紀(jì)懷忠

(山西國瑞房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西太原 030006)

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對恒定的特性，通過深埋于建筑物周圍的密閉管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成能量交換的空調(diào)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)冬季從土壤中取熱通過熱泵機組向建筑物供暖，夏季將建筑物內(nèi)的熱量排放到土壤中，從而使建筑物降溫達(dá)到制冷的目的，它以土壤作為熱源和冷源，通過高效熱泵機組向建筑物供熱、供冷和提供生活熱水實現(xiàn)三聯(lián)供。高效熱泵機組的能效比一般能達(dá)到4.0 kW/kW以上，與傳統(tǒng)的冷水機組加鍋爐的配置相比，全年能耗可節(jié)省40%左右，此項技術(shù)初投資偏高，較冷水機組加鍋爐配置和直燃機配置造價高出2倍左右，供冷時，省去了冷卻塔，避免了冷卻塔的噪聲及霉菌污染，可節(jié)約用水量，運行費用低，不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、煙塵，節(jié)能環(huán)保，可實現(xiàn)有害氣體零排放，屬清潔能源，環(huán)境效益顯著，在北方地區(qū)有廣闊的利用空間。拿某公司開發(fā)的住宅小區(qū)實際應(yīng)用情況分析來看，應(yīng)用土壤源熱泵技術(shù)還有其一定的局限性，前期調(diào)研工作和相關(guān)對土壤的實驗工作不可缺少，要研究分析并將其融合到設(shè)計方案中，地埋管換熱器設(shè)計計算是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計所特有的內(nèi)容，由于地埋管換熱器換熱效果受巖土體熱物性及地下水流動情況等地質(zhì)條件影響非常大，為保證地埋管換熱器設(shè)計符合實際，滿足使用要求，設(shè)計前應(yīng)充分考慮建筑周邊情況，根據(jù)工程勘察結(jié)果評估地埋管工程的可行性與經(jīng)濟性、地下水位情況以及建筑容積率和建筑密度等影響。下面我將從幾個方面分別剖析。

1 土壤源熱泵技術(shù)的適用條件

其適合在北方地區(qū)且需要冬季供暖、夏季制冷同時使用的場所，比如賓館、寫字樓、商場等采用中央空調(diào)系統(tǒng)來采暖制冷，雖然冬季從大地土壤中持續(xù)取熱約5個月，使土壤暫時損失熱量，但在第二年的春、夏季間歇期可以從土壤源外圍的大地緩慢給其補充熱量。但由于間歇時間短，往往不能達(dá)到其正常的能量狀態(tài)，以確保為下一采暖季的正常使用提供充足的能量，因此，就必須在夏季制冷時將建筑物的熱量帶回到大地中去，繼續(xù)給土壤補熱，雖然制冷時間約3個月，比采暖季短2個月，但加上土壤外圍的自然補熱，還是能保證土壤恒溫的基本需求。另外，土壤源熱泵技術(shù)也適用在低建筑密度、低容積率場所使用。比如，安裝使用中央空調(diào)的別墅，其所服務(wù)的建筑物面積較小，但土壤源地埋管占地面積大，土壤源區(qū)域大地?zé)崃砍渥悖@樣使用效果自然會很好。最不適用的場所是高容積率、高密度的住宅小區(qū)，且建筑物未安裝中央空調(diào)，或安裝了中央空調(diào)而住戶不常使用，這樣的情況是所有不利條件疊加在一起，由于夏季不能很好的給大地土壤補熱，而冬天又持續(xù)抽取土壤內(nèi)大量的熱量，而大地的熱量因建筑密度大而又不太充足，周邊土壤補熱較慢，會直接導(dǎo)致冬季采暖效果極差，往往是前面一兩個月還勉強可以使用，但隨后就從大地中抽取不了足夠的熱量來滿足地源熱泵主機正常啟動，進而使冬季采暖失敗。因此，我們說土壤源熱泵技術(shù)并不是適合所有建筑物，而需要因地適宜地選擇性使用。

2 土壤源熱泵技術(shù)初投資大的幾個組成部分

首先是前期調(diào)研、勘察、試驗、論證費用的投入，其次是土壤源地埋管施工及配套土建工程費用、熱泵機房及設(shè)備的組成費用以及供電費用，其中相比傳統(tǒng)供熱方式最大的一項費用就是供電量增容費用，由于土壤源熱泵機組的用電負(fù)荷極大，每臺約需500 kW～600 kW，因此供電負(fù)荷來源審批以及費用都是前期論證階段要充分考慮的因素。

3 有待解決的部分技術(shù)問題

1)如果換熱器埋深過淺，由于土壤上邊部分是變溫層，變溫在整個埋管深度方向所占的比例大一些，可能會對換熱的效果有影響。如埋地過深，超過150 m，換熱量提升會很小，滿足不了換熱要求，不但會增加開挖工程量、增加鉆井難度進而增加工程造價，而且運行檢修也比較麻煩。所以要進一步研究換熱器埋深與土壤及地下水之間的關(guān)系。2)地下水對地埋管的影響。因土壤中大量的酸堿成分與地下水交融，對金屬地埋管的腐蝕作用很大，現(xiàn)規(guī)范大多采用的地埋管為聚乙烯(PE)管，聚乙烯(PE)管是一種熱塑性材料，管材本身具有發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛的特性，傳熱性能也會受到很大削弱。因此，應(yīng)針對不同的土壤類型研制與之相匹配的埋管材料和專用防腐劑。3)由于土壤的傳熱系數(shù)相比敷設(shè)埋地?fù)Q熱器要小的多，所以會造成材料的大量消耗，因此選擇使用的經(jīng)濟性需進一步分析。目前因土壤與埋地?fù)Q熱器之間的換熱機理還不十分明確，埋地?fù)Q熱器的敷設(shè)方式與地源熱泵系統(tǒng)的匹配還需進一步探討。

4 土壤源熱泵技術(shù)合理使用技巧

為防止大地能量不能持續(xù)穩(wěn)定供給，我們可以在設(shè)計階段考慮匹配一定數(shù)量的配套輔助熱源。比如:燃?xì)忮仩t可以應(yīng)急，也可在實際使用過程中讓土壤源熱泵和燃?xì)忮仩t配合使用，利用峰谷電價差別的這一有利條件，在夜間電價低位期間，用土壤源熱泵機組供暖;白天電價高位時，使用燃?xì)忮仩t供暖;夜間讓大地能量有休整補充的余地，這樣可以保證使用效果，并且降低運行成本費用。另外，將機組內(nèi)部及機組與系統(tǒng)進行自動化控制，可根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求控制機組啟停，并控制機組出水溫度和回水溫度，達(dá)到最佳節(jié)能效果，同時節(jié)省了人力、物力，也可降低運行費用。

5 結(jié)語

土壤源熱泵是利用地下土壤能源資源來進行供暖制冷的一種高效、節(jié)能、環(huán)保型空調(diào)技術(shù)，屬可再生能源利用技術(shù)，對其的研究已越來越受到重視，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的提高，土壤源熱泵技術(shù)日益成熟，在我國的北部地區(qū)可因地制宜選擇性使用，其夏季制冷效果尤其突出，且夏季制冷的運行成本相比其他制冷方式更低，冬季供暖比燃?xì)忮仩t和直燃機供暖成本低，而略高于集中供熱運行成本，但因其初投資較大，為達(dá)到廣泛推廣，實現(xiàn)環(huán)境效益，利國利民的目的，應(yīng)得到政府相關(guān)優(yōu)惠政策的支持。