摘要：本文對(duì)淺層地?zé)崮苜Y源的狀況進(jìn)行了分析及評(píng)估，進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算，介紹了地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出了設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，決定是否采用地源熱泵系統(tǒng)及選擇哪種地源熱泵系統(tǒng)，以幫助工程技術(shù)人員真正理解地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，從而正確設(shè)計(jì)和使用地源熱泵系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：地源熱泵；設(shè)計(jì)；應(yīng)用
地源熱泵系統(tǒng)是以巖土體、地下水或地表水為低溫?zé)嵩矗伤礋岜脵C(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。地源熱泵技術(shù)在供熱和空調(diào)工程中的應(yīng)用因其具有顯著的節(jié)能與環(huán)保效果而受到國家有關(guān)部門的重視及有關(guān)科研和工程技術(shù)人員的青睞，國內(nèi)已有越來越多的供熱空調(diào)工程采用了地源熱泵技術(shù)。
1、淺層地?zé)崮苜Y源的狀況評(píng)估
設(shè)計(jì)人員首先要做的就是掌握該設(shè)計(jì)地域的淺層地?zé)崮苜Y源的情況。對(duì)有地表水的地域，需要掌握該水域的相關(guān)資料，包括：地表水水源性質(zhì)、水面用途、深度、面積及其分布；不同深度的地表水水溫、水位動(dòng)態(tài)變化；地表水流速和流量動(dòng)態(tài)變化；地表水水質(zhì)及其動(dòng)態(tài)變化；地表水利用現(xiàn)狀；地表水取水和回水的適宜地點(diǎn)及路線。對(duì)有地下水資源的區(qū)域，需要掌握：地下水類型、含水層巖性、分布、埋深及厚度、含水層的富水性和滲透性、地下水徑流方向、速度和水力坡度、地下水水溫及其分布、地下水水質(zhì)、地下水水位動(dòng)態(tài)變化及當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)規(guī)定，在滿足相關(guān)規(guī)定的條件下，分析決定是否適合采用地下水地源熱泵系統(tǒng)。
對(duì)建筑周圍有大量空地可利用時(shí)，需要掌握該地域的地質(zhì)資料，可通過查手冊(cè)、取樣或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試三種方法來獲取巖土層的結(jié)構(gòu)、巖土體熱物性、巖土體溫度、地下水靜水位、水溫、水質(zhì)及分布、地下水徑流方向、速度、凍土層厚度。通過分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)，以決定是否適合采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。在對(duì)方案進(jìn)行分析的時(shí)候必須對(duì)方案在成本、運(yùn)行費(fèi)用、是否會(huì)對(duì)原淺層地?zé)崮苜Y源造成影響或破壞等因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較，如果會(huì)對(duì)原淺層地?zé)崮苜Y源造成影響或破壞，則即使其他方面的條件比較優(yōu)越，也不能采用。所以設(shè)計(jì)人員不僅需要做認(rèn)真調(diào)查，還需要詳細(xì)分析，和承建商做好充分的溝通，最后確認(rèn)方案。
2、地源熱泵系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算
對(duì)采用地源熱泵系統(tǒng)而言，負(fù)荷計(jì)算應(yīng)計(jì)算該建筑物全年的冷熱負(fù)荷，通常采用專業(yè)負(fù)荷計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，通常有兩種方法：一種是靜態(tài)法，即假定傳熱過程是穩(wěn)態(tài)的；另外一種是動(dòng)態(tài)法，即考慮現(xiàn)實(shí)傳熱過程的延時(shí)及衰減效應(yīng)。在早些時(shí)期，由于計(jì)算機(jī)的相對(duì)落后和缺乏，所以只能采用靜態(tài)法進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)科技日新月異的今天，動(dòng)態(tài)計(jì)算法已經(jīng)可得到非常好的實(shí)現(xiàn)。所以現(xiàn)在基本都是采用動(dòng)態(tài)法來進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。
在計(jì)算出冷熱負(fù)荷后，由于冷熱負(fù)荷的不一致性，所以需要考慮不同的方案來確定裝機(jī)容量。通常冬季熱負(fù)荷要小于夏季冷負(fù)荷，所以通常需要選擇其他冷熱源作為地源熱泵系統(tǒng)的補(bǔ)充，以達(dá)到冷熱量的相互平衡。所以對(duì)只設(shè)計(jì)冬季供暖而不同時(shí)設(shè)計(jì)夏季供冷的建筑物（以居民住宅居多），是不能采用地源熱泵系統(tǒng)的，否則將導(dǎo)致淺層地?zé)崮艿南模茉雌肺督档�，最終使地源熱泵系統(tǒng)失效。
3、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1地表水地源熱泵系統(tǒng)
可用作地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的地表水包括：湖水、江河水、海水、污水。地表水水源熱泵在我國各典型氣候區(qū)具有普適性；關(guān)于地表水地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其具體各種水源的設(shè)計(jì)又存在一定的特殊性。對(duì)海水，因各海域水質(zhì)的不同，應(yīng)用的換熱裝置、管材都不盡相同。另外還有一些特殊水如中水、煤礦坑道水等的設(shè)計(jì)案例還要進(jìn)行具體分析。
3.2地下水地源熱泵系統(tǒng)
地下水地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)各地域地下水的水質(zhì)條件而定。如果水質(zhì)條件較好，可采取開式環(huán)路系統(tǒng)；如果水質(zhì)條件不太好，可采用閉式環(huán)路系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環(huán)水分隔開，以防止地下水中的泥砂和腐蝕性雜質(zhì)對(duì)熱泵機(jī)組的影響。
3.3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)
地埋管地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)條件的不同，地埋管的敷設(shè)方式可分為水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三類。水平埋管又分單層和多層，串聯(lián)和并聯(lián)埋管。垂直埋管根據(jù)地質(zhì)情況又可采用單U管或雙U管。
4、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
海水利用方面，采用間接的方式將海水作為冷熱源，基本上對(duì)環(huán)境不會(huì)造成破壞，但對(duì)系統(tǒng)所在附近海域由于熱泵系統(tǒng)的放熱和取熱對(duì)海洋生物是否會(huì)造成一定的影響和破壞還有待研究。通過對(duì)熱泵系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行分析，對(duì)江河水的利用效果不算太滿意，從保護(hù)環(huán)境及生態(tài)平衡方面來講還存在影響和爭(zhēng)議，對(duì)湖水的利用雖符合熱泵的設(shè)計(jì)理念，但是否會(huì)對(duì)湖水中的生態(tài)平衡造成影響還有待研究。污水熱泵系統(tǒng)相對(duì)環(huán)境而言沒什么影響值得大力推薦和應(yīng)用，只是因污水水質(zhì)的不同，在技術(shù)上還存在特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)需要特殊考慮和處理。
地下水設(shè)計(jì)方面，從理論上來說，抽水后地下水經(jīng)過地源熱泵機(jī)組的能量交換能夠全部回灌到同一含水層，很多成功的工程經(jīng)驗(yàn)也印證了這一點(diǎn)，但實(shí)際工程中未能達(dá)到全部回灌要求或根本未進(jìn)行回灌的工程也不在少數(shù)。熱源井設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)同時(shí)留出觀測(cè)井或觀測(cè)孔，抽水、回灌井計(jì)量儀表，有些城市為加強(qiáng)對(duì)地下水的保護(hù)，可在達(dá)到上述監(jiān)測(cè)手段的基礎(chǔ)上，對(duì)抽水、回灌量及水質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，有利于地下水地源熱泵系統(tǒng)合理取水并避免對(duì)地下水的破壞和污染，同時(shí)回灌技術(shù)也還需要進(jìn)一步發(fā)展和完善。
在地埋管地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，土壤源熱泵系統(tǒng)的實(shí)施前提，但各地方的地質(zhì)情況均不盡相同，所以最好對(duì)該地域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試，掌握數(shù)據(jù)資料，以使設(shè)計(jì)滿足使用要求。雖然在試運(yùn)行階段可能滿足要求，但長期而言可能會(huì)逐漸失效，不滿足地源熱泵的設(shè)計(jì)理念。對(duì)在住宅建筑中的應(yīng)用，除非同時(shí)設(shè)計(jì)空調(diào)和采暖系統(tǒng)且利用其他能源平衡冷熱量的高檔社區(qū)外，一般只設(shè)采暖的住宅小區(qū)不適合采用。
5、結(jié)語
近年來，我國地下水資源日趨緊張，一些地區(qū)地下水位持續(xù)下降，造成了地而沉降、產(chǎn)生地裂縫等危害，以前小缺水的南方一些城市和鄉(xiāng)村現(xiàn)在也出現(xiàn)了用水緊張的狀況。水資源緊缺不僅給人民群眾的日常生活帶來很大不便，而且已成為影響我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素，這也是地源熱泵技術(shù)能在我國得到大面積推廣應(yīng)用的大環(huán)境。本文對(duì)其發(fā)展和應(yīng)用中的一些問題進(jìn)行了深入探討：
淺層地?zé)崮苡^點(diǎn)是片面的、不全面的，地源熱泵系統(tǒng)真正的設(shè)計(jì)理念不是將它作為一種冷熱源而是將它作為一種能源的載體；方案的確定需要綜合考慮資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的因素；海水的應(yīng)用對(duì)海水微環(huán)境是否會(huì)造成影響需要進(jìn)一步研究；污水及一些特殊水的應(yīng)用值得推薦，但工程不具備通用性，需要特殊考慮和處理。地下水的應(yīng)用，要注意對(duì)環(huán)境的影響，保證回灌，回灌技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展和完善。地埋管地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)成熟，但對(duì)住宅建筑的使用，除非同時(shí)設(shè)計(jì)空調(diào)和采暖系統(tǒng)且冷熱量平衡的高檔社區(qū)外，一般的只設(shè)采暖的住宅小區(qū)不適合采用。
參考文獻(xiàn)：
[1]崔振彬：《建筑節(jié)能中地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用》[J]中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（12）
[2]曹楊：《大型地源熱泵埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究》[J]工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2013（06）
[3]張偉程/滕汜穎：《溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組與地源熱泵相結(jié)合的空調(diào)設(shè)計(jì)》[J]暖通空調(diào)，2013（02）
[4]劉歡/曲云霞/雒婉/陳婷婷：《濟(jì)南某辦公建筑地源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)》[J]建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2013（02）
