地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

区域供热２０１５．２期　地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施　北京市建筑设计研究院深圳院徐成　【摘　要】介绍了地埋管地源热泵系统的基本原理与特点，总结了地埋管系统出　现热失衡的几种常见情况，分析了出现热失衡的原因，并针对常见的热失衡现象提出　了具体的解决措施。　【关键词】　地源热泵　失衡策略措施　Ｏ　引言　室内供热．如果冬季热泵从地下取走的热量　与夏季排入地下的热量相等．那么冬季土壤　近年来在节能环保和能源紧缺的大环境　下．地埋管地源热泵系统在我国北方尤其是　夏热冬冷地区逐渐受到设计院、政府及建设　下降的温度将与夏季土壤上升的温度相等　经过一年供冷供热周期后地下土壤的温度基　本上会是恒定的．不会产生热堆积或冷堆积　１．２地埋管地源热泵系统的特点　地埋管地源热泵系统之所以能广泛的被　推广．与它的很多优点是密不可分。首先，它　方的青睐，几乎成为夏热冬冷地区全年供冷、　供热的最佳选择　它不但可以采用一套设备　兼做冷热源．而且全年的冷热量输出稳定．不　受室外气温变化的影响．能效比也要比空气　源热泵系统高．夏季供冷时不会把冷凝热排　人大气．增加城市的热岛效应　ｌ地埋管地源热泵系统的基本原理与　特点　１．１　地埋管地源热泵系统的基本原理　地埋管地源热泵系统是通过地埋管换热　既不受地表温度变化的影响．也不受地心高　温的影响．制冷量和制热量的输出是常年稳　定的　其适用的地理范围比空气源热泵系统　的适用范围更广　其次．地埋管地源热泵系统　的效率高．其制冷与制热效率一般均可比空　气源热泵效率高２０～４０％　再者。地埋管地源　热泵系统充分利用了夏季制冷时的冷凝热．　器把夏季制冷的冷凝热全部排入并储存在地　下土壤、乱石、岩石与含水层中，冬季供暖时　再取出来，通过热泵升温后向建筑供暖。由于　地下３０～３００米的土壤温度基本上是恒定的．　不随室外气候条件的变化而变化　热泵在夏　存储于地下．有效地减轻了城市的夏季热岛　效应．同时还可以提供全年的生活热水。　地埋管地源热泵系统并不是一种万能的　空调系统，它也有自己的缺点。首先，它投资　季供冷时．向地下排放冷凝热．经过整个夏季　冷凝热的排放与积聚．地下土壤的温度会有　一高．因为地下钻井埋管和打井都需要高额的　费用．有的工程地下钻井埋管的费用甚至与　定的升高．但是冬季供热时．热泵又要不断　地上空调系统的费用接近　这也使其很难被　一的从地下土壤中吸取热量．经热泵升温后向　一些经济实力一般的建设方所接受。再者，地　，（　一　埋管地源热泵系统很容易出现热不平衡导致　热堆积或冷堆积．然而对于热平衡，《地源热　泵系统工程技术规范））ＧＢ５０３６６—２００９中又有　明确规定：地源热泵系统夏季最大释热量＝∑　［空调分区冷负荷　（Ｉ＋Ｉ／ＥＥＲ）］＋∑输送过程　得热量＋∑水泵释放热量。地源热泵系统冬季　最大吸热量＝∑［空调分区热负荷　（１＋１／　ＣＯＰ）］＋∑输送过程失热量一∑水泵释放热量。　最大释热量和最大吸热量与建筑设计冷热负　荷要相对应．并且相差不大，可避免因吸热与　释热不平衡引起的岩土温度升高或降低。但　是实际工程中夏季释热过多．冬季取热过少　的热不平衡项目很多　因此热平衡也就成为　地埋管泵系统的最大特点　２地埋管地源热泵系统的热失衡的常　见情况及解决措施　地埋管地源热泵系统的热平衡如果处理　不好很容易影响其使用寿命周期及系统高　效、节能可靠的运行。现实中因热平衡没处理　好而失败的项目也很多．有的项目运行一两　年导致土壤温度升高就不能运行．本来是想　花巨资来换取节能的　反而得不偿失　究其原　因有很多．有施工上的原因，也有运行管理上　的．也有设计不合理的　笔者从自己亲身经历　的项目和相关资料上搜集并归纳出以下几种　常见的热失衡情况原因及相应的解决措施　２．１　地埋管地源热泵系统的热失衡的常　见原因　１）设计所必需的地质构造热物理参数、　岩土初始平均温度不准确。只是参照相关数　据而没进行岩土热响应试验．也没有可靠的　数据来源．导致设计不精确合理　２）施工时为了节省投资．地埋管换热器　管材选用质量差而不可靠的．而且地埋管换　热器数量布置又过少．从而导致空调季持久　运行时不稳定　市场中恶性竞争引起的价格　战助长了这种行为　３）施工质量差，不科学施工．不按规范施　工。由于地埋管是地下隐蔽工程．施工时不自　区域供热２０１５．２期　觉精心施工．如果加上监管不严．很容易出问　题，进而导致施工后．地埋管侧的水温差很　小。　４）复合式系统管理运行不当　运行操作　人员嫌麻烦．空调季随着负荷增长不及时甚　至完全不开调峰设施．或经常在空调负荷不　大时只开调峰设施而不运行地埋管地源热泵　系统．都将影响调峰设施的冷热平衡功能．进　而导致冬夏季取放热量不平衡．土壤出项热　堆积　５）运行管理不善，过渡依赖于自控系统。　任何控制系统都不是万能的．都需要人来调　控和监视管理．控制失灵会导致热泵系统管　路上的转换阀门不能开启或关闭．进而导致　冷却水温过高或过低　２．２地埋管地源热泵系统的热失衡的解　决措施　解决地埋管地源热泵系统的热失衡问题　并不是技术上的难题．我们完全可以通过系　统的合理设计、规范化施工和运行管理来避　免。　１）科学有依据的设计。通过计算全年的　动态负荷来分析确定地埋管的设计和运行方　案。　２）施工时要按规范施工。施工方需有相　关资质和经验．地埋管换热器选用质量可靠　的，地埋管换热器的布置间距要合理．换热器　的数量要留有一定余量　３）设置调峰系统、采用热泵热回收技术　等减少夏季的排热，同时还能提供生活热水　４）将地埋管换热器与热泵机组对应设置　成多个回路，轮流使用，部分负荷或过渡季节　时优先使用地埋管直接供冷．当地源水温增　加到一定温度时．再开启地源热泵机组供冷　５）地埋管地源热泵即使不采用复合式系　统，也可以预留冷却塔位置和接口．以保证如　果持续运行出现土壤温升超出控制范围．启　动冷却塔辅助冷却　６）对冬夏季土壤负荷差异较大的项目可　－１０５－　区域供热２０１５．２期　以采用夏季冷却塔优先开启运行的复合式系　统，或者在空调不运行的夜间将冷却塔和地　埋管换热器串联使用．冷却地下土壤．可以缓　解热失衡　环保的空调系统．其热失衡问题我们完全可　以通过合理的设计、规范的施工、科学的运行　管理来解决避免　本文中提到的热失衡现象　及解决措施是笔者遇到的和从相关资料上收　７）利用地源热泵夏季制取高温水与溶液　除湿热泵热回收技术相结合．不但可以提高　机组的能效比．而且还可以减少机组的排热　量进而减少地埋管换热器的数量　缩小冬夏　季土壤热负荷的差距　集整理出来．在此写出来与同行们分享．希望　同行们在以后的工作中能尽量避免这些类似　的情况出现　参考文献　８）根据负荷的增减情况．合理地确定运　行策略．并设置有效的土壤温度检测系统和　相应的调节控制系统　９）注重和加强对地埋管地源热泵系统的　运行管理　运行管理不善会引起甚至放大土　壤冬夏季取放热的不平衡率．因此对操作人　员进行相关培训．减少不必要的热失衡　３结束语　［１］陆耀庆．实用供热空调设计手册［Ｍ］．２版．北京：　中国建筑工业出版社．２００７　『２］中华人民共和国住房和城乡建设部．ＧＢ５０３６６—　２００９地源热泵系统工程技术规范『Ｓ］．北京：中国　建筑工业出版社．２００９　［３］汪训昌．关于发展地源热泵系统的若干思考［Ｊ］．暖　通空调．２００７．３７　『４］马宏权，龙惟定．地埋管地源热泵系统的热平衡　『Ｊ］．暖通空调，２００９，３９　北—址ｎ儿　Ｌ儿　儿儿儿“舢　Ｍ　儿Ｍ儿　儿—“　地埋管地源热泵系统是一种节能、低碳　驰儿舢　业儿ｎ儿ｎ　儿　儿舢ｊ屯　Ｊ止』止　儿（上接第９７页）　信息技术能极大提高企业获取新技术、　新工艺、新产品和新思想的能力。社会大环　境下的信息化高速发展．促使各个企业扩展　息的方式．使管理者对企业内部和外部信息　的掌握更加完备、及时和准确。　３．７提升集团人力资源素质　视野．互相学习、借鉴，同时增加了市场竞　争．迫使企业更加重视创新．以提高自身竞争　力。　企业信息化．可以加速知识在企业中的　传播　例如．集团培训中心牵头搭建的北京热　力网络学院．提供８００多门课程．使企业领导　与全体员工知识水平、信息意识与信息利用　能力都有所提高．提升了企业人力资源的素　质及企业文化的环境　４结论　３．５促进集团提高管理水平　信息化不只是计算机硬件本身．更为重　要的是与管理的有机结合。即在信息化过程　中引进的不仅是信息技术．而更多的是通过　转变传统的管理观念，把先进的管理理念、管　理制度和方法引入到管理流程中．进行管理　创新　以此建立良好的管理规范和管理流程．　构建扎实的企业管理基础．从而提高了企业　随着计算机技术和通信技术的发展和应　用．大型供热企业信息化已成为供热行业实　现可持续发展和提高竞争力的重要保障。大　型供热企业应该采取积极的应对措施．以推　的整体管理水平　动企业信息化的建设进程。因此，走信息化、　智能化之路必然是大型供热企业运营管理的　发展方向　信息化管理是大型供热企业生存　与发展的必由之路　３．６提高企业决策的科学性、正确性　完备的信息是经营决策的基础　信息技　术改变了企业获取信息、收集信息和传递信　一ｌｎ６一