王偉

摘要地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行其實(shí)是利用大地的蓄能來達(dá)到地源熱平衡，又因?yàn)榄h(huán)保高效能、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)得到了大力的推廣與應(yīng)用，在地源熱泵系統(tǒng)不斷應(yīng)用中出現(xiàn)了問題，地源熱泵因常年運(yùn)行存在著吸排熱不平衡的問題，導(dǎo)致熱堆積從而引起性能下降。本文從地源熱泵熱平衡問題以及地源熱泵運(yùn)行對生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行闡述，并從熱平衡問題影響因素出發(fā)，最后提出相應(yīng)地源熱泵熱平衡問題的對策。

關(guān)鍵詞地源熱泵；熱平衡；問題分析；工程應(yīng)用

地源熱泵冬季通過熱泵將大地中的低位熱能提高，對建筑供暖，同時(shí)使大地中的溫度降低，即蓄存冷量以備夏季使用。夏季通過熱泵將建筑內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)在大地中蓄存熱量，以備冬季使用。地源熱泵系統(tǒng)主要用地下水或地表水與巖土作為低溫?zé)嵩?，地源熱泵系統(tǒng)分別由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)與建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成。地源熱泵系統(tǒng)主要是利用地表淺層儲存能源，這種能源不會受地理位置的限制，可以無限循環(huán)的利用。這種能源叫可再生能源。利用這種可再生能源的地源熱泵技術(shù)具有節(jié)約能源、高效利用、運(yùn)行成本低等好處。

1地源熱泵熱平衡問題

1.1地表淺層冷熱負(fù)荷不平衡

地源熱泵是由地?zé)釗Q熱器通過提取地表淺層的溫差能，然后經(jīng)過熱泵機(jī)組把熱源與熱匯擴(kuò)散到自己周圍范圍內(nèi)的地表。所以常年運(yùn)行利用地表淺層熱能的地源熱泵系統(tǒng)就需要考慮常年從地表淺層提取熱能和放出熱能的平衡問題。這就是我們常說的土壤源熱泵熱平衡問題。由于我國地區(qū)在氣候上差異明顯，尤其是西北區(qū)域更是差異明顯。這就導(dǎo)致我國大部分區(qū)域建筑物地表淺層處于冷熱負(fù)荷很不平衡，使建筑物地表常年處于冷熱負(fù)荷較大的狀態(tài)，甚至?xí)驗(yàn)槌Ｄ陮Φ乇磉M(jìn)行提取與放出熱量不一致，形成我們所說的地下土壤“熱堆積”，其實(shí)就是土壤熱失衡。如果出現(xiàn)這種問題的發(fā)生，那么這樣的大地土壤就很難自身修復(fù)，甚至?xí)斐纱蟮赝寥纼?nèi)能量無法再循環(huán)以及利用，這就是造成土壤熱失衡的主要原因，這樣客觀的因素是難以改變的。如果大地土壤長期在“熱堆積”下運(yùn)行，往往會超出土壤自身的擴(kuò)散熱量的能力，最終會造成大地土壤內(nèi)的溫度與原始溫度逐漸偏離，可能會造成地表淺層溫度會不斷升高或降低，從而使熱泵機(jī)組在夏季運(yùn)行時(shí)，制冷效果和效率嚴(yán)重下降，最終會影響熱泵機(jī)組的運(yùn)行效率。

1.2地源熱泵的設(shè)計(jì)問題

地源熱泵可以利用地表淺層提取熱能和放出熱能的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)行，夏季能夠使地表建筑能夠制冷冬季能保溫。地源熱泵在夏季與冬季交替運(yùn)行中，地表土壤就成為能源載體和傳遞介質(zhì)，在溫度變化上，是由埋管附近沿著路徑逐向外擴(kuò)散，單位鉆孔在熱擴(kuò)散半徑與自身擴(kuò)散體積對半徑范圍內(nèi)的土壤溫度降低或升高的幅度是非常重要的這是因?yàn)橥寥雷约菏且粋€(gè)巨大的蓄能體，在儲存能量時(shí)，蓄能體積會不斷的增大，從而降低大地土壤平均溫度的變化幅度。所以在一定間距內(nèi)合理的布孔，就不會在各埋管之間發(fā)生熱干擾現(xiàn)象，還能避免溫度在不斷的疊加，這樣也緩解了大地土壤溫度不斷急劇下降或升高的狀態(tài)。地源熱泵常年處于冷熱負(fù)荷較大的狀態(tài)運(yùn)行，很容易造成熱平衡問題，熱平衡問題會引發(fā)“熱堆積”從而使大地土壤冷熱溫差不斷增大，給生態(tài)環(huán)境造成很大的影響。這樣的問題一直備受大家的重視，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明：各個(gè)生態(tài)環(huán)境的好壞都與各自周邊的大地?zé)崃饔兄o密的聯(lián)系，在大地?zé)崃鬏^高的區(qū)域生態(tài)環(huán)境就比較好，生態(tài)體系越完善，生態(tài)環(huán)境就越好。而在大地?zé)崃鬏^低的區(qū)域生態(tài)環(huán)境就比較差，大地?zé)崃鞯母叩椭苯佑绊懸粋€(gè)區(qū)域的地表生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)能量的降低，會影響一個(gè)區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，從而影響該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。地源熱泵系統(tǒng)會大地?zé)崃鞯拿}動(dòng)，大地?zé)崃鞯牟▌?dòng)會影響一個(gè)地區(qū)的降水分布還有該地區(qū)的干濕程度。從而造成該地區(qū)的溫差逐漸變大，從而對地表的生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大的影響。

2地源熱泵熱平衡的對策

2.1正確認(rèn)識地源熱泵

首先要了解和正確認(rèn)識地源熱泵的本質(zhì)，有些人往往會認(rèn)為地源熱泵其實(shí)就是利淺層進(jìn)行熱能交換來實(shí)現(xiàn)采暖空調(diào)目的的技術(shù)，是“取之不盡，用之不竭”的恒溫?zé)崮?。其?shí)我們應(yīng)該把“恒溫帶”的熱能作為“蓄能體”，就是從地下提取多少熱能，就放出多少熱能，以此來保證熱源的平衡，這個(gè)已經(jīng)成為當(dāng)前正確設(shè)計(jì)與使用系統(tǒng)唯一解決方法。解決土地?zé)崾Ш鈫栴}的關(guān)鍵。還有就是對冬季與夏季的負(fù)荷差距較大的區(qū)域，首先要考慮是否要加裝輔助冷熱源設(shè)備，以此來消除或減少地下埋管所放出的熱能，尤其是我國北方那些熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷的區(qū)域，可以根據(jù)夏季的冷負(fù)荷來設(shè)計(jì)埋管深度與長度。來輔助對太陽能或鍋爐或太陽能作為補(bǔ)充的熱能。在我國南方那些冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷的區(qū)域，就要按照冬季負(fù)荷來計(jì)算埋管深度與長度，來輔助對熱回收技術(shù)或者冷卻塔來減少地源熱系統(tǒng)對地下土壤的熱能的影響。

2.2減小地埋管換熱器

為了減小地源熱泵對地表淺層的影響，首先是要減小地埋管換熱器的密度，增加地埋管換熱器的布置面積，很容易受到實(shí)際情況限制，最近幾年出現(xiàn)的樁基埋管技術(shù)，在一定程度上可以解決埋管面積不足的情況就是把地下U型管換熱器深埋在建筑物混凝土樁基當(dāng)中，從而使埋管面積擴(kuò)大，也可以通過樁基和周邊的土地形成一種換熱，進(jìn)而在減少其鉆孔與埋管的施工費(fèi)用。最終配合樁基地埋管換熱器來減少占地面積。建筑樁基都有自己的不同構(gòu)造可以讓樁基與U型管緊密貼合，從而減少了他們之間的阻力，最終強(qiáng)化大地土壤的傳熱的功能。

3地源熱泵熱工程應(yīng)用

本文選取位于某地區(qū)寫字樓建筑的地源熱泵熱工程作為研究實(shí)例，首先要給寫字樓建筑在電腦上建立一個(gè)模型，按功能進(jìn)行區(qū)域的劃分，然后按樓體的使用的類型進(jìn)行劃分，然后依據(jù)該寫字樓的建筑圖為參照物，用DeST軟件建立建筑模型。然后依據(jù)各種數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行參照對比，比如圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、室外設(shè)計(jì)參數(shù)、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)等，然后在電腦用清華大學(xué)DeST負(fù)荷模擬軟件進(jìn)行模擬，可以按照該寫字樓建筑圖與空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)，在DeST負(fù)荷模擬軟件建立一個(gè)建筑負(fù)荷模型，然后開始對該寫字樓進(jìn)行全年空調(diào)逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷模擬，最終得到該寫字樓全年的逐時(shí)負(fù)荷。從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一般的舒適性空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，在不需要供冷暖內(nèi)情況下，是不會在供熱季節(jié)出現(xiàn)制冷的情況，在過渡季節(jié)有時(shí)也要開啟機(jī)組來調(diào)節(jié)冷熱負(fù)荷。從全年逐時(shí)負(fù)荷的模擬結(jié)果來看，進(jìn)行一個(gè)合理的修正可以讓模擬結(jié)果更加符合實(shí)際結(jié)果。最后還要遵循當(dāng)?shù)卦瓌t，通過修正之后的負(fù)荷逐時(shí)圖，要對修正后的負(fù)荷逐時(shí)圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在7、8月空調(diào)負(fù)荷最大，空調(diào)供暖期最大負(fù)荷出現(xiàn)在12月至2月。根據(jù)逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，該建筑的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷小于設(shè)計(jì)冷負(fù)荷，這樣會造成空調(diào)設(shè)計(jì)負(fù)荷不能承受最大負(fù)荷，而導(dǎo)致不能連續(xù)工作，因此，在部分負(fù)荷狀態(tài)下了解系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)對提高系統(tǒng)運(yùn)行是非常有必要的。

4結(jié)束語

綜上所述，本文從地源熱泵熱平衡的問題以及地源熱泵運(yùn)行對生態(tài)環(huán)境的影響分別進(jìn)行闡述，并從熱平衡問題影響因素出發(fā)，以工程實(shí)例為依據(jù)進(jìn)行一個(gè)有效的分析，最后在此基礎(chǔ)上提出了幾點(diǎn)完全建議，希望能為相關(guān)人士提供些許參考。