地源热泵热平衡分析及优化控制研究

方燕 陈凤

1.兖矿东华建设有限公司地矿建设分公司 山东邹城 273500

2.山东广大工程设备有限公司 山东潍坊 261000

在地源热泵中，借助热泵，可实现对冬天大地热能的提升，为建筑提供热量。通过转移大地温度，完成冷量存储，可应用在夏天。受到夏天温度较高的影响，热泵能够将建筑内热量导向地下，实现建筑降温。总体而言，地源热泵系统可以完成对地表浅层的利用，在高效节约方面优势显著[1]。

1 地源热泵热平衡分析

基于地源热泵，其主要通过利用地热换气，提取地表浅层温差能，借助热泵机组，实现对热源的扩散，完成对热源向周围的扩散。在热泵系统常年运行的情况下，要想实现有效利用地表浅层热能，在热能提取、放出的过程中，应加大对土壤源热泵热平衡问题的重视度。以我国实际情况作为出发点，我国国土广阔，针对区域不同，存在气候差异较为显著，因此，在我国相当一部分区域，建筑物均会出现地表浅层冷热不平衡的情况特别是在我国西北地区，在建筑物中，其地表冷热负荷相对较大，因此，在常年进行热量提取、放出工作的过程中，应切实落实热量平衡工作，以免形成热堆积情况，造成土壤热失衡。同时，针对土壤热失衡，当该现象发生后，难以通过土壤自身运动修复。在严重的情况下，将会导致无法得到土壤能量的提取，完成相应的循环、利用工作[2]。

图1 地源热泵运行图

以运行原理角度出发，地源热泵主要作用于地表浅层中，完成对热能的提取和放出，实现夏季制冷、冬季供热。借助地源热泵，其既能够在夏季运行，同时还能够在冬季运行，具有交替性。结合设备使用，地表土壤既是能源载体，同样还是重要的传递介质。借助埋管，实现对温度的传递，根据埋管铺设的路径，实现对热量的扩散。围绕钻孔半径范围，基于土壤温度降低、升高而言，无论是钻孔热扩散半径，还是自身热扩散体积，均在其中起到十分关键的作用。在地表土壤中，其被视为一种储能体，负责储存能量，但是要想实现能量的扩大，将切实扩大储存体积，使土壤温度在变化幅度方面呈现出降低趋势。因此，相关工作人员应落实对钻孔位置的选择，通过合理把控间距，避免出现埋管之间互相干扰的问题。另外，还要注意温度叠加情况，以免造成土壤温度变化幅度较高。在常年工作的情况下，地源冷热负荷存在明显较大现象，将会加大热平衡出现的可能性，进而形成热堆积。在热堆积出现后，土壤在冷热温差方面将会进一步加大，造成生态环境受到影响，这一问题也是相关工作人员关注的重点所在。结合我国相关区域，在生态环境中，大地热流与其关联性十分密切。在区域内大地热流较高的情况下，则区域生态环境较为良好，生态体系十分完善。图1为地源热泵运行图。

2 地源热泵热平衡优化控制

2.1 提高工作人员认识

以从业人员展开分析，应做好对地源热泵的正确认识。在本质上，相当一部分工作人员在地源热泵机的认识方面，将其作为地表浅层热能交换的一种操作，可完成对建筑物的制冷、供热。认为地热是恒温热能，取之不尽，用之不尽。但是结合实际操作，相关工作人员应明确要想实现热源平衡，将保持抽取热量与释放热量的一致性。这也是当前地源热泵设计、使用的重要方法，可有效实现对土地弱势问题的改善。同时，针对夏季、冬季在负荷上存在较大差距的地区，应将相关辅助设备充分考虑在内，使地下埋管热量降低。以我国南方地区为例，对比冷、热负荷，其冷负荷相对较高，因此，以冬季负荷情况作为参考，应做好对埋管长、深度的计算，在必要的情况下，可另外设置冷却塔，确保地源热系统不会影响到地下热能。

2.2 地埋管换热器密度提升

结合地表浅层，应切实落实地源热泵产生影响的降低，可以地埋管换热器密度作为出发点，优化其布置面积的增加。但是在实际工作中，受到占地面积、工程预算的影响，将会造成布置面积难以得到有效增加。近年来，桩基埋管技术的应用逐渐广泛化，可以实现对埋管面积不足的解决。具体分析其原理，可将地下U型管换热器进一步埋入到建筑混凝土桩基中，实现埋管面积的扩大，同时，借助桩基，在周边土地中，能够得到有效换热[3]。

3 结语

目前，在建筑空调中，地源热泵可作为冷热源，其系统相对较为复杂，存在成本高的缺点。但是就运行而言，其费用相对较低，在节约能源方面效果显著。近年来，我国在保护环境、节约能源等方面重视度较高，因此，地源热泵的应用前景十分良好。