淺談地埋管地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化研究

房子鈺

沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院（110168）

能源是社會不斷進步與發(fā)展的動力。隨著人類生活水平的不斷提升，我們對能源的需求量也在不斷增加。建筑能耗在社會總能耗中占有很大的比重，而暖通空調作為建筑能耗中重要的部分也受到了很多關注。相較于傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)，地源熱泵這項無污染可再生能源的技術得到了大力的推廣與應用。

1 地埋管地源熱泵系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

地源熱泵系統(tǒng)起源于瑞士，這項技術在20世紀末期的歐美國家就已經(jīng)趨于完善，并開始了廣泛的應用。國內(nèi)的研究從21世紀開始在政府多項政策的支持下，地埋管地源熱泵系統(tǒng)在近些年得到了迅速的發(fā)展。

2 地埋管地源熱泵的優(yōu)點

地埋管地源熱泵又稱土壤源熱泵或土壤耦合熱泵。相對于以地下水和地表水為熱源的系統(tǒng)，地埋管地源熱泵系統(tǒng)以土壤為低溫熱源，使得系統(tǒng)具有了以下的優(yōu)點。

地埋管系統(tǒng)主要利用地下土壤中的可再生能源地熱能，因此系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保的同時可實現(xiàn)建筑夏季制冷與冬季供暖的雙向需求，還可以在熱泵系統(tǒng)理想狀態(tài)下的運行期間通過自然補償?shù)姆绞絹砘謴屯寥赖臏囟取?/p>

垂直地埋管地源熱泵系統(tǒng)的鉆井深度一般為40～200 m不等，而地表5～10 m以下的土壤溫度已經(jīng)基本上不再受到季節(jié)及氣象變化的影響，土壤的溫度場處于長期平穩(wěn)的狀態(tài)。

地埋管地源熱泵系統(tǒng)的主要設備在地下，這樣就大大節(jié)省了緊張的地上土地資源。同時地源熱泵系統(tǒng)可以實現(xiàn)一機兩用，夏季制冷冬季制熱，多余的熱量還能用于提供生活熱水，節(jié)省資源，經(jīng)濟高效[1]。

3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化研究

現(xiàn)行的地埋管系統(tǒng)大多分布在北方寒冷地區(qū)，冬季供熱所需的熱量要遠遠大于夏季制冷期所需的冷量，而系統(tǒng)在這種冷熱負荷不均的情況下長期運行導致了地下土壤的冷堆積。相反在熱帶地區(qū)，夏季所需冷量更多，在長期運行過后地下土壤會產(chǎn)生熱堆積。這種土壤溫度的不平衡性會影響機組的運行效率，不斷增加的功耗使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性降低，甚至會導致地埋管系統(tǒng)運行失效。近些年學者們不斷研究，提出了以下幾種解決方案。

3.1 增大鉆孔間距

增大鉆孔間距本質上是通過增大整體地埋管管群所占的巖土體積來增大地埋管區(qū)域的總熱容量，但是這種會增大占地面積的方法并不適用于土壤資源緊張的地區(qū)[2]。

3.2 間歇運行系統(tǒng)

間歇運行是通過頻繁開關系統(tǒng)以達到土壤自主恢復的目的，因此控制系統(tǒng)較為復雜，在系統(tǒng)設計時需考慮工程所在地區(qū)，選取合適的機組啟停比及運行起止時間。這種方式是以地下土壤溫度場的溫度來判斷是否運行系統(tǒng)，而不是以建筑內(nèi)人們的實際需求來設定。間歇運行系統(tǒng)與連續(xù)運行系統(tǒng)相比會較難滿足室內(nèi)人體舒適度。

3.3 復合式系統(tǒng)

復合式系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)實際需求的變化將單一的地熱能與其他能源耦合。如在冷負荷大時采用地源熱泵+冷卻塔復合系統(tǒng)，而在熱負荷大時采用地源熱泵+太陽能負荷系統(tǒng)。這種復合系統(tǒng)的缺點就是整體的運行策略比較復雜，系統(tǒng)控制與調節(jié)也較為煩瑣。

3.4 分區(qū)運行

將地埋管系統(tǒng)劃分成幾個區(qū)域，再將系統(tǒng)運行期按照負荷大小劃分為幾個階段。在負荷較小的階段只運行部分地埋管，以此減小地下土壤的平均溫度，達到長期穩(wěn)定運行的目的[3]。

4 結語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，使用可再生清潔能源已經(jīng)成為節(jié)約能源的重要舉措。地埋管地源熱泵系統(tǒng)作為高效利用地熱能的熱泵系統(tǒng)之一，在國家及社會環(huán)境的支持下正在飛速發(fā)展，在學者們不斷研究探討中完善理論、技術及設備，從而提升綜合效率。