地埋管地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用限制

地埋管地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用限制發(fā)布時(shí)間：2013/9/12地埋管地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用限制利用地源熱泵技術(shù)可以為建筑物提供冷量和熱量，達(dá)到降溫和供暖的目的。它的效益表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）地源熱泵利用清潔的電能實(shí)現(xiàn)供熱和空調(diào)，廢除了污染嚴(yán)重的中小型燃煤鍋爐。在大型的火電廠中，由于便于采用先進(jìn)技術(shù)，不但能源的利用率提高，而且可以做到對(duì)有害氣體進(jìn)行嚴(yán)格集中處理，使SO2, NOX的排放量大大減少，有效改善城市中的大氣環(huán)境。（2）地源熱泵利用的能量是地殼淺層（200m以?xún)?nèi)）蓄存的熱量，是一種可再生能源。夏季熱泵將室內(nèi)多余的熱量釋放給地下巖層蓄存起來(lái)，冬季再將其從地下抽取出來(lái)送到室內(nèi)。這樣，熱泵進(jìn)一步充分利用了地下巖土作為蓄熱體，能量循環(huán)利用，是一種可持續(xù)發(fā)展的建筑供熱空調(diào)新技術(shù)。（3）機(jī)組效率高，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。地下巖土的溫度全年比較恒定，在夏季地下巖土溫度比室外環(huán)境空氣溫度低，因此是熱泵很好的冷源。在冬季，地下巖土的溫度遠(yuǎn)高于室外大氣溫度，地源熱泵的性能系數(shù)可高達(dá)4.0；也就是消耗1kWh的電能可以得到4kWh的供熱量。采用地源熱泵供暖的費(fèi)用約為采用電鍋爐供暖的1/3。與空氣熱源熱泵及其它傳統(tǒng)空調(diào)方式比較，地源熱泵的效率要高20%50%。（4）傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設(shè)置冷源（制冷機(jī)）和熱源（鍋爐）。地源熱泵既可供冷，又可供暖，一機(jī)多用，節(jié)約設(shè)備用房。采用地源熱泵供熱和供冷，一套系統(tǒng)代替了原來(lái)的鍋爐和空調(diào)兩套系統(tǒng)，夏季也省去冷卻塔；熱泵機(jī)組同時(shí)還可提供家用熱水。因此一機(jī)多用，節(jié)省了建筑空間及設(shè)備的初投資。（5）有效地降低了電網(wǎng)在夏季和冬季因建筑空調(diào)和（南方）采暖的用電高峰負(fù)荷。（6）由于可以取消建筑空調(diào)系統(tǒng)的鍋爐和冷卻塔，有利于美化建筑的外觀和環(huán)境。地埋管地源熱泵系統(tǒng)的效率比空氣源熱泵高，而且不受地下水和地表水資源的限制，只需占用一定的埋管區(qū)域，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，充分利用可再生能源，因此是一項(xiàng)值得大力推廣的新技術(shù)。應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)也有它的限制條件。主要是：（1）與傳統(tǒng)的鍋爐冷水機(jī)組的供熱空調(diào)系統(tǒng)相比，或與空氣源熱泵系統(tǒng)相比，地埋管地源熱泵系統(tǒng)的初投資稍高，在發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是如此。這主要是因?yàn)樵O(shè)置地埋管換熱器增加了初投資，特別是人工費(fèi)用；而且埋管的費(fèi)用與地質(zhì)條件有關(guān)，在巖石或其他復(fù)雜地層中鉆孔的費(fèi)用較高。在我國(guó)由于勞動(dòng)力成本大大低于發(fā)達(dá)國(guó)家，再加上近年來(lái)充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，地埋管的施工成本已大大下降，地埋管地源熱泵系統(tǒng)與變頻多聯(lián)機(jī)（空氣源熱泵）的成本已基本相當(dāng)或略低。此外，各級(jí)政府對(duì)應(yīng)用地源熱泵實(shí)行了多種優(yōu)惠政策，也進(jìn)一步提高了地源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。（2）設(shè)置地埋管換熱器需要一定的土地。在華北地區(qū)豎直埋管換熱器的需要的土地面積約為建筑供熱空調(diào)面積的1015。雖然這些土地在埋設(shè)地埋管換熱器后仍可用作綠化、停車(chē)場(chǎng)或運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等，但在建筑高度密集的城鎮(zhèn)，埋管占地的因素仍成為應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)的主要制約條件。我國(guó)的工程技術(shù)人員為解決地源熱泵系統(tǒng)用地緊張的困難，開(kāi)發(fā)了許多獨(dú)特的技術(shù)，特別是在地下車(chē)庫(kù)的下面埋管的技術(shù)和在建筑樁基中埋管的技術(shù)。（3）地源熱泵系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)全年冷熱負(fù)荷的平衡有一定的要求。在地埋管地源熱泵系統(tǒng)中地下巖土在全年起到蓄熱器的作用，對(duì)熱量夏蓄冬供。但在北方嚴(yán)寒地區(qū)，冬季供熱的負(fù)荷和時(shí)間遠(yuǎn)大于夏季空調(diào)的負(fù)荷和時(shí)間，系統(tǒng)多年運(yùn)行以后地下的平均溫度將逐年降低，影響系統(tǒng)的性能甚至使系統(tǒng)失效。在南方則相反，夏季空調(diào)負(fù)荷占主導(dǎo)地位，地下的平均溫度將逐年升高，同樣影響系統(tǒng)的性能。在冬冷夏熱的華北地區(qū)對(duì)供熱和空調(diào)都有較高的需求，地埋管換熱器中全年的冷熱負(fù)荷比較平衡，具有推廣應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的理想氣候條件。對(duì)于地下全年冷熱負(fù)荷不平衡的情況可采用地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)。應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的注意事項(xiàng)由于地埋管地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于建筑供熱和空調(diào)時(shí)具有節(jié)能高效的特點(diǎn)，且對(duì)環(huán)境友好，特別是不影響地下水資源，因此近年來(lái)得到政府的大力提倡，應(yīng)用規(guī)模日益擴(kuò)大。由于這種供熱空調(diào)系統(tǒng)在中國(guó)還屬于新技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)還處于初創(chuàng)期但是又急速膨脹，因此整個(gè)地源熱泵產(chǎn)業(yè)的技術(shù)力量參差不齊，對(duì)技術(shù)的把握也有較大的差別。這就造成在地埋管地源熱泵的應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些不成功的案例。例如，有一些項(xiàng)目第一個(gè)冬季運(yùn)行就出現(xiàn)停機(jī)保護(hù)而失效；也有一些項(xiàng)目的效率逐年下降，3-5年后不能滿(mǎn)足供熱空調(diào)的需求而失效。出現(xiàn)這樣的問(wèn)題不是因?yàn)榈卦礋岜眉夹g(shù)本身不成熟，而是這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行管理不到位。一個(gè)原因是承包商為了低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，鉆孔埋管的數(shù)量達(dá)不到要求；或者埋管施工中偷工減料，致使系統(tǒng)不能正常工作。另一個(gè)原因是對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)沒(méi)有充分的了解。地埋管地源熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)的工作原理實(shí)際上是利用地下巖土作為一個(gè)蓄熱器，把夏天空調(diào)排出的熱量蓄在地下土壤中，冬季取出熱量給建筑供熱；冬季運(yùn)行時(shí)又把冷量蓄在土壤中，提高了夏季制冷時(shí)的效率。這種冬夏兩用的特點(diǎn)本來(lái)是地源熱泵系統(tǒng)的一大優(yōu)點(diǎn)，但也成為它的一個(gè)限制條件，就是要考慮地下埋管換熱器在全年中冷熱負(fù)荷的基本平衡。如果全年中從地下取熱大于向地下的排熱，地下埋管周?chē)钠骄鶞囟染涂赡苤鹉晗陆?，造成系統(tǒng)在冬季工況的效率逐年下降，最后甚至不能正常工作。反之，在南方氣候溫暖的地區(qū)，如果一年中向地下的排熱大于從地下的取熱，也可能造成地下溫度的逐年升高，影響系統(tǒng)夏季工況的運(yùn)行。我們山東省夏天熱、冬天冷，供熱和空調(diào)都需要，本來(lái)是應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的最適合的地區(qū)。但是山東的住宅建筑，特別是在像青島、煙臺(tái)等夏季較涼快的地方，建筑冬季供熱所需的熱量還是比夏季空調(diào)排出的熱量多很多，有一定的冷熱不平衡的問(wèn)題。還有一些開(kāi)發(fā)商希望開(kāi)發(fā)的房子只解決供熱問(wèn)題，把供冷的問(wèn)題留給住戶(hù)自己用分體式空調(diào)解決。在這樣的建筑中采用地源熱泵系統(tǒng)就會(huì)引起的地下全年冷熱負(fù)荷嚴(yán)重的不平衡。在山東已經(jīng)有一些這樣的系統(tǒng)在運(yùn)行幾年之后發(fā)現(xiàn)性能下降，甚至失效。因此在單供熱的建筑中采用地源熱泵技術(shù)是不經(jīng)濟(jì)、不合適的。對(duì)地下冷熱負(fù)荷不平衡度較大的地源熱泵項(xiàng)目，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些技術(shù)措施，可以采