基于地源熱泵系統發展現狀的有關問題思考

吳建華

(山東方亞地源熱泵空調技術有限公司,山東濟南 250014)

基于地源熱泵系統發展現狀的有關問題思考

吳建華

(山東方亞地源熱泵空調技術有限公司,山東濟南 250014)

地源熱泵系統主要是通過應用淺層地能進制冷和供熱的新型能源利用技術,地源熱泵根據逆卡若循環的原理將地下土壤熱量和冷量轉移到需要的地方,用作空調制熱和制冷的設備。本文主要對地源熱泵系統的發展現狀以及發展中所存在的相關問題進行分析和思考,并提出相應的解決措施。

地源熱泵系統 發展現狀 問題思考

地源熱泵系統的開發和利用所涉及的知識和技術非常復雜，其主要是換熱器埋在淺層地下，通過水在封閉的環路換熱管道中循環流動，進而與淺層土壤進行冷熱交換。在夏季溫度較高的時候，可以通過地源熱泵系統將建筑內的熱量轉移到地下，對房間進行制冷降溫。同時把轉移的熱量儲存起來，以備冬季使用。而在冬季氣溫較穩寒冷的時候，同樣通過地源熱泵系統把熱量轉移到室內，對房間進行供暖，同時儲存冷量，以備夏季使用。大地土壤為地源熱泵系統提供了一個良好的能量儲存源泉，使得地源熱泵系統能夠在不同環境下進行能量轉換，如圖1所示地源熱泵系統循環。

1 我國地源熱泵系統的發展現狀

隨著我國經濟的不斷發展，人們的生產和生活對能源資源的消耗也越來越嚴重，這對我國能源資源帶來很大的負擔。而且我國北方冬季采暖主要是以煤炭燃燒為主，這也會當地的空氣環境帶來很大的污染。我國對于地源熱泵的研究相對較晚，最早始于上個世紀八十年代，但是發展的步伐非常迅速。當今地源熱泵系統技術已成為我國建筑節能以及暖通空調發展的重要研究課題，并積極應用于建筑工程的實踐當中，大量的地源熱泵設備制造和設計以及施工企業不斷涌現。

在工程應用方面，地下水地源熱泵系統應用的數量和范圍最為廣泛，其主要采用“單井抽灌”和“異井抽灌”技術，單項工程的建筑面積也越來越大。而土壤地源熱泵系統的發展速度最為迅速，有著非常大的應用前景。目前，隨著地源熱泵系統的迅速發展，規劃和應用地源熱泵系統的建筑面積也在逐漸擴大，其中應用最為廣泛的地區主要集中在北方對暖氣需求較大的地區以及沿海經濟發達的上海、廣州等城市，經濟適用性較高。而在地源熱泵產品的生產上，生產廠家也在急劇增加，而且這些廠家也主要集中在北京、山東、上海以及大連等地源熱泵系統應用范圍較廣的城市和地區。地源熱泵系統是一個新興的科學技術，受到社會企業的廣泛關注，發展潛力非常巨大。

2 地源熱泵系統在發展中所存在的問題

圖1 地源熱泵系統循環圖

2.1 政府支持與資金投入的力度不夠

地源熱泵系統主要是利用淺層地能進行進制冷和供熱的新型能源利用技術，具有高效節能、穩定可靠、無環境污染以及節省建筑空間等優點。然而，在地源熱泵系統的實際發展和應用過程中，由于房地產開發應用的投資過高，許多開發商很少會愿意采用地源熱泵系統技術，國家政府對地源熱泵系統的支持力度上以及資金投入上，還稍顯薄弱，鼓勵和補貼地源熱泵系統的發展政策也相對較為缺乏。

2.2 地源熱泵系統的技術研究相對較淺

地源熱泵系統作為一種全新的科學技術，在國家標準規范、系統圖集以及宣傳材料等方面還存在一定的缺陷。而且許多科研上的技術難題還沒有得到有效地解決。例如海水源地源熱泵系統的海水取水口的設置；地下水地源熱泵系統的地下管井的設計與施工；土壤源地源熱泵系統的地下溫度場的計算方法不統一等[1]。而對于已經完成的地源熱泵系統工程，對其能效性能的評估，還缺乏一個標準的體系，這也會嚴重影響地源熱泵系統的發展。

2.3 地源熱泵系統的實際應用存在缺陷

地源熱泵系統的開發和利用是一項較為復雜的工程，它不僅涉及到地質學、建筑工程、熱傳播、流體力學等方面的知識，它還包含著計算機與自動控制等方面的技術。在實際的地源熱泵系統應用過程中，必須要對土壤的特性進行檢測、勘察底層的巖石性質、優化設計地源熱泵系統以及在工程中工作中，要做到嚴格與規范。這樣才能是地源熱泵系統達到高效節能、整體優化的效果。然而，在實際的地源熱泵系統應用過程中，部分建設企業為降低工程投資成本，并沒有對淺層地熱能和地下換熱性能進行檢測，許多數據都是憑借的經驗進行估算，有的企業甚至完全照搬周邊建筑工程的設計參數，這會對地源熱泵系統的正常運行效果造成很大的影響。其次在地源熱泵系統設計和論證的過程中，并沒有對建筑的冷熱負荷進行仔細的運算，建筑物的冷熱負荷是不斷變化的。因此，在系統管道埋放時，要科學確定換熱器的長度。而在設計方案確定后，缺少對熱泵系統的長期性能進行分析和預測，忽略了建筑物冷熱負荷在埋管周圍的冷熱堆積效應，這也會對地源熱泵系統的節能性能造成很大的影響，有的甚至會影響地源熱泵系統的運行。最后，在地源熱泵給施工過程中，相關的施工建設單位并沒有制定科學的地下埋管的施工和驗收標準，施工人員的技術和水平存在一定的缺陷，造成埋管準經

的孔徑和深度無法得到有效保證；下放埋管散熱器時沒有安裝隔離支架，造成“熱短路”現象，最終影響換熱器的換熱效果。

3 促進地源熱泵系統發展的主要對策

3.1 國家加大對地源熱泵系統的投入,支持地源熱泵系統的發展和使用

地源熱泵系統的發展和投入使用過國家的政策支持有著很大的關系。在國外，許多國家都設立了相應的管理機構，對地源熱泵系統技術制定相關的政策支持，并設立相應基金基于支持。例如，在歐洲，許多國家對電能以及其他能源的間隔關系進行調整，以促進地源熱泵技術的發展[2]。在德國，政府并沒有制定相應的推廣地源熱泵系統發展的政策，但是，國家通過對應用綠色能源和HCFC制冷劑進行補貼[3]。而且德國也有相關的地源熱泵系統的推廣協會，對地源熱泵系統進行推廣與質量監督。因此，我國也要積極建立相應的地源熱泵系統管理機構，對地源熱泵的質量以及工程的實施進行監督與管理，規范地源熱泵市場，綜合生態環保、社會能源等各個方面，制定相應的法律法規，促進地源熱泵系統的良好發展。

3.2 通過引進和自主研發,提高我國地源熱泵系統的技術

在地源熱泵系統的技術研究方面，由于我國科技水平以及相關的地源熱泵技術與西方發達國家還存在一定的差距。因此，企業可以通過積極引進發達國家的先進技術和經驗，并積極加以吸收，提高自身的技術能力。與此同時，相關的研發人員也要通過不斷的學習和鉆研，掌握先進的地源熱泵技術，在地源熱泵系統施工中，加強對建筑物的動態負荷進行模擬與分析實驗，掌握建筑工程下的土壤熱物理特性，并對土壤的換熱特性進行測試和分析。此外，還需要對換熱管道的管群結構設計進行優化，對換熱管道的長期運行性能進行模擬，以保障地源熱泵系統長期運行的正常與穩定。

3.3 加強對操作人員的技術培訓,保證地源熱泵系統的正常運行

在地源熱泵系統的埋管施工過程中，操作人員的素質能力對地源熱泵系統的運行也會造成很大的影響。因此，可以通過加強對操作人員的培訓，使操作人員能夠在操作過程中嚴格按照相關的操作規定執行，了解地埋管和源熱泵系統的工作原理，從而在冷熱負荷高峰期能夠懂得技術開啟調峰設施，保證地源熱泵系統的冷熱平衡功能正常。

4 結語

地源熱泵系統主要是一種對可再生資源的進行運用技術，能夠有效節約社會常規能源，保護社會生態環境。在地源熱泵系統發展的過程中，還存在一定的問題，因此國家和企業要積極采取相應的措施，通過政府的大力支持，以及企業和相關技術人員的不斷開發和研究，促進地源熱泵系統的發展。

[1]陳昌富,吳曉寒,王陳棟.地埋管地源熱泵系統及存在問題分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012(23):121-123.

[2]馬宏權,龍惟定.地埋管地源熱泵系統的熱平衡[J].暖通空調,2012 (01):48-49.

[3]劉希臣,肖益民,付祥釗.不同形式地埋管換熱器換熱性能數值計算分析[J].煤氣與熱力,2013(2):147-149.