和源熱泵系統(tǒng)的工作原理，從而在冷熱負(fù)荷高峰期能夠懂得技術(shù)開啟調(diào)峰設(shè)施，保證地源熱泵系統(tǒng)的冷熱平衡功能正常。

4 結(jié)語

地源熱泵系統(tǒng)主要是一種對可再生資源的進(jìn)行運用技術(shù)，能夠有效節(jié)約社會常規(guī)能源，保護(hù)社會生態(tài)環(huán)境。在地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的過程中，還存在一定的問題，因此國家和企業(yè)要積極采取相應(yīng)的措施，通過政府的大力支持，以及企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員的不斷開發(fā)和研究，促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。

[1]陳昌富,吳曉寒,王陳棟.地埋管地源熱泵系統(tǒng)及存在問題分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012(23):121-123.

[2]馬宏權(quán),龍惟定.地埋管地源熱泵系統(tǒng)的熱平衡[J].暖通空調(diào),2012 (01):48-49.

[3]劉希臣,肖益民,付祥釗.不同形式地埋管換熱器換熱性能數(shù)值計算分析[J].煤氣與熱力,2013(2):147-149.