浅谈地埋管地源热泵系统的优化研究

房子钰

沈阳建筑大学市政与环境工程学院（110168）

能源是社会不断进步与发展的动力。随着人类生活水平的不断提升，我们对能源的需求量也在不断增加。建筑能耗在社会总能耗中占有很大的比重，而暖通空调作为建筑能耗中重要的部分也受到了很多关注。相较于传统的空调系统，地源热泵这项无污染可再生能源的技术得到了大力的推广与应用。

1 地埋管地源热泵系统应用现状

地源热泵系统起源于瑞士，这项技术在20世纪末期的欧美国家就已经趋于完善，并开始了广泛的应用。国内的研究从21世纪开始在政府多项政策的支持下，地埋管地源热泵系统在近些年得到了迅速的发展。

2 地埋管地源热泵的优点

地埋管地源热泵又称土壤源热泵或土壤耦合热泵。相对于以地下水和地表水为热源的系统，地埋管地源热泵系统以土壤为低温热源，使得系统具有了以下的优点。

地埋管系统主要利用地下土壤中的可再生能源地热能，因此系统在节能环保的同时可实现建筑夏季制冷与冬季供暖的双向需求，还可以在热泵系统理想状态下的运行期间通过自然补偿的方式来恢复土壤的温度。

垂直地埋管地源热泵系统的钻井深度一般为40～200 m不等，而地表5～10 m以下的土壤温度已经基本上不再受到季节及气象变化的影响，土壤的温度场处于长期平稳的状态。

地埋管地源热泵系统的主要设备在地下，这样就大大节省了紧张的地上土地资源。同时地源热泵系统可以实现一机两用，夏季制冷冬季制热，多余的热量还能用于提供生活热水，节省资源，经济高效[1]。

3 地埋管地源热泵系统的优化研究

现行的地埋管系统大多分布在北方寒冷地区，冬季供热所需的热量要远远大于夏季制冷期所需的冷量，而系统在这种冷热负荷不均的情况下长期运行导致了地下土壤的冷堆积。相反在热带地区，夏季所需冷量更多，在长期运行过后地下土壤会产生热堆积。这种土壤温度的不平衡性会影响机组的运行效率，不断增加的功耗使系统的运行稳定性降低，甚至会导致地埋管系统运行失效。近些年学者们不断研究，提出了以下几种解决方案。

3.1 增大钻孔间距

增大钻孔间距本质上是通过增大整体地埋管管群所占的岩土体积来增大地埋管区域的总热容量，但是这种会增大占地面积的方法并不适用于土壤资源紧张的地区[2]。

3.2 间歇运行系统

间歇运行是通过频繁开关系统以达到土壤自主恢复的目的，因此控制系统较为复杂，在系统设计时需考虑工程所在地区，选取合适的机组启停比及运行起止时间。这种方式是以地下土壤温度场的温度来判断是否运行系统，而不是以建筑内人们的实际需求来设定。间歇运行系统与连续运行系统相比会较难满足室内人体舒适度。

3.3 复合式系统

复合式系统是根据系统实际需求的变化将单一的地热能与其他能源耦合。如在冷负荷大时采用地源热泵+冷却塔复合系统，而在热负荷大时采用地源热泵+太阳能负荷系统。这种复合系统的缺点就是整体的运行策略比较复杂，系统控制与调节也较为烦琐。

3.4 分区运行

将地埋管系统划分成几个区域，再将系统运行期按照负荷大小划分为几个阶段。在负荷较小的阶段只运行部分地埋管，以此减小地下土壤的平均温度，达到长期稳定运行的目的[3]。

4 结语

随着社会经济的不断发展，使用可再生清洁能源已经成为节约能源的重要举措。地埋管地源热泵系统作为高效利用地热能的热泵系统之一，在国家及社会环境的支持下正在飞速发展，在学者们不断研究探讨中完善理论、技术及设备，从而提升综合效率。