試析地源熱泵系統應用過程中的常見問題

吳玉民

摘要：地源熱泵工程在我國已經形成集設備生產、材料供應、系統設計和工程安裝為一體的完整產業鏈。結合我國當前實際，介紹了地源熱泵的技術優勢，并且針對地源熱泵應用中出現的問題，提出了一些應對措施，進而給出了地源熱泵與其他技術的結合形式，為實際應用中保證地源熱泵系統的節能效果提供一些參考。

關鍵詞：地源熱泵；存在問題；策略

中圖分類號： S972.65文獻標識碼： A

引言

隨著社會的發展，環保問題的日益嚴峻，世界各國越來越重視對可再生資源的開發利用。目前在我國，地源熱泵已經形成集設備生產、材料供應、系統設計和工程安裝為一體的完整產業鏈。我國地源熱泵市場規模年增長率超過同期世界平均發展速度。但我們必須正視目前地源熱泵行業發展中存在的問題與不足，結合實際及時解決，以促進地源熱泵行業健康發展。

一、地源熱泵應用中存在的主要問題

1、初投資大，與我國國情相沖突

土壤源熱泵初投資較大。土壤源熱泵初投資不但包括傳統空調系統的地面上的管路及設備的費用，還要包括地面下的換熱器的費用，而且還包括初期的勘測、鉆孔、及地下管路敷設等費用。北方地區還要考慮防凍，水管要進行保溫，也增加了初投資。某些地區單是鉆井費用可能占到整個系統初投資的50%以上，有些投資者可能會回到傳統的空調，這是土壤源熱泵系統不能大量投入使用主要原因之一。

土壤源熱泵系統地下埋管換熱器的鋪設需占用大片的土地資源，且由于埋管深度和換熱器材料的影響，埋管換熱器的上方一般不允許再建造其它建筑，這與我國地少人多的國情不相符。雖然近年來出現了利用建筑物地基內的工程樁或灌注樁布置地埋管換熱群的方式，在一定程度上緩解了土地所帶來的壓力，但這種新的形式存在維修困難、土壤熱失衡等問題。一旦地埋管發生泄漏，基本上無法對該換熱井進行維修，只能棄之不用，這勢必將影響整個系統的換熱性能。

2、室內外管線系統施工及質量存在問題

室內外管線系統是地源熱泵施工的主要組成環節，這方面存在的問題主要表現在以下幾方面：（1）埋管方式。一些地源熱泵空調工程室外換熱管路采用“水平埋設”的方式，減少初期投資，降低了施工難度，但占用空置地表面積大，影響埋管部位的場地運用，由于水平埋管埋設的深度都比較淺，容易受到大氣溫度影響；（2）部分地源熱泵空調工程室外換熱管路回路形式采用串聯系統。串聯系統具有：管徑和流程單一，回路系統內的雜質、空氣和廢物易排除等優點，但管道安裝、使用費較高，需要添加比較多的抗凍劑，以及單位長度內壓力較大等缺點；（3）在管材及下管的方法方面，管路采用的管道材質達不到熱量傳遞好、耐腐蝕性強的要求，影響換熱質量和運行效果；（4）個別地源熱泵空調工程中，換熱管路從室外進入，直接將多路管道連接后接入熱泵機組，導致每組換熱回路長度不同，管道內阻力不同，壓降也不同，流速不一，造成整個換熱回路系統不均衡。

4、地下水源熱泵存在的問題

（1）地下水源的探測開采問題

水源的探測、開采技術與相應的開采成本制約著地下水地源熱泵系統的廣泛應用。地下水地源熱泵系統在理論上是可以利用一切地下水資源的，可是在實際系統工程中，地理環境的制約，地下水資源的不同特點造成成本投入差異大，其中地下水地源的：水量是否充足、水溫的特點、水質情況以及水源供水穩定性等條件，都制約著地源熱泵系統的施工與應用。（1）要有充足的水源，才能滿足用戶供熱負荷或制冷負荷的需要；（2）水源的水溫必須符合機組運行工況要求；（3）水源的水質應適合于熱泵系統機組、管道和閥門的性能要求，減少的堵塞和腐蝕性損壞；（4）要保證水源的供水功能具有長期性、可靠性，從而確保地下水地源熱泵空調系統長期、穩定的運行。我國地理位置特點的特殊性，造成不同地區、不同水文地質條件的水源不一定適宜工程的要求。水文地質條件差，打井深度將增加，打井成本也會隨之增高，造成回灌困難，增加打井數量，從而使系統的費用大幅增加，造成地下水地源熱泵系統的投資經濟性要因地制宜。

（2）能否保證抽取地下水的完全回灌

我國水資源非常缺乏，主管部門對開采地下水有嚴格管理，為保證地下水源熱泵系統長期正常運行，補充地下水源，調節水位，維持儲量平衡，必須進行100%同層回灌。同時，為避免在熱泵裝置中冷卻或加熱后回灌到地下的水，因短路而被抽回，回灌井與取水井之間應保證一定距離。國家相關標準規定一口抽水井至少要對應兩口回灌井，但實際工程中，投資方與施工方由于成本問題往往會少打回灌井或不打回灌井，造成地下水資源的大量浪費；且由于回灌技術的不成熟，抽取的地下水并不能完全的回灌到地下去，甚至出現地表水直接地表排放的情況。

地下水屬于一種地質資源，如無可靠的回灌，將會引發嚴重的后果。地下水大量開采引起的地面沉降、地裂縫、地面塌陷等地質問題日漸顯著。地面沉降除了對地面的建筑設施產生破壞作用外，對于沿海臨河地區還會產生海水倒灌、河床升高等其它環境問題。而一旦出現地質環境問題，往往是災難性和無法恢復彌補的。

（3）熱泵的換熱對水體中生態環境的影響

在地表水源熱泵運行過程中，由于建筑物夏季的空調負荷與冬季的采暖負荷與水源水體的熱承受能力不匹配，將會導致水源水體不同程度的溫升，從而對水生生態系統中的水體理化性質以及浮游植物、浮游動物和魚類等生生物的分布、種類和生物量造成一定的影響，破壞水域的生態環境，如：水生生物代謝增強，部分細菌和浮游藻類加速生長；水體富營養化加重。富營養化加重和水溫升高的水體又會影響系統工作的穩定性、高效性和安全性。

二、地源熱泵應用的改善策略

1、因地制宜，科學規劃

我們在推廣地源熱泵技術應用過程中要保證規劃先行，避免盲目開發和利用可再生能源所造成的不必要的浪費。在規劃時，要考慮到當地得天獨厚的水文地質條件，結合地理環境、水文地質的特點，制定有利于推廣地源熱泵技術的可行性長遠計劃，從而達到科學、規范地推廣地源熱泵技術的目的，為節能減排、改善城市環境發揮了重要作用

2、科學論證，適度發展

由于地下水地源熱泵空調系統要實現全部回灌，所以對成井工藝設計和施工要求極高。因此，必須是具有相關資質的單位承擔勘察、設計、施工和監理工作，并嚴格按照國家和地方的相關法規按程序進行論證和審批。要科學規劃、適度規模、慎重發展，避免破壞水文地質環境，防止地面沉降或地質塌陷的發生。

3、管線系統施工質量

第一，采用垂直埋管的方式，合理布置換熱管路，這樣既可有效節約土地使用面積；第二，采用并聯系統安裝換熱管路，這樣做具有管徑小、管道安裝和運用費用比較低和抗凍劑使用量少的優點；第三，由于換熱管路要長期埋設于地下，所以要求換熱管路既要使用壽命長，又要換熱效率高，應采用國內外地源熱泵空調工程應用較多的高密度聚乙烯管，采用專用設備進行熱熔焊接；第四、必須做好保溫，否則會造成能量的損失。

結束語

隨著科學技術的發展，新技術、新工藝、新材料在地源熱泵的施工中得到應用，必須在實際工作中不斷總結的經驗教訓，不斷改革，加強在施工、驗收及日常監督工作的科學性、合理性，消除那些為了節約投資擅自降低技術標準而產生的隱患，逐步完善和提高安裝工藝水平，使地源熱泵空調發揮它應有的作用。

參考文獻

[1]葉水泉,范慶,郭盛楨.冰蓄冷與地源熱泵耦合應用技術[J].電力需求側管理,2010年.

[2]馬志強.地埋管地源熱泵系統垂直井孔回填材料研究[J].工程勘察，2010年.

[3]梁路軍，羅迎賓。柴雅靜等.地下水源熱泵系統的推廣對地下水資源的影響分析[J].供熱供冷，2009年.