地源热泵应用中的风险分析

 摘要：地源热泵技术是目前较为环保的绿色能源，其应用符合国家目前节能减排的政策。其应用具有技术、设计施工等风险，因此在应用过程中应进行充分分析。 

　　关键词；地源热泵；风险分析；建筑供热 

　　中图分类号：TK5 

　　文献标识码：A 

　　0　引言 　 

　　可持续发展已经成为21世纪各国发展的共同方向和人类杜会发展的共识，然而，能源危机是制约可持续发展的关键性因素。建筑业日新月异的发展给能源供应、资源利用和环境保护造成了巨大的压力，给可持续发展提出前所未有的挑战。 

　　因此如何在建筑热舒适条件得到改善的条件下把建筑耗能量减少，减轻对大气环境的污染，成了我们需要解决的问题的核心。现阶段，在保证使用功能不降低的情况下，我们应该采取各种有效的技术和管理措施，把建筑的能耗较大幅度的降下来，对原有建筑物有计划地进行节能改造达到节省能源、保护环境和提高人民生活质量的目的。因此，地源热泵技术就是在此背景下形成的一种绿色技术。 　　 

　　1　地源热泵技术概述 　　 

　　地源热泵以地球表面浅层土壤作为热源，常将传统空调的冷凝器中需要排放(或吸收)的热量通过中间介质(通常是水)作为载体，并使中间介质在封闭环路中通过大地循环流动，从而实现与大地避行冷热变换的日的。根据地下换热介质的不同地源热泵可分为三类：一是与岩土换热的地下耦合热泵系统，也叫土壤源热泵；二是与地下水换热的地下永热泵系统。三是与地表水换热的地表水热泵系统。美国采暖、制冷与空调工程师学会在1997年将地源热泵以往的各种名称统一称为地源热泵。 

　　本文就土壤源热泵进行分析。土壤源热泵的换热器埋于地下，与岩土进行冷热交换。土壤源熟泵系统主机通常采用水一水式热泵机组或水一气式热泵机组。根据地下热交换器的布置形式，主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三类。 

　　垂直埋管系统比较适合我国建造，同时，它是国际地热组织的推荐形式。根据埋设方式不同，垂直埋管分为三种形式，一种是u型管式，一种是套管式，还有一种是单管式。垂直埋管换热器通常采用的是u型埋管方式。按照其埋管的深度可分为浅层(<30m)，中层(30～100m)和深层(>100m)三种。当埋管的深度比较深时，地下岩土温度比较稳定，钻孔占地面积较少，但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压埋管的造价提高。 　　 

　　2　地源热泵风险分析 　 

　　2.1技术风险 

　　1)岩土热物性勘探不确定风险网：地源热泵系统的性能好坏与当地土壤热特性密切相关，地热源的最佳间隔和深度取决于当地土壤的热物性和气候条件。土壤的热特性研究主要包括土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热与传湿以及环境对土壤热物性的影响等。2)换热器传热理论与实际不符合风险；地下抉热器传热机理的理论研究繁多，但缺乏理论与实践的有效结合，缺乏多环境下应用技术的系统研究以及实际有效的强化传热方法。3)换热器与热泵系统不匹配风险：不同冷、热负荷下，地下换热器与热泵系统最佳匹配技术的研究不够。20世纪90年代以来，地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能抉热器匹配等方面。与前一阶段单纯采用“线源”传热模型不同，最新的研究更多地开始关注相互祸合的传热、传质模型以更好地模拟地热能换热器的真实换热情况；同时开始研究采用热物性更好的回填材料，以强化土壤埋管在土壤中的导热过程，从而降低系统用于安装土壤埋管的初投资；为进一步优化系统，国外有关地热能换热器与热泵装置的最佳匹配参数的研究也在开展。4)热泵与其他技术的不配合风险：地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调、做好充分的技术经济分析。5)地下环境恶化的风险：目前地下水的回灌技术不完善，在一定程度上会影响以水为低位热源的地源热泵的进一步推广；此外土壤源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步深入，如何使不利因素减少到最小是必须考虑的问题。 　 

　　2.2设计与施工风险 

　　1)设计风险：地源热泵系统的设计主要集中在系统地下部分的设计，包括冷热负荷的确定，地下换热器的选型、布置，室内空气气流的组织形式，热泵的容量等，要重视对地源热泵空调系统设计基础资料的准确性和真实性进行鉴别，特别是水文地质、地表情况、试验井(坑)、水质这些资料，以免造成系统失败或者和预期效果大相径庭。2)施工风险：地源热泵系统的施工主要是地下部分，它属于隐蔽工程，所以质量尤其重要，一旦施工质量有问题，会影响整个系统的运行质量。 　 

　　2.3管理风险 

　　1)政策风险：政府政策支持与财政补贴稍显薄弱，地源热泵是一项节能环保的技术体系。但目前来讲在项目应用推广中投资还是相对较高，开发商不愿意在自己的系统中使用这种技术，政府在政策上的支持力度还稍显单薄，鼓励与补贴政策也还不是很明确。建议应像国外机构一样对此类系统设立专项基金给予支持。地源热泵的市场需要政府从可持续发展的角度，综合能源、环保和资源等各个方面的考虑，调整政策，促使其健康有序的发展。2)维护困难风险；地源热泵系统和传统的中央空调系统和供暖系统有着根大的区别，特别是地下系统，一旦出现问题，维护起来非常困难。 　　 

　　2.4投资与市场风险 

　　1)初期投资过大网：地埋管地源热泵系统的地下埋管的钻井费用可能占到整个系统初投资的50％以上，项目岩土介质热物性的不同有可能使初期投资过大。2)用户接受度风险：地源热泵系统的初投资特别是地埋管地源热泵系统的初投资较高，使得人们选择地源热泵系统有一定的难度。3)开发商接受度风险：空气源热泵和燃气、燃煤供热技术相对地源热泵技术比较成熟，且地源热泵系统的初投资特别是地埋管地源热泵系统的初投资较高，所以用户接受有一定的困难。而开发商的目的是追求较高的收益，在用户不易接受的情况下，只有政府的政策和财政补贴政策比较优惠时，开发商才有可能接受。　 

　　3　结语 

　　随着社会的发展，能源危机与环境污染已成为世界范围内需要解决的问题。目前，节能环保、可持续发展的呼声日益高涨，因此寻找新能源，利用绿色空调技术成为空调领域发展的大势所趋。而地源热泵系统由于是利用地下水(土壤)作为空调冷热源，它在节能和环保之间找到了一个恰当的位置，而成为了当前各受瞩目的一种新兴的绿色技术。