地源热泵技术可行性分析

郝帅

陕西建工第十三建设集团有限公司 陕西 延安 716000

1 地源热泵设计与应用

1.1 地源热泵系统

地源热泵系统基本上是由室内的环路、地源热泵的机组部分、地表区域的换热器等零部件共同构成的，室内的环路通常是使用地源热泵的机组部分进行连接，通过冷凝器以及地源蒸发器开展换热操作。地表浅层区域的温度会跟随室外空气温度的变化而出现变化，但是在地下较深的区域位置，在未受到外界环境因素干扰的基础上，地下深层区域的土壤温度一般是维持在恒定不变的状态[1]。

地源热泵系统在夏季进行运行时，通常是使用地源的热泵机组直接将热量传输到地表区域的换热器上开展热交换操作，土壤会吸收一定的热量，土壤的温度会提高，土壤可以将热量存储在冬季进行使用。在冬季进行运行时，地源热泵既能够直接通过地表区域的换热器开展热交换，又能够将地下深层土壤储存的热量直接供给地源热泵的机组进行使用。这充分地运用了地下深层土壤的特征，从而达到使用自然资源进行热交换，基本实现了节能降耗的环保目的。因为土壤属于可再生资源，不会对生态环境产生污染情况，因此地源热泵系统的可适用范围比较大，在运行使用过程中比较可靠。

1.2 地源热泵案例

在陕西省延安市黄陵县梨园新区黄五路与滨河路交叉口西南角，福泽路以北的“黄陵姬水湾花园小区”项目采用复合式地源热泵系统。前期准备：岩土工程勘察、热响应测试（二次）、对地源热泵进行专家论证、进行热能分析及逐时负荷计算。

经过前期方案征集以及多次计算，最终确定：按冬季设计负荷60%选定地源热泵机组容量，冬季高峰负荷按冬季设计负荷45%由城市热网解决。埋管负荷以冬季设计负荷为主，并充分考虑夏季设计负荷对大地的影响，以确保排热量与取热量相同。

2 地源热泵系统的安装

2.1 安装工序

地源热泵安装企业在进行地源热泵系统安装之前，会对地温进行专业的物性测试，在完成测试后，工作人员可以进行地源热泵的打孔操作，随后相关作业人员需要将换热管下井，并使用准备好的原浆开始回灌操作。施工人员需要开挖一个可安装水平管的沟槽，相关作业人员需要使用细砂对井孔区域进行回灌[2]。安装人员可以使用聚乙烯（PE）水平管进行连接，在完成水力平衡器的安装操作之后，工作人员可以运用水平PE管开展细砂回填操作。工作人员完成地源热泵的机组安装操作后，需要进行控制器的安装工作，最后进行标牌悬挂操作即可。

2.2 地源热泵系统方案设计

首先，系统冷、热源:地埋管地源热泵与吸收式蒸气溴化锂机组相结合，搭配城市热网辅助，对温度进行调峰。按冬季设计负荷60%选定地源热泵机组容量，冬季高峰采用城市热网进行调峰。夏季高峰采用吸收式蒸气溴化锂机组进行调峰。其次，地源热泵地下换热器系统地下部分，通过PE100高密度聚乙烯（承压1.6MPa）。换热器系统分设在住宅楼、室外绿地下，采用D32双U型垂直埋设，孔间距5m，介质为水，埋管深度100m。共布置550组地下换热器及三个监测井，其中6栋18层下243组，室外绿地下95组，6栋17层下212组。各地下换热器连接均采用同程式连接，通过分区的集分水器汇总。该土壤热泵地下换热器系统为“黄陵姬水湾花园小区”项目复合式空调冷热源中的一部分。再次，在地源热泵安装资金运用合理的基础上，冷源、热源的选择应该尽量使用一些地热能、太阳能等可再生的能源进行设计处理，施工企业在使用可再生的能源难以确保地源热泵稳定性的时候，工作人员方可设计一些辅助进行制冷、供热的方案。

结合《实用供热空调设计手册》的相关规定可知，冬季设置的热负荷需要低于夏季设计的冷负荷，因此依照夏季时节进行的热负荷情况，施工企业在选取地源热泵种类的时候，工作人员需要尽量选择使用具有高效能的地源热泵机组。

3 地源热泵系统安装的可行性分析

3.1 管路施工

如果地源热泵的设计区域在陕西省延安市，该市的土壤条件符合地源热泵土壤要求，设计人员可以选择使用水平型埋管或者垂直型埋管进行埋管设计。埋管数量的选择和埋管深度的设计与地源热泵的冷热量实际需要具有直接的联系，地源热泵的热量需求越多，地源热泵系统所需运用的埋管数量会越多，埋管深度越大。地源热泵企业需要在进行地源热泵系统的管路施工过程中，结合地源热泵系统的热量，选择一个比较合适的埋管方式以及埋管数量，即可以充分满足地源热泵系统的时节要求。

3.2 地质条件

在进行地源热泵系统打井的过程中，相关工作人员应该充分考虑进行系统打井的区域以及打井区域的地质结构需求。拟建场地地质构造简单，底层平缓，无岩浆岩侵入，是华北地区最稳定的部分[3]。延安市黄陵县属黄河中游地区，区域内主要河流有沮河和葫芦河，属北洛河水系的两大支流。本建筑场地处于一个地质构造运动相对稳定地带，场地上部覆盖层为一套河流冲积物，下浮基岩为三叠纪（T）泥浆、砂岩互层，属非可溶岩，不存在岩溶现象，岩基稳定性良好。

3.3 投资条件

地源热泵系统初期阶段的投资金额通常会高于预期的方案，因为该系统在前期阶段的投资金额比较高，所以该系统的实际运行期限可以达到50年以上，在国家积极倡导节能降耗的环境下，地源热泵系统具有的优势也会逐渐地发挥出来。在地源热泵系统安装的投资金额比较充足的背景下，地源热泵技术已经成为比较适合的冷热源设计方案，正常情况下，较大型的建筑以及冷热源实际需求比较大的建筑比较适合使用该方案。

4 地源热泵系统与常规冷热源方案的对比

常规形式的建筑冷热源方案设计，通常是将冷水机组和市政热水系统进行联合使用，地源热泵系统的安装相比于常规形式的建筑冷热源方案具有更加明显的节能效果。

4.1 初投资费用

初期的投资费用主要涵盖了建筑工程的施工费用、设备采购的费用、地源热泵系统安装的费用。根据初期投资的费用来看，地源热泵系统的投资金额高于常规形式的建筑冷热源方案设计。

4.2 全生命周期费用

如果将地源热泵系统的实际使用期限视为20年，地源热泵系统的全生命周期费用达到了八百多万元，而建筑冷热源方案设计的全生命周期费用可以达到九百多万元，因此可以清晰地了解到建筑冷热源方案设计的全生命周期费用更多，因此从全生命周期费用角度分析，选择地源热泵系统的设计方案会更好。

4.3 环保

根据节能环保角度进行分析，以电能为重要能源的建筑冷热源方案设计，尽管在目标的建筑位置并未出现污染问题，但是发电厂在进行发电的过程中使用化石燃料进行燃烧将会产生很多有害物质造成环境受到污染。因此从节能环保的角度进行分析，地源热泵系统更加符合时代要求。

5 地源热泵技术的特点

5.1 高效节能

地源热泵的主机可以直接从地下水或地下土壤获得大量的热量，主机每使用1kWh 即可以产生3-5.5kWh 以上的热能，因为，地源热泵系统的运行费用等同于直接使用电能的1/4，等同于液化燃气能量的45%，等同于燃烧油能产生能量的1/2，等同于天然气产生能量的3/5。因此地源热泵系统在运行过程中，基本上可以和燃烧产生的能量以及太阳能进行制热的运行成本处于持平状态，室外的温度越高，地源热泵系统的运行时间会逐渐缩短，地源热泵系统的节能效果比较好。

5.2 清洁环保

将地源热泵技术和煤油燃气、燃煤热水系统进行对比可以发现，地源热泵系统并不会向周边环境排出有毒有害的污染物质，更不会造成温室效应以及引起大气污染。因为地源热泵系统对于能源的损耗量处于极低的状态，能够降低燃烧废气的出现，可以满足我国现有的节能环保基本政策，还会为国家以及社会产生比较好的经济效益。

5.3 安全

相比于电热水器，地源热泵系统的机组内部存在高压保护装置、压缩机过载保护装置、启动延时装置、水温温度过高的保护装置等多重维护系统安全的保护装置，从根源上防止了漏电现象、干烧现象、超高温现象等隐患问题的出现。地源热泵的机组并不需要将燃料直接输送到管道区域，不会发生燃料泄漏问题以及火灾爆炸风险。

5.4 制热速度比较快

地源热泵系统在20℃的温度之下，地源热泵系统的制热速度实际上是电热水器进行供热的4倍，等同于燃气热水器供热的3倍，等同于太阳能热水器进行供热的8倍，因此地源热泵系统的制热速度比较快。

5.5 智能化控制

地源热泵系统基本已经实现了智能化的控制方式，操作起来比较方便。地源热泵系统主要使用电脑进行控制，可以自动进行启动和暂停，也可以多台地源热泵设备进行联合使用，工作人员可以直接依照地源热泵负荷的变动进行设备开启数量的控制。

5.6 符合国家节能环保政策

现如今国家对于环保、降耗、节能、减排的重视程度逐渐增强，一些难以满足国家界定的设备安全稳定性的供热制冷设备将会被逐渐淘汰，地源热泵系统符合国家环保节能的政策，地源热泵系统的应用空间将更为广阔。

6 地源热泵系统的可行性分析

6.1 地源热泵技术的可行性研究

在使用地埋管形式的地源热泵系统过程中，相关工作人员需要全面了解建筑工程施工现场可进行埋管的面积以及土壤条件，施工企业需要向当地的相关部门进行咨询，并获取工程施工区域的勘察检测资料。如果施工场地不具有勘察检测资料，施工企业需要邀请专业的检测人员开展地质条件勘察工作，并根据地源热泵系统的设计方案以及施工设计图纸为进行打井埋管操作做好充分的施工准备工作。

施工企业需要进行安装方案的可行性研究，进一步确保使用地埋管形式的地源热泵方案的可行性，并依照设计方案完成好施工现场的施工设计。在使用水源形式的热泵系统时，施工企业需要深入分析建筑工程施工现场的水源状况，并需要邀请专业的检测人员开展施工区域水文环境的地质勘察。施工企业可以根据热泵系统的设计方案以及施工设计图纸，了解施工区域是否存在可利用的水源，从而确保在热泵系统安装的过程中，使用地下水还是使用地表水进行供水水源的方案设计。

6.2 地源热泵系统经济方面的可行性分析

地源热泵系统基本上可以实现对建筑物的供热作用、制冷作用、提供生活热水的目标，地源热泵系统实际上是高效进行节能环保设计的系统，该系统充分地运用了很多可再生能源。相关工作人员使用地源热泵技术自处于常温状态的土壤中进行吸热操作或向土壤进行排热操作，土壤中蕴含的能量相当于可再生的清洁类能源，可持续进行运用。

7 结束语

通过文章的分析和研究得知，地源热泵技术可行性分析是推动地源事业全面发展的有效手段。本文研究中提出的几点建议，主要围绕地源热泵技术，注重地源热泵技术的可行性分析才能更好地提升地源热泵技术的综合水平。在我国地源事业不断发展下，将会出现多样化的地源热泵安装模式，作为地源企业的工作人员，应重视自身可行性分析能力的提升，进而为地源热泵提供优质的可行性分析服务。