摘要：地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。冬季把地能中的熱量取出來，供給室內(nèi)采暖；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中。
關(guān)鍵詞：
地源熱泵 天津地區(qū) 適用性
中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、地源熱泵簡(jiǎn)介
眾所周知地下2-3米以下的土壤、河水、地下水溫度常年基本恒定，始終保持在13℃-26℃，地源熱泵是充分利用了這一特點(diǎn)，把專用管道埋入地下深處或地表水（河、湖）等處，通過與地下土壤或河水等進(jìn)行熱量交換。而傳統(tǒng)中央空調(diào)利用空氣進(jìn)行熱量交換，但空氣的溫度變化很大，夏季一般達(dá)到32℃-36℃，空調(diào)機(jī)組為了換熱就要耗費(fèi)更大的能量，相當(dāng)于在低溫的環(huán)境中提取冷量比在36℃的環(huán)境要容易的多，實(shí)際節(jié)能效果達(dá)30%-50%。
二、地源熱泵系統(tǒng)分類及其優(yōu)缺點(diǎn)
1、水平式地源熱泵
通過水平埋置于地表面2-4米以下的閉合換熱系統(tǒng)，它與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較小的建筑，如別墅和小型單體樓。
優(yōu)點(diǎn)：初投資較小，施工費(fèi)用相對(duì)較低；缺點(diǎn)：占地面積較大。
2、垂直式地源熱泵
通過垂直鉆孔將閉合換熱系統(tǒng)埋置在50M～400M深的巖土體與土壤進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于制冷供暖面積較大的建筑物，周圍有一定的空地，如別墅和寫字樓等。
優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低；占地面積較小；冬季無需輔助熱源，不產(chǎn)生任何污染，節(jié)能效果明顯；缺點(diǎn)：初投資費(fèi)用稍高，施工難度較大
3、地表水式地源熱泵
地源熱泵機(jī)組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進(jìn)行冷熱交換。此種系統(tǒng)適合于中小制冷供暖面積，臨近水邊的建筑物。利用池水或湖水下穩(wěn)定的溫度和顯著的散熱性，不需鉆井挖溝，初投資最小。但需要建筑物周圍有較深、較大的河流或水域。
優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低，無需占用土地，室外施工費(fèi)用低，不產(chǎn)生任何污染；缺點(diǎn)：需臨近較大面積水域，系統(tǒng)效率低于其他方式。
4、地下水式地源熱泵
地源熱泵機(jī)組通過機(jī)組內(nèi)閉式循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過換熱器與由水泵抽取的深層地下水進(jìn)行冷熱交換。地下水排回或通過加壓式泵注入地下水層中。此系統(tǒng)適合建筑面積大，周圍空地面積有限的大型單體建筑和小型建筑群落。
優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低，室外施工費(fèi)用較低，冬季無需輔助熱源，建筑周圍環(huán)境影響小，不產(chǎn)生任何污染，換熱效率高，節(jié)能效果明顯；缺點(diǎn)：打井受政策限制，系統(tǒng)易受地下水源狀況影響。
三、天津地區(qū)地源熱泵適應(yīng)性
天津地處溫帶地區(qū)，冬季供熱負(fù)荷和夏季制冷負(fù)荷相差不大，容易平衡，不會(huì)導(dǎo)致地下積聚過多的熱量和冷量。缺點(diǎn)以及應(yīng)該注意的問題：
1、天津地區(qū)地層條件復(fù)雜，咸水埋深較淺。建設(shè)地埋管式土壤源熱泵項(xiàng)目極易造成咸淡水串層，導(dǎo)致地下水污染，對(duì)打井工藝要求很高。況且，國(guó)內(nèi)的設(shè)備材質(zhì)、生產(chǎn)工藝水平與國(guó)外尚有一定差距，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)注意這方面的問題。
2、土壤源熱泵還存在著初投資大、施工困難、埋地?fù)Q熱器受土壤物性影響較大、連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱泵的冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度的影響而發(fā)生波動(dòng)及土壤導(dǎo)熱系數(shù)小而導(dǎo)致埋地?fù)Q熱器的面積較大等不足之處。
3、大面積埋管的大型工程中往往導(dǎo)致地下?lián)Q熱器系統(tǒng)的實(shí)際換熱能力與裝機(jī)容量、建筑物排入土壤的瞬時(shí)冷/熱負(fù)荷和積累量不匹配，使得地溫逐年升高或者下降，系統(tǒng)的供熱供冷能力因而逐年下降。這在潛層地下水流速偏低的地區(qū)、埋管數(shù)量大的、冷熱負(fù)荷差別大的項(xiàng)目中問題尤其突出。另外，施工前期測(cè)試方法不正確，測(cè)得的原始地溫與土壤層導(dǎo)熱系數(shù)不準(zhǔn)確，也是導(dǎo)致設(shè)計(jì)埋管長(zhǎng)度不合理的重要原因之一。
四、土壤源熱泵局限性
1、埋地?fù)Q熱器受土壤性能影響較大
土壤的熱工性能、能量平衡、土壤中的傳熱與傳濕對(duì)傳熱有較大影響，連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度受土壤溫度的變化發(fā)生波動(dòng)，土壤導(dǎo)熱系數(shù)較小，換熱量較小。已有的經(jīng)驗(yàn)表明，其持續(xù)吸熱速率一般為25W/�，所以當(dāng)供熱量一定時(shí)，換熱盤管占地面積較大，埋管的敷設(shè)無論是水平開挖布置還是鉆孔垂直安裝，都會(huì)增加土建費(fèi)用。地源供暖技術(shù)對(duì)地能資源的收集，主要集中在100米以內(nèi)的淺地層。土壤換熱器的性能在不同地質(zhì)條件下差別較大。理想的地質(zhì)條件是較高的導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量高、較高的土壤含水率及遷移速度。一般各類巖石的導(dǎo)熱系數(shù)最大，砂土次之，黏土最小，但是由于巖石孔隙率低導(dǎo)致含水量低，因此巖石用于土壤換熱器的持久性最差，黏土次之，砂土最好。
2、土壤源熱泵適用范圍
土壤源熱泵較適合的建筑物類型是負(fù)荷波動(dòng)小，使用穩(wěn)定的中等規(guī)模住宅、酒店、辦公樓、別墅等，不適宜用于負(fù)荷使用隨機(jī)性高或負(fù)荷較大的會(huì)堂、劇院、高負(fù)荷密度的、大型的公共建筑，集合住宅小區(qū)，只適用于低密度的獨(dú)棟住宅，以及有足夠場(chǎng)地的小型公共建筑。某些工程項(xiàng)目由于埋管數(shù)量受限，導(dǎo)致夏季相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間管內(nèi)水溫達(dá)到30℃以上，跟冷卻塔沒有區(qū)別，這樣的項(xiàng)目就是沒有意義的，增加了初投資。對(duì)于我國(guó)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)不得不采用不平衡系統(tǒng)的情況，應(yīng)該保證換熱器彼此平均間距在25m以上，故適用于超低容積率的、獨(dú)棟小負(fù)荷建筑群（如別墅、邊遠(yuǎn)山區(qū)加油站）或獨(dú)立建筑。
土壤源熱泵系統(tǒng)的規(guī)模不宜過大或過小，每個(gè)系統(tǒng)在3000�-50000�比較適宜。系統(tǒng)過大因地埋管換熱器水系統(tǒng)距離過遠(yuǎn)，輸送能耗增大，水力難以平衡；過小則相對(duì)初投資過高，系統(tǒng)利用率較低。土壤源熱泵系統(tǒng)不適用于高能耗建筑，因?yàn)橥寥涝礋岜孟到y(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)初投資大大增加，比常規(guī)熱泵機(jī)組增加了土壤換熱器部分，對(duì)于有潔凈要求、高除濕要求或較低（高）設(shè)定溫度等要求的高負(fù)荷建筑物采用地源熱泵是不經(jīng)濟(jì)的，較多的土壤換熱器也會(huì)給布置帶來困難。因此對(duì)于有潔凈要求、高除濕要求或較低（高）設(shè)定溫度的高負(fù)荷建筑，采用土壤源熱泵是不經(jīng)濟(jì)的。
五、國(guó)內(nèi)住宅現(xiàn)狀
歐美國(guó)家，土壤源熱泵系統(tǒng)多用于低容積率、低負(fù)荷密度的建筑，單個(gè)系統(tǒng)垂直埋管數(shù)量多數(shù)不超過120根。即便是較大規(guī)模的建筑群，也一定要分成多個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的埋管位置也盡可能分散。而目前在我國(guó)，土壤源熱泵被大量用于高容積率的住宅小區(qū)以及高負(fù)荷密度的公共建筑。由于可利用土地面積有限，井孔不得不密集布置，嚴(yán)重制約了地層的熱恢復(fù)能力，使得系統(tǒng)的實(shí)際供熱供冷能力低于期望值。由于住宅建筑的冷熱負(fù)荷明顯屬于間歇性的負(fù)荷，特別是冷負(fù)荷的間歇特征尤為顯著，只要有少數(shù)居民在家系統(tǒng)就必須供冷或供熱，連續(xù)供熱供冷必然導(dǎo)致額外大量的水泵和風(fēng)機(jī)電耗，并增加了建筑的實(shí)際耗冷量或耗熱量。所以采用土壤源熱泵系統(tǒng)做成集中供熱供冷不適用于我國(guó)的集合住宅建筑。
土壤源熱泵節(jié)能，但適用范圍有限，不適合集中住宅，適用于超低容積率的小負(fù)荷建筑或有足夠場(chǎng)地的小型公共建筑。因此在選擇地源熱泵時(shí)不僅要考慮技術(shù)的可靠性、投資的大小、區(qū)域的地址特性、運(yùn)行費(fèi)用的高低以及維護(hù)保養(yǎng)的難易程度等,還要考慮國(guó)家能源政策及相關(guān)要求。在決策之前應(yīng)詳細(xì)考察各個(gè)方面的情況,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)和可行性分析,選擇合理的方案。
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