试析地源热泵系统应用过程中的常见问题

     摘要：地源热泵工程在我国已经形成集设备生产、材料供应、系统设计和工程安装为一体的完整产业链。结合我国当前实际，介绍了地源热泵的技术优势，并且针对地源热泵应用中出现的问题，提出了一些应对措施，进而给出了地源热泵与其他技术的结合形式，为实际应用中保证地源热泵系统的节能效果提供一些参考。 

　　关键词：地源热泵；存在问题；策略 

　　中图分类号： S972.65文献标识码： A 

　　引言 

　　随着社会的发展，环保问题的日益严峻，世界各国越来越重视对可再生资源的开发利用。目前在我国，地源热泵已经形成集设备生产、材料供应、系统设计和工程安装为一体的完整产业链。我国地源热泵市场规模年增长率超过同期世界平均发展速度。但我们必须正视目前地源热泵行业发展中存在的问题与不足，结合实际及时解决，以促进地源热泵行业健康发展。 

　　一、地源热泵应用中存在的主要问题 

　　1、初投资大，与我国国情相冲突 

　　土壤源热泵初投资较大。土壤源热泵初投资不但包括传统空调系统的地面上的管路及设备的费用，还要包括地面下的换热器的费用，而且还包括初期的勘测、钻孔、及地下管路敷设等费用。北方地区还要考虑防冻，水管要进行保温，也增加了初投资。某些地区单是钻井费用可能占到整个系统初投资的50%以上，有些投资者可能会回到传统的空调，这是土壤源热泵系统不能大量投入使用主要原因之一。 

　　土壤源热泵系统地下埋管换热器的铺设需占用大片的土地资源，且由于埋管深度和换热器材料的影响，埋管换热器的上方一般不允许再建造其它建筑，这与我国地少人多的国情不相符。虽然近年来出现了利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩布置地埋管换热群的方式，在一定程度上缓解了土地所带来的压力，但这种新的形式存在维修困难、土壤热失衡等问题。一旦地埋管发生泄漏，基本上无法对该换热井进行维修，只能弃之不用，这势必将影响整个系统的换热性能。 

　　2、室内外管线系统施工及质量存在问题 

　　室内外管线系统是地源热泵施工的主要组成环节，这方面存在的问题主要表现在以下几方面：（1）埋管方式。一些地源热泵空调工程室外换热管路采用“水平埋设”的方式，减少初期投资，降低了施工难度，但占用空置地表面积大，影响埋管部位的场地运用，由于水平埋管埋设的深度都比较浅，容易受到大气温度影响；（2）部分地源热泵空调工程室外换热管路回路形式采用串联系统。串联系统具有：管径和流程单一，回路系统内的杂质、空气和废物易排除等优点，但管道安装、使用费较高，需要添加比较多的抗冻剂，以及单位长度内压力较大等缺点；（3）在管材及下管的方法方面，管路采用的管道材质达不到热量传递好、耐腐蚀性强的要求，影响换热质量和运行效果；（4）个别地源热泵空调工程中，换热管路从室外进入，直接将多路管道连接后接入热泵机组，导致每组换热回路长度不同，管道内阻力不同，压降也不同，流速不一，造成整个换热回路系统不均衡。 

　　4、地下水源热泵存在的问题 

　　（1）地下水源的探测开采问题 

　　水源的探测、开采技术与相应的开采成本制约着地下水地源热泵系统的广泛应用。地下水地源热泵系统在理论上是可以利用一切地下水资源的，可是在实际系统工程中，地理环境的制约，地下水资源的不同特点造成成本投入差异大，其中地下水地源的：水量是否充足、水温的特点、水质情况以及水源供水稳定性等条件，都制约着地源热泵系统的施工与应用。（1）要有充足的水源，才能满足用户供热负荷或制冷负荷的需要；（2）水源的水温必须符合机组运行工况要求；（3）水源的水质应适合于热泵系统机组、管道和阀门的性能要求，减少的堵塞和腐蚀性损坏；（4）要保证水源的供水功能具有长期性、可靠性，从而确保地下水地源热泵空调系统长期、稳定的运行。我国地理位置特点的特殊性，造成不同地区、不同水文地质条件的水源不一定适宜工程的要求。水文地质条件差，打井深度将增加，打井成本也会随之增高，造成回灌困难，增加打井数量，从而使系统的费用大幅增加，造成地下水地源热泵系统的投资经济性要因地制宜。 

　　（2）能否保证抽取地下水的完全回灌 

　　我国水资源非常缺乏，主管部门对开采地下水有严格管理，为保证地下水源热泵系统长期正常运行，补充地下水源，调节水位，维持储量平衡，必须进行100%同层回灌。同时，为避免在热泵装置中冷却或加热后回灌到地下的水，因短路而被抽回，回灌井与取水井之间应保证一定距离。国家相关标准规定一口抽水井至少要对应两口回灌井，但实际工程中，投资方与施工方由于成本问题往往会少打回灌井或不打回灌井，造成地下水资源的大量浪费；且由于回灌技术的不成熟，抽取的地下水并不能完全的回灌到地下去，甚至出现地表水直接地表排放的情况。 

　　地下水属于一种地质资源，如无可靠的回灌，将会引发严重的后果。地下水大量开采引起的地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地质问题日渐显著。地面沉降除了对地面的建筑设施产生破坏作用外，对于沿海临河地区还会产生海水倒灌、河床升高等其它环境问题。而一旦出现地质环境问题，往往是灾难性和无法恢复弥补的。 

　　（3）热泵的换热对水体中生态环境的影响 

　　在地表水源热泵运行过程中，由于建筑物夏季的空调负荷与冬季的采暖负荷与水源水体的热承受能力不匹配，将会导致水源水体不同程度的温升，从而对水生生态系统中的水体理化性质以及浮游植物、浮游动物和鱼类等生生物的分布、种类和生物量造成一定的影响，破坏水域的生态环境，如：水生生物代谢增强，部分细菌和浮游藻类加速生长；水体富营养化加重。富营养化加重和水温升高的水体又会影响系统工作的稳定性、高效性和安全性。 

　　二、地源热泵应用的改善策略 

　　1、因地制宜，科学规划 

　　我们在推广地源热泵技术应用过程中要保证规划先行，避免盲目开发和利用可再生能源所造成的不必要的浪费。在规划时，要考虑到当地得天独厚的水文地质条件，结合地理环境、水文地质的特点，制定有利于推广地源热泵技术的可行性长远计划，从而达到科学、规范地推广地源热泵技术的目的，为节能减排、改善城市环境发挥了重要作用 

　　2、科学论证，适度发展 

　　由于地下水地源热泵空调系统要实现全部回灌，所以对成井工艺设计和施工要求极高。因此，必须是具有相关资质的单位承担勘察、设计、施工和监理工作，并严格按照国家和地方的相关法规按程序进行论证和审批。要科学规划、适度规模、慎重发展，避免破坏水文地质环境，防止地面沉降或地质塌陷的发生。 

　　3、管线系统施工质量 

　　第一，采用垂直埋管的方式，合理布置换热管路，这样既可有效节约土地使用面积；第二，采用并联系统安装换热管路，这样做具有管径小、管道安装和运用费用比较低和抗冻剂使用量少的优点；第三，由于换热管路要长期埋设于地下，所以要求换热管路既要使用寿命长，又要换热效率高，应采用国内外地源热泵空调工程应用较多的高密度聚乙烯管，采用专用设备进行热熔焊接；第四、必须做好保温，否则会造成能量的损失。 

　　结束语 

　　随着科学技术的发展，新技术、新工艺、新材料在地源热泵的施工中得到应用，必须在实际工作中不断总结的经验教训，不断改革，加强在施工、验收及日常监督工作的科学性、合理性，消除那些为了节约投资擅自降低技术标准而产生的隐患，逐步完善和提高安装工艺水平，使地源热泵空调发挥它应有的作用。 

　　参考文献 

　　[1]叶水泉,范庆,郭盛桢.冰蓄冷与地源热泵耦合应用技术[J].电力需求侧管理,2010年. 

　　[2]马志强.地埋管地源热泵系统垂直井孔回填材料研究[J].工程勘察，2010年. 

　　[3]梁路军，罗迎宾。柴雅静等.地下水源热泵系统的推广对地下水资源的影响分析[J].供热供冷，2009年.