地埋管地源热泵系统的优点和应用限制

利用

地源热泵技术可以为建筑物提供冷量和热量，达到降温和供暖的目的。它的效益表现在以下几个方面。

（1）地源热泵利用清洁的电能实现供热和空调，废除了污染严重的中小型燃煤锅炉。在大型的火电厂中，由于便于采用先进技术，不但能源的利用率提高，而且可以做到对有害气体进行严格集中处理，使SO2, NOX的排放量大大减少，有效改善城市中的大气环境。

（2）地源热泵利用的能量是地壳浅层（200m以内）蓄存的热量，是一种可再生能源。夏季热泵将室内多余的热量释放给地下岩层蓄存起来，冬季再将其从地下抽取出来送到室内。这样，热泵进一步充分利用了地下岩土作为蓄热体，能量循环利用，是一种可持续发展的建筑供热空调新技术。

（3）机组效率高，节省运行费用。地下岩土的温度全年比较恒定，在夏季地下岩土温度比室外环境空气温度低，因此是热泵很好的冷源。在冬季，地下岩土的温度远高于室外大气温度，地源热泵的性能系数可高达4.0；也就是消耗1kWh的电能可以得到4kWh的供热量。采用地源热泵供暖的费用约为采用电锅炉供暖的1/3。与空气热源热泵及其它传统空调方式比较，地源热泵的效率要高20%～50%。

（4）传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。地源热泵既可供冷，又可供暖，一机多用，节约设备用房。采用地源热泵供热和供冷，一套系统代替了原来的锅炉和空调两套系统，夏季也省去冷却塔；热泵机组同时还可提供家用热水。因此一机多用，节省了建筑空间及设备的初投资。

（5）有效地降低了电网在夏季和冬季因建筑空调和（南方）采暖的用电高峰负荷。

（6）由于可以取消建筑空调系统的锅炉和冷却塔，有利于美化建筑的外观和环境。

 

地埋管地源热泵系统的效率比空气源热泵高，而且不受地下水和地表水资源的限制，只需占用一定的埋管区域，对环境无污染，充分利用可再生能源，因此是一项值得大力推广的新技术。应用地埋管地源热泵技术也有它的限制条件。主要是：

（1）与传统的锅炉＋冷水机组的供热空调系统相比，或与空气源热泵系统相比，地埋管地源热泵系统的初投资稍高，在发达国家尤其是如此。这主要是因为设置地埋管换热器增加了初投资，特别是人工费用；而且埋管的费用与地质条件有关，在岩石或其他复杂地层中钻孔的费用较高。在我国由于劳动力成本大大低于发达国家，再加上近年来充分的市场竞争，地埋管的施工成本已大大下降，地埋管地源热泵系统与变频多联机（空气源热泵）的成本已基本相当或略低。此外，各级政府对应用地源热泵实行了多种优惠政策，也进一步提高了地源热泵系统的经济性。

（2）设置地埋管换热器需要一定的土地。在华北地区竖直埋管换热器的需要的土地面积约为建筑供热空调面积的10－15％。虽然这些土地在埋设地埋管换热器后仍可用作绿化、停车场或运动场等，但在建筑高度密集的城镇，埋管占地的因素仍成为应用地埋管地源热泵技术的主要制约条件。我国的工程技术人员为解决地源热泵系统用地紧张的困难，开发了许多独特的技术，特别是在地下车库的下面埋管的技术和在建筑桩基中埋管的技术。

（3）地源热泵系统对系统全年冷热负荷的平衡有一定的要求。在地埋管地源热泵系统中地下岩土在全年起到蓄热器的作用，对热量夏蓄冬供。但在北方严寒地区，冬季供热的负荷和时间远大于夏季空调的负荷和时间，系统多年运行以后地下的平均温度将逐年降低，影响系统的性能甚至使系统失效。在南方则相反，夏季空调负荷占主导地位，地下的平均温度将逐年升高，同样影响系统的性能。在冬冷夏热的华北地区对供热和空调都有较高的需求，地埋管换热器中全年的冷热负荷比较平衡，具有推广应用地源热泵技术的理想气候条件。对于地下全年冷热负荷不平衡的情况可采用地源热泵复合系统。

应用

地源热泵技术的注意事项

由于地埋管地源热泵技术应用于建筑供热和空调时具有节能高效的特点，且对环境友好，特别是不影响地下水资源，因此近年来得到政府的大力提倡，应用规模日益扩大。由于这种供热空调系统在中国还属于新技术，整个产业还处于初创期但是又急速膨胀，因此整个地源热泵产业的技术力量参差不齐，对技术的把握也有较大的差别。这就造成在地埋管地源热泵的应用中也出现了一些不成功的案例。例如，有一些项目第一个冬季运行就出现停机保护而失效；也有一些项目的效率逐年下降，3-5年后不能满足供热空调的需求而失效。出现这样的问题不是因为地源热泵技术本身不成熟，而是这些项目的设计施工和运行管理不到位。一个原因是承包商为了低价竞争，钻孔埋管的数量达不到要求；或者埋管施工中偷工减料，致使系统不能正常工作。另一个原因是对地源热泵系统的特点没有充分的了解。

地埋管地源热泵供热空调系统的工作原理实际上是利用地下岩土作为一个蓄热器，把夏天空调排出的热量蓄在地下土壤中，冬季取出热量给建筑供热；冬季运行时又把冷量蓄在土壤中，提高了夏季制冷时的效率。这种冬夏两用的特点本来是地源热泵系统的一大优点，但也成为它的一个限制条件，就是要考虑地下埋管换热器在全年中冷热负荷的基本平衡。如果全年中从地下取热大于向地下的排热，地下埋管周围的平均温度就可能逐年下降，造成系统在冬季工况的效率逐年下降，最后甚至不能正常工作。反之，在南方气候温暖的地区，如果一年中向地下的排热大于从地下的取热，也可能造成地下温度的逐年升高，影响系统夏季工况的运行。我们山东省夏天热、冬天冷，供热和空调都需要，本来是应用地源热泵技术的适合的地区。但是山东的住宅建筑，特别是在像青岛、烟台等夏季较凉快的地方，建筑冬季供热所需的热量还是比夏季空调排出的热量多很多，有一定的冷热不平衡的问题。还有一些开发商希望开发的房子只解决供热问题，把供冷的问题留给住户自己用分体式空调解决。在这样的建筑中采用地源热泵系统就会引起的地下全年冷热负荷严重的不平衡。在山东已经有一些这样的系统在运行几年之后发现性能下降，甚至失效。因此在单供热的建筑中采用地源热泵技术是不经济、不合适的。对地下冷热负荷不平衡度较大的地源热泵项目，现在已经开发了一些技术措施，可以采用例如太阳能或燃气锅炉辅助的地源热泵的复合系统。

总之，采用地源热泵技术时应对建筑负荷和地埋管换热器进行正规的计算和设计，同时应委托有资质和有技术实力的承包商实施地埋管地源热泵供热空调工程。这样，地源热泵这个节能环保的新技术一定能为山东的节能减排做出重要的贡献。