关于发展地源热泵系统的若干思考

[摘 要]随着经济和社会的快速发展，我国利用地源热泵系统进行供暖的工程项目越来越多。地源热泵系统的利用能够有效解决新疆等地区冬季供暖的问题，并能够降低能源的消耗。在使用中需要加强地源热泵系统的节能运行管理，本文将对其节能运行管理进行探讨和分析。

关键词 地缘热泵系统 节能运行 管理 研究

1、地缘热泵系统概述

当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而开发浅层地热能的热泵空调系统正是满足这些要求的新兴中央空调系统。浅层地热能是赋存在地球表层岩土体或地表水中的低温地热资源，是一种新型的优质清洁能源，具有可再生、分布广、储量大、清洁环保、经济实惠、安全性强和可用性强等特点。它是地球浅表层数百米内（

2、地源热泵系统节能运行管理研究

2.1 地源热泵系统节能特性

当前地缘热泵系统得到了广泛的应用，地缘热泵系统主要有以下几个方面的优点：首先其运行费用较低，节能效率较高。夏季制冷较之常规系统要节约40%――50%的运行费用，而冬季供暖的节约可高达70%。常规的冷暖热泵空调在冬季更是要频繁除霜或加进辅热热源，地源热泵则不受室外温度的影响，保证一个相对稳定的出力，即使在最恶劣的情况下也工作自如，有利于营造健康舒适的室内空气环境。其次其为绿色能源且使用周期较长，地缘热泵系统不需要锅炉，无燃烧产物排放，节能、环保、无污染。地缘热泵系统机组寿命均在20年以上，和常规空调相比，其寿命的增加非常明显。避免了冷却塔每年的清洗，取暖锅炉或吸收式制冷锅炉的除碱的保养。一般来说，用户由于选用地源热泵所增加的初投资在系统运行3年左右即可全部收回。由于不再受环境和空气的影响，地源热泵在极大的地理范围内和不同的季节里均能正常高效地工作，并保证足够的出力。因此一套系统便可在夏季制冷，冬季供暖，一年四季提供生活热水，从而完全取代了家中的空调机，热水器和暖气片。对开发商则免去了供暖管线，锅炉，燃料间和运行管理等问题。建筑群总体形象也免受破坏，因为建筑物外部不再有烟囱，冷却塔，室外也没有空调挂机。地源热泵是典型的中央模式，可以保证每一个空间上的舒适，使您在家中活动自如，全无隔阂。但它却仍保留了分户计算的优点，并且没有大型中央系统的维护问题。最后地缘热泵系统可以实现空调系统无人值守，自动运行。地源热泵系统不带有室外安装的设备，不设冷却塔，屋顶风机，没有室外设备安装维护费用；压缩机工作稳定，维护费用大大低于传统中央空调，地缘热泵系统可广泛应用于格式建筑。

2.2 地源热泵系统节能运行管理分析

在地源热泵系统运行节能管理中主要需要做好以下几个方面：（1）合理调节负载。当前地源热泵系统主机系统已经较为智能化，管理人员可以通过对输入电压和载荷进行调节。地源热泵系统自动调节主要有两种方式，首先需要根据实际载荷为标准进行调节，其次需要根据回水的温度进行调节。管理人员在系统末端进行回水温度的设定，当回水温度设定后即可依此长期运行。管理人员需要根据载荷进行回水温度的实时监控。这种管理方式能够有效的调节室温，从而减低能源的损耗。（2）地源侧流速控制。地源热泵系统设计和运行中管理人员需要掌握地源侧流速。在一般情况下管理人员需要控制地源侧流速在合理的范围。地源热泵系统设计中不根据流速进行设计主要是因为部分负载运行中地理循环泵亦开启了，然而地源孔已经全部投入运行，从而使地源流速较低。当地源侧水力不平稳时会导致地源孔流速降低。地源热泵系统中地源侧流速会对热效应造成较大的影响。在相关的测试数据中地源热泵系统中地源侧流速对换热效果具有较大影响，实践数据表明，地源侧流速降低37%，地源孔散热量降低18%。因此，在地源热泵系统的运行中，应尽可能地控制地源侧流速。节能管理的具体措施是部分地埋泵停运的同时将相应地源孔埋管阀门关闭，并对系统水力的平衡性进行调节。（3）设备节能管理。地耦管土壤源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。地耦管土壤源热泵系统从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。土壤源热泵系统中的土壤换热器埋管方式可分为：水平式土壤换热器，垂直U型式土壤换热器，垂直套管式土壤换热器，热井式土壤换热器，直接膨胀式土壤换热器。水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4米之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，沟的深度一定要深，管间距要大。垂直U型式土壤换热器是钻孔将U型管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有使用地面面积小、运行稳定、效率高等优点。换热器有内套管和外套管的闭路循环系统，水从外套管的上部流入管内，循环时，水沿外套管自上至下的流动，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅，钻深孔困难的地表层使用。通过竖埋单管试验，套管式换热器较U型管效率高20～25%。竖埋套管式孔距在3～5m，孔径在150～200mm，外套管直径Ф63～Ф90～Ф120mm，内套管直径Ф25～Ф32mm。在设备的运行中需要根据设备的特点和性能结合用户对室温的要求进行科学的调节，保证设备运行中的节能管理。对存在冬夏两季从土壤中吸排热不平衡的新疆地区，应对地源热泵系统辅以其它冷热形式来平衡埋管换热器需要多向土壤吸取的热量。（4）做好设备电压的调节。地源热泵系统运行管理人员既要关注热泵系统运行参数又要关注供电电压。设备运行的耗电量与电压成为正比，如果电压偏高将会导致设备的能耗增加，额定电压为380V的用电设备在410V电压中运行时，整体的系统能耗会增加约8%。因此通过对地源热泵系统电压的科学调节将会有效的降低能耗，并能够保证设备的使用周期。在地源热泵系统运行节能管理中管理人员需要根据空调系统和室内外的温度并保证舒适度的情况下进行调节。尽可能的选择最优化的状况使系统运行，使地源热泵系统的节能效果达到最佳。管理人员需要对地源热泵系统进行动态管理和控制，有效的降低地源热泵系统运行中的负荷，实现既定的节能目标。地源热泵节能系统尽可能的采用智能化系统进行管理操作，管理人员需要注重地源热泵系统运行效率、热泵机组群控节能管理、冷热水泵节能管理以及新风机组的节能管理，充分降低地源热泵系统的能源消耗。

结语

随着经济和科技的快速发展，我国的地源热泵节能运行控制措施和方法越来越多。通过有效的节能运行管理将大大提高地源热泵系统的工作效率，降低其对能源的消耗和浪费，从而满足可持续化社会发展的需要。

参考文献

[1] 曾和义，刁乃仁，方肇洪.竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析[J].太阳能学报，2010.

[2] 周谟仁.流体力学与泵与风机[M].中国建筑工业出版社，2009.

[3] 庄迎春.论绿色建筑与地源热泵系统[J].建筑学报，2011.

[4] 单宇钧.地源热泵系统―高效节能的空调系统[J].城市建设与商业网点，2009.