地源熱泵熱平衡分析及優(yōu)化控制研究

方燕 陳鳳

1.兗礦東華建設(shè)有限公司地礦建設(shè)分公司 山東鄒城 273500

2.山東廣大工程設(shè)備有限公司 山東濰坊 261000

在地源熱泵中，借助熱泵，可實現(xiàn)對冬天大地?zé)崮艿奶嵘?，為建筑提供熱量。通過轉(zhuǎn)移大地溫度，完成冷量存儲，可應(yīng)用在夏天。受到夏天溫度較高的影響，熱泵能夠?qū)⒔ㄖ?nèi)熱量導(dǎo)向地下，實現(xiàn)建筑降溫?？傮w而言，地源熱泵系統(tǒng)可以完成對地表淺層的利用，在高效節(jié)約方面優(yōu)勢顯著[1]。

1 地源熱泵熱平衡分析

基于地源熱泵，其主要通過利用地?zé)釗Q氣，提取地表淺層溫差能，借助熱泵機組，實現(xiàn)對熱源的擴散，完成對熱源向周圍的擴散。在熱泵系統(tǒng)常年運行的情況下，要想實現(xiàn)有效利用地表淺層熱能，在熱能提取、放出的過程中，應(yīng)加大對土壤源熱泵熱平衡問題的重視度。以我國實際情況作為出發(fā)點，我國國土廣闊，針對區(qū)域不同，存在氣候差異較為顯著，因此，在我國相當(dāng)一部分區(qū)域，建筑物均會出現(xiàn)地表淺層冷熱不平衡的情況特別是在我國西北地區(qū)，在建筑物中，其地表冷熱負荷相對較大，因此，在常年進行熱量提取、放出工作的過程中，應(yīng)切實落實熱量平衡工作，以免形成熱堆積情況，造成土壤熱失衡。同時，針對土壤熱失衡，當(dāng)該現(xiàn)象發(fā)生后，難以通過土壤自身運動修復(fù)。在嚴重的情況下，將會導(dǎo)致無法得到土壤能量的提取，完成相應(yīng)的循環(huán)、利用工作[2]。

圖1 地源熱泵運行圖

以運行原理角度出發(fā)，地源熱泵主要作用于地表淺層中，完成對熱能的提取和放出，實現(xiàn)夏季制冷、冬季供熱。借助地源熱泵，其既能夠在夏季運行，同時還能夠在冬季運行，具有交替性。結(jié)合設(shè)備使用，地表土壤既是能源載體，同樣還是重要的傳遞介質(zhì)。借助埋管，實現(xiàn)對溫度的傳遞，根據(jù)埋管鋪設(shè)的路徑，實現(xiàn)對熱量的擴散。圍繞鉆孔半徑范圍，基于土壤溫度降低、升高而言，無論是鉆孔熱擴散半徑，還是自身熱擴散體積，均在其中起到十分關(guān)鍵的作用。在地表土壤中，其被視為一種儲能體，負責(zé)儲存能量，但是要想實現(xiàn)能量的擴大，將切實擴大儲存體積，使土壤溫度在變化幅度方面呈現(xiàn)出降低趨勢。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)落實對鉆孔位置的選擇，通過合理把控間距，避免出現(xiàn)埋管之間互相干擾的問題。另外，還要注意溫度疊加情況，以免造成土壤溫度變化幅度較高。在常年工作的情況下，地源冷熱負荷存在明顯較大現(xiàn)象，將會加大熱平衡出現(xiàn)的可能性，進而形成熱堆積。在熱堆積出現(xiàn)后，土壤在冷熱溫差方面將會進一步加大，造成生態(tài)環(huán)境受到影響，這一問題也是相關(guān)工作人員關(guān)注的重點所在。結(jié)合我國相關(guān)區(qū)域，在生態(tài)環(huán)境中，大地?zé)崃髋c其關(guān)聯(lián)性十分密切。在區(qū)域內(nèi)大地?zé)崃鬏^高的情況下，則區(qū)域生態(tài)環(huán)境較為良好，生態(tài)體系十分完善。圖1為地源熱泵運行圖。

2 地源熱泵熱平衡優(yōu)化控制

2.1 提高工作人員認識

以從業(yè)人員展開分析，應(yīng)做好對地源熱泵的正確認識。在本質(zhì)上，相當(dāng)一部分工作人員在地源熱泵機的認識方面，將其作為地表淺層熱能交換的一種操作，可完成對建筑物的制冷、供熱。認為地?zé)崾呛銣責(zé)崮埽≈槐M，用之不盡。但是結(jié)合實際操作，相關(guān)工作人員應(yīng)明確要想實現(xiàn)熱源平衡，將保持抽取熱量與釋放熱量的一致性。這也是當(dāng)前地源熱泵設(shè)計、使用的重要方法，可有效實現(xiàn)對土地弱勢問題的改善。同時，針對夏季、冬季在負荷上存在較大差距的地區(qū)，應(yīng)將相關(guān)輔助設(shè)備充分考慮在內(nèi)，使地下埋管熱量降低。以我國南方地區(qū)為例，對比冷、熱負荷，其冷負荷相對較高，因此，以冬季負荷情況作為參考，應(yīng)做好對埋管長、深度的計算，在必要的情況下，可另外設(shè)置冷卻塔，確保地源熱系統(tǒng)不會影響到地下熱能。

2.2 地埋管換熱器密度提升

結(jié)合地表淺層，應(yīng)切實落實地源熱泵產(chǎn)生影響的降低，可以地埋管換熱器密度作為出發(fā)點，優(yōu)化其布置面積的增加。但是在實際工作中，受到占地面積、工程預(yù)算的影響，將會造成布置面積難以得到有效增加。近年來，樁基埋管技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛化，可以實現(xiàn)對埋管面積不足的解決。具體分析其原理，可將地下U型管換熱器進一步埋入到建筑混凝土樁基中，實現(xiàn)埋管面積的擴大，同時，借助樁基，在周邊土地中，能夠得到有效換熱[3]。

3 結(jié)語

目前，在建筑空調(diào)中，地源熱泵可作為冷熱源，其系統(tǒng)相對較為復(fù)雜，存在成本高的缺點。但是就運行而言，其費用相對較低，在節(jié)約能源方面效果顯著。近年來，我國在保護環(huán)境、節(jié)約能源等方面重視度較高，因此，地源熱泵的應(yīng)用前景十分良好。