地埋管地源热泵(ground-coupled heat pump)系统的研究和项目实施是我国地源热泵(ground source heat pump)系统三种形式中开始最晚的一种, 其造价和运行费用相对也较地下水地源热泵(ground water heat pump)和地表水地源热泵(surface water heat pump)系统要稍高。
但这些并不妨碍地埋管地源热泵的迅速发展, 原因在于地埋管地源热泵采用地埋管换热器(ground heat exchanger)内循环水换取土壤中贮存的温差能, 没有对自然水源的开采和污染的担心, 因此适用性更广, 安全稳定性更高, 尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源。
与欧美地埋管地源热泵主要采用水平埋管式地埋管换热器、通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同, 我国的地埋管地源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑, 地埋管换热器一般采用在一定区域内密集布置的竖直单U 甚至双U 形地埋管换热器群, 近年来还出现了利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置地埋管换热器群的新方式。这些密集型竖直埋管的方式虽然能较好地适应中国地少人多的国情, 但是也带来了技术上的隐患, 那就是地埋管换热器布置范围内的土壤热失衡问题, 它已经引起了各方面对此技术长期运行效果越来越多的担心。
地埋管换热器夏季累计向土壤的放热量与冬季从土壤的取热量一般并不一致, 这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力, 造成其温度不断偏离初始温度, 并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降, 这即通常所说的地埋管地源热泵热失衡问题。
在我国东北以供暖为主的地区, 理论上也可能出现地埋管地源热泵连年运行后土壤温度下降, 但以供暖为主的系统采用辅助热源的比例较高, 实际出现土壤失衡的可能性较小。
在夏热冬冷地区, 建筑物夏季供冷的时间要比冬季供暖的时间长约2 个月, 供冷负荷的绝对值也要比热负荷的绝对值高出近1 倍, 在以供冷为主的地区这种差异更大。这样, 系统运行一年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升, 严重时会造成夏季高峰负荷期地埋管换热器内循环冷却水温度达40 ℃以上, 引起热泵机组制冷效率严重降低。
地埋管换热器的实际传热过程是一个复杂的非稳态传热过程, 它以土壤导热为主, 但同时还包括了土壤多孔介质中的空气、地下水体的自然对流以及地下水的迁移传热, 因此土壤的热物性、含水量、土壤初始温度、埋管材料、管径和流体物性、流速等都对单个地埋管换热器的传热过程产生影响。只要设计能保持每年空调系统从地下取放热差值不超过土壤固有的散热能力, 就可以保持全年的热平衡。
国内的地埋管地源热泵运行时间都不很长, 其持久运行情况还有待观察。从目前运行中暴露出来的问题来看, 运行中的土壤热失衡主要可以分为以下几种情况:
出现最多的情况是为了节省地埋管地源热泵系统的初投资, 地埋管换热器数量布置过少, 从而引起空调季持久运行特性变差。市场中恶性竞争引起的价格战助长了这种行为的蔓延, 应该引起足够重视。
另外一种出现较多的情况是由于可供地埋管换热器布置的面积较小, 从而减小了地埋管换热器间距, 使得单个地埋管换热器的扩散半径减小,降低了持久运行特性。
3）热泵机组与地埋管换热器组群设置不匹配, 造成局部土壤温升过高。
因为操作人员嫌麻烦, 空调季随着负荷增长不及时甚至完全不开启调峰设施, 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, 导致系统冬夏季节取放热量不平衡率大于设计值, 土壤出现热堆积。
有些操作人员在部分负荷时间只开启部分热泵机组, 但不关闭其余热泵机组的阀门, 导致运行中机组的冷却水流量因为分流而过小, 从而冷却水温升过高。这种问题其实不属于土壤热平衡问题, 完全可以通过改进运行管理来方便地解决。
地埋管地源热泵的热失衡问题并不是技术上的难题, 完全可以通过系统的合理设计和规范化的运行管理进行规避。
解决的方法在于减小地埋管换热器群的密集度和冷热负荷的不平衡率：1）前者可以通过增大地埋管换热器布置的间距、减小地埋管换热器单位深度承担的设计负荷等措施进行；2）后者可以通过设置系统调峰、采用热泵机组热回收技术减少夏季排热等措施实现。
有调峰的复合式系统的整体经济性更好, 因此条件具备时应该优先考虑作为解决土壤热失衡的主要措施。但是应该注意调峰系统同时也提高了剩余地埋管换热器的使用频率, 因此调峰后土壤承担的冬夏负荷不宜相差过大。
利用带热回收功能的地埋管地源热泵机组提供生活热水, 在冬季增加了地埋管地源热泵系统的取热负荷, 在夏季回收了热泵机组向地下的冷凝排热, 在过渡季节部分带有全热回收功能的热泵机组还可以作为热水机使用从地下取热, 这对缓解土壤热失衡非常有益, 同时也可以提供廉价的生活热水, 对有生活热水需要的项目也是非常适合的一个技术手段。
3）此外, 条件适合时还可以采用以下技术手段缓解土壤热失衡问题:
1）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,部分负荷时优先使用地埋管换热器布置的周边回路, 以延长地埋管换热器的温度自然恢复时间, 避免中心局部过热。
2）在地埋管换热器布置场地中心位置布置温度传感器, 对空调季土壤温度进行实时检测, 当土壤温升超过规定数值后, 启动调峰系统运行。条件合适的地埋管地源热泵机房还可以设置自动控制和管理系统, 以确保地埋管地源热泵系统处于较好的控制和调节状态。
3）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。
4）对冬夏季节土壤热负荷差异较大的项目可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以冷却地下土壤, 可以很好地解决热失衡问题, 并不影响系统经济性。由于地埋管地源热泵系统在夏热冬冷地区的主要节能优势在冬季, 在夏季, 常规冷水机组的效率提升并不明显, 因此在夏季灵活启动冷却塔并不降低系统的效率和经济性,但可以很好地改善土壤热失衡状况。
（以上信息来源自网络）
绿特国创-是中国安能集团旗下的以高端热泵和节能为核心技术，国内顶级非标冷暖设备、中央空调定制专家，是建筑和工业节能及能源投资运维综合服务商。
一、产品主要应用场景：
一）空调领域
1、舒适空调：需要供冷供暖各类建筑，如宾馆、酒店、写字楼，医院、学校、住宅小区、商场超市、城市综合体、物流园、工业园区厂房、车间。
2、净化空调：医院、净化车间等需要恒温恒湿净化的场所。
3、工艺空调：工厂工艺降温冷却。
二）供热、卫生热水领域
1、大面积集中供热、住宅小区、医院，学校，写字楼、宾馆酒店、别墅、农村住宅、工厂车间。
2、生产工艺加热及热水，如管道输送伴热，原油加热、酸洗电镀槽加热、各类需要热水和清洗的车间、洗浴等。
三）农业种植、养殖及烘干领域
1、花卉、蔬菜、水果种殖大棚加热（降温）恒温恒湿。
2、各种菌类种植恒温恒湿，二氧化碳含量控制。
3、鸡、鸭、鹅、猪舍恒温通风。
4、海水养殖池水加热恒温。
5、各类农副产品、工业品、污泥等需要烘干的产品。
四）冷冻冷藏冷链物流领域
各类氟系统中高温速冻库及冷链物流办公场所的中央空调。
五）节能领域改造，合同能源管理
1、建筑节能，各类建筑供冷、供热、卫生热水的节能改造。
2、工业节能，针对矿山、油田、电厂、钢铁、冶炼、化工、造纸、纺织印染和数据中心等有余热的企业，提供最优化能源节能方案及设备。
3、投资回收期三年以内的节能项目或4年以内的以学校、医院和公建项目为主的供冷供热投资运维项目。
二、主导产品有:
一）空气源热泵
1、大型螺杆式超低温空气源热泵，适应-40℃以内地区，比模块机节能15%以上，综合造价低10%，寿命25年，噪音低，占地面积小，适合大面积区域供冷供热（热水），低温模块式空气源热泵机组3-100匹，型号齐全。
2、煤改电户用空气源、热泵热风（水）机，适用于农村别墅、住宅供冷供热。
二）水地源热泵
1、工业余热型热泵在热源侧进水温度65-70℃时，最高出液温度165℃，或出120和165℃蒸汽，能效分别为3.5和2.5，适用于有工业余热需要高温热水或蒸汽场合。
2、降膜式水（地）源热泵机组（江、河、湖泊、污水、海水、地热尾水），能效比高6.3以上，适用于有上述水源地区和污水处理厂及污水管道附近各类建筑的供冷供热。
三）能源塔热泵，适应环温-30℃以内建筑供冷供热，特别适合老建筑节能改造，水源热泵及地热井改造。
四）特种热泵和节能设备非标定制。
====================
绿特感谢您的关注
官方网站：http://www.sd-lt.cn
官方微信：sdlvte
阿里巴巴店铺：http://lvtekongtiao.1688.com
新浪微博：www.weibo.com/lvtekongtiao
腾讯qq:2516782612
咨询热线：4008-188-199
