淺談地埋管地源熱泵系統的優化研究

房子鈺

沈陽建筑大學市政與環境工程學院（110168）

能源是社會不斷進步與發展的動力。隨著人類生活水平的不斷提升，我們對能源的需求量也在不斷增加。建筑能耗在社會總能耗中占有很大的比重，而暖通空調作為建筑能耗中重要的部分也受到了很多關注。相較于傳統的空調系統，地源熱泵這項無污染可再生能源的技術得到了大力的推廣與應用。

1 地埋管地源熱泵系統應用現狀

地源熱泵系統起源于瑞士，這項技術在20世紀末期的歐美國家就已經趨于完善，并開始了廣泛的應用。國內的研究從21世紀開始在政府多項政策的支持下，地埋管地源熱泵系統在近些年得到了迅速的發展。

2 地埋管地源熱泵的優點

地埋管地源熱泵又稱土壤源熱泵或土壤耦合熱泵。相對于以地下水和地表水為熱源的系統，地埋管地源熱泵系統以土壤為低溫熱源，使得系統具有了以下的優點。

地埋管系統主要利用地下土壤中的可再生能源地熱能，因此系統在節能環保的同時可實現建筑夏季制冷與冬季供暖的雙向需求，還可以在熱泵系統理想狀態下的運行期間通過自然補償的方式來恢復土壤的溫度。

垂直地埋管地源熱泵系統的鉆井深度一般為40～200 m不等，而地表5～10 m以下的土壤溫度已經基本上不再受到季節及氣象變化的影響，土壤的溫度場處于長期平穩的狀態。

地埋管地源熱泵系統的主要設備在地下，這樣就大大節省了緊張的地上土地資源。同時地源熱泵系統可以實現一機兩用，夏季制冷冬季制熱，多余的熱量還能用于提供生活熱水，節省資源，經濟高效[1]。

3 地埋管地源熱泵系統的優化研究

現行的地埋管系統大多分布在北方寒冷地區，冬季供熱所需的熱量要遠遠大于夏季制冷期所需的冷量，而系統在這種冷熱負荷不均的情況下長期運行導致了地下土壤的冷堆積。相反在熱帶地區，夏季所需冷量更多，在長期運行過后地下土壤會產生熱堆積。這種土壤溫度的不平衡性會影響機組的運行效率，不斷增加的功耗使系統的運行穩定性降低，甚至會導致地埋管系統運行失效。近些年學者們不斷研究，提出了以下幾種解決方案。

3.1 增大鉆孔間距

增大鉆孔間距本質上是通過增大整體地埋管管群所占的巖土體積來增大地埋管區域的總熱容量，但是這種會增大占地面積的方法并不適用于土壤資源緊張的地區[2]。

3.2 間歇運行系統

間歇運行是通過頻繁開關系統以達到土壤自主恢復的目的，因此控制系統較為復雜，在系統設計時需考慮工程所在地區，選取合適的機組啟停比及運行起止時間。這種方式是以地下土壤溫度場的溫度來判斷是否運行系統，而不是以建筑內人們的實際需求來設定。間歇運行系統與連續運行系統相比會較難滿足室內人體舒適度。

3.3 復合式系統

復合式系統是根據系統實際需求的變化將單一的地熱能與其他能源耦合。如在冷負荷大時采用地源熱泵+冷卻塔復合系統，而在熱負荷大時采用地源熱泵+太陽能負荷系統。這種復合系統的缺點就是整體的運行策略比較復雜，系統控制與調節也較為煩瑣。

3.4 分區運行

將地埋管系統劃分成幾個區域，再將系統運行期按照負荷大小劃分為幾個階段。在負荷較小的階段只運行部分地埋管，以此減小地下土壤的平均溫度，達到長期穩定運行的目的[3]。

4 結語

隨著社會經濟的不斷發展，使用可再生清潔能源已經成為節約能源的重要舉措。地埋管地源熱泵系統作為高效利用地熱能的熱泵系統之一，在國家及社會環境的支持下正在飛速發展，在學者們不斷研究探討中完善理論、技術及設備，從而提升綜合效率。