严寒地区地源热泵冷堆积问题浅析
寒冷地区太阳能地源热泵供热供冷分析
关键词 太阳能地源热泵 寒冷地区 居住建筑 季节性蓄热 运行特性分析 供冷 供暖
①
本 文 提 出 的 太 阳 能 地 源 热 泵 （ＳＧＣＨＰ）供 热 供 冷系统是将太阳能热泵与地埋管地源热泵耦合的 系统。ＳＧＣＨＰ 系统有多 种 运 行 方 式：非 供 暖 季 通 过 太 阳 能 集 热 器 将 太 阳 能 收 集 起 来 ，并 通 过 地 埋 管 换 热 器 蓄 存 在 地 下 ，供 暖 季 再 把 热 量 从 土 壤 中 取 出 为 室 内 供 暖 ；供 暖 供 冷 初 期 、末 期 可 以 不 开 启 热 泵 ， 直 接 利 用 地 埋 管 换 热 器 从 地 下 取 热 取 冷 ；太 阳 能 充 足时，也可以不开 启 热 泵，直 接 利 用 太 阳 能 集 热 器 供暖，或者 地 埋 管 换 热 器 与 太 阳 能 集 热 器 联 合 供 暖。充分 利 用 了 太 阳 能，实 现 了 太 阳 能 的 移 季 利 用 ，减 少 了 能 耗 。
图 １ 建 筑 逐 日 负 荷
月１５日至９月１５ 日，平 均 冷 负 荷 为 ５．１１ｋＷ，总 冷 负 荷 为 ５４．３１ ＧＪ。
按 照 水 源 热 泵 机 组 设 计 工 况 冬 季 ＣＯＰ 取 ４．８，夏 季 ＣＯＰ 取 ５ 计 算 ，供 暖 季 累 计 取 热 量 为 １０７．５ＧＪ，供 冷 季 累 计 取 冷 量 为 ５３．９ ＧＪ。 如 果 热 量 仅 仅 来 源 于 浅 层 地 热 ，则 全 年 从 土 壤 取 热 量 比 向 土 壤 排 热 量 多 ５３．６ ＧＪ。 土 壤 得 热 与 失 热 严 重 不 平 衡 ，会 导 致 地 温 逐 年 下 降 ，破 坏 土 壤 生 态 平 衡 ，也 不 利 于 热 泵 的 供 热 性 能 。 所 以 需 要 补 充 热 源 ，减 少 从 土 壤 的 取 热 量 ，使 取 热 量 与 取 冷 量 基 本 持 平 ，所 以 本 系 统 设 置 了 太 阳 能 集 热 部 分 ， 在满足室 内 需 求 情 况 下 冬 季 直 接 利 用 太 阳 能 供 暖 ，过 渡 季 及 供 冷 季 将 太 阳 能 蓄 存 在 土 壤 中 ，供 冬季使用。 ２ ＳＧＣＨＰ 系统的设计及 ＴＲＮＳＹＳ 模型的建立
浅析寒冷地域暖通设备冻害事故原因
现象 。
、
热水型新风加热盘管冻裂的原 因分析
１ ． 热媒参数对新风加热器的影响 在我 国北方 的许 多地 区冬天 的天气 常年处 于 一 １ ５ ℃左 右 ，甚至有
就在今年的 １ １ 月３ ０日，在哈尔滨发生 了一起今年冬天最大 的供热 事故 ，整个 事故整 整持续 了６ ０ 小 时。这其 中有 的一些 居 民家庭 连续 ３ 天不 能供 热 ，据统计有 ２ ． ３ 万余户 的用户在取 暖上严重 受到了影响。对
现冻裂的情况 。总结 的来讲 ，蒸气加热器发生冻裂的原 因主要有两个 ： （ １ ） 疏 水器和过 滤器 出现阻塞 ，导致 工作 时有大量 的积水 残 留， 低温工作时就很 可能出现加热器和连接管路冻裂的情况 。 （ ２ ） 疏水器 未能正确安装 。安装 的方 式一般存在 以下 两个 方面的
一
况下 ，盘 管所受 的热负荷较小 ，因为流量是 自动完成 调节的 ，所 以造
成此 时盘管 内的流量不足 ，水 流的速度也 低于正 常的情况 。所 以在小 流速的情况下 ，同样也很容易出现盘管层 冻结 的现象 。
３ ． 水 的 流 速 影 响 着 冻 结 的 情 况
关 于影响盘管 出现冻 坏的另外一个重要 的因素就是加热盘管 内水 的流速 。当流速低 于一个标 准值时 ，就会 容易出现冻 结的情况 。具 体 进行 原 因的分 析就是 当管 内水 流很缓 慢 时，致使 流动 雷诺数 Ｒ ｅ 低 于
热水 代替 ５ Ｏ 一６ ０ ℃的热水 。
２ ． 调节流量对于盘管冻结的影响 有时 即使 是在冬季 的初 期 ，温度并没有达 到最低的条件下 ，同样 也会 出现 冰冻 的情 况。这是 由于加 热器 的盘管面积都是 事先按照冬 季 的热负荷所设定 的，所 以在初冬温度并不是很低但也 足够低 于０ ℃的情
地源热泵系统在寒冷地区的应用
地源热泵系统在寒冷地区的应用近几十年来，我国科学技术飞跃进步，生产力迅猛发展，但也付出了资源和环境的巨大代价。
特别是近几年来频发的“地表水污染事件”、“雾霾事件”……，使得人类对自身生存环境的重视日益加深，对可持续发展能源利用的意识不断增强。
就暖通专业而言，如何解决环境污染和能源危机问题是设计面临的紧迫任务，因此节能减耗和环保要求是空调设计中必须考虑的首要问题。
当前，能源供需矛盾是世界各国面临的共同性问题，这种矛盾将是长期的，并非短期内所能解决，因此节能工作受到普遍的重视。
我国1980年制定的能源方针就指出“开发与节能并重，近期内把节能放在优先地位，对国民经济实行以节能为中心的技术改造和结构改造”。
暖通空调作为耗能较大的行业，在节能环保的大背景下，低碳环保的生活方式对暖通空调市场影响深远。
据初步统计一般中央空调能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，对于商场和综合大楼可能要高达60％以上，因此节约建筑空调能耗是刻不容缓的。
可再生清洁能源的开发利用已列为国家能源的优先发展战略，目标是2020年可再生能源在新建筑中的应用比例达到50%，提倡选用新型的节能环保空调势在必行。
地源热泵作为一种浅层地热的可再生能源利用技术，既可以制冷，又能供暖，近年来在我国得到了大规模的应用。
特别是在我国北方地区，夏季要制冷冬季要采暖，地源热泵系统作为一个环保节能的系统应用更为广泛。
1、什么是地源热泵系统：地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达4-6，其运行费用为普通中央空调的50～60％。
地源热泵系统在严寒地区办公建筑中的应用策略
地源热泵系统在严寒地区办公建筑中的应用策略摘要：随着当今能源环境问题的日益突出，以及“碳达峰、碳中和”发展目标的提出，建筑供暖工程正在经历从清洁走向低碳的变革。
对于严寒地区办公建筑，供暖需求旺盛，更应提高可再生能源在供暖中的使用比例。
本文介绍了地源热泵系统原理及特点，分析了严寒地区办公建筑负荷特性，提出了太阳能辅助地源热泵系统实现热平衡的设想，以此来为地源热泵系统在严寒地区办公建筑中的应用及其优化提供参考。
关键词：严寒地区；办公建筑；地源热泵系统前言：在通过地源热泵进行严寒地区办公建筑的供暖过程中，技术人员一定要根据地源热泵系统的主要工作原理及其技术特征，在对严寒地区办公建筑热负荷特点充分分析的基础上，做好其冷热平衡分析。
然后根据实际情况，将太阳能辅助热源和地源热泵系统有机结合，以此来实现高比例可再生能源供暖。
1.地源热泵系统的工作原理及其技术特点1.工作原理热泵系统的工作原理是通过输入少量高品位能源（电能），实现大量低品位热能向高品位热能转移。
通常消耗1kWh电能，可以“搬运”4~5kWh以上的热量。
地源热泵系统是一种通过热泵技术，将蕴藏在土壤、地下水或地表水中的浅层地热资源转移到室内实现冬季供热，或者将室内多余热量转移至室外地源侧实现夏季供冷的高校节能空调系统[1]。
1.技术特点地源热泵系统的主要技术特点有三点，第一是该系统属于可再生能源利用技术，除输入的少部分高品位电能外，它所搬运的能量都是地表土壤水体所吸收的太阳能，具有可再生特征，将其用来取代传统的化石能源供暖，便可达到良好的减碳节能效果。
第二是具有较高的运行效率，不论是在冬季还是在夏季，地源侧温度十分稳定，是较好的空调冷热源，运行中具有较高的能效系数。
第三是应用范围广泛，在充分考虑热平衡的前提下，可用于商场、办公、酒店等公共建筑的供暖、制冷、生活热水供应等方面。
二、严寒地区办公建筑中的地源热泵系统的应用策略分析在严寒地区办公建筑中，要想让地源热泵系统发挥出良好的供暖效果，技术人员就需要对严寒地区办公建筑的具体负荷特征以及冷热平衡进行合理分析，然后以此为依据，引入太阳能辅助蓄热系统解决可能存在的冷堆积现象，实现太阳能和地源热泵系统的良好结合，为系统可持续运行提供保障。
某土壤源热泵系统冷堆积问题分析
某土壤源热泵系统冷堆积问题分析作者：曾邦杰来源：《城市建设理论研究》2013年第03期摘要：针对包头市某地源热泵系统冬季运行状况较差的问题，通过对系统评价分析，排除地埋管损毁因素之外，结果表明该系统出现冷堆积现象。
针对此问题提出了地源热泵系统的热平衡解决方案。
关键词：土壤源热泵；热平衡；实例分析；解决方案Abstract:A problem of the winter operation performance of a practical ground source heat pump system in Baotou, based on the analysis of the evaluation system, exclusion of buried pipe damage factors, the results show that the system have a cold accumulation phenomenon.Aiming at this problem, put forward ground source heat pump system heat equilibrium solution.Keywords: ground-coupled heat pump; heat balance; case analysis; solution中图分类号：TU831文献标识码：A0 引言土壤源热泵是一种利用地下土壤作为热泵低位热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现热量从低温位向高温位转移的热泵系统[1]。
地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
在能源短缺的今天，利用浅层地温能这一清洁可再生的新能源改善环境污染状况日益受到国家和地方政府的重视，近年来相继出台了一系列支持鼓励政策和管理法规，各地政府还财政补贴浅层地温能的开发利用[2]。
严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略优化
严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略优化随着社会的发展和经济的进步，能源短缺和环境问题日益凸显，为了实现经济和生态的双赢，太阳能热泵技术应运而生。
太阳能热泵技术通过利用太阳能热能进行供暖、制冷和热水等热能产生，直接减少了传统能源的消耗，具有很高的节能效果和环保优点，受到越来越多人们的青睐。
与传统的太阳能热泵技术相比，土壤源热泵技术使用的热源为土壤，具有独特的优势。
其中，利用太阳能辅助运行土壤源热泵系统，可以进一步提高系统的效率，实现节能减排的目的。
本文旨在探讨针对严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略的优化方法。
一、太阳能辅助土壤源热泵技术的优越性1、稳定性好太阳能辅助土壤源热泵利用土壤温度的稳定性进行加热或制冷，具有非常好的稳定性。
在寒冷的冬季，土壤中的温度较高，可以提供充足的热源满足室内供暖，避免了突发性的暖气瘫痪现象；在炎热的夏季，土壤中的温度较低，可以提供较低的制冷温度，满足空调制冷需求，从而保证了系统的运行稳定性。
2、高效节能与传统的供暖方式相比，太阳能辅助土壤源热泵技术不仅具有稳定性好的优势，还具有非常高的效率和节能性。
太阳能辐射是一种免费的能源源，太阳能辅助可以减少系统的能源消耗，增加系统的工作效率，降低系统的运行成本。
在严寒的冬季，太阳能辅助下，土壤源热泵可以提供热水和暖气，大大降低了家庭的供暖成本；在酷热的夏季，太阳能辅助下，土壤源热泵可以提供低温空调，降低了制冷成本。
因此，太阳能辅助土壤源热泵技术具有非常好的效益和社会价值。
3、环保节能太阳能辅助土壤源热泵系统不仅节省能源，还可以减少二氧化碳的排放，并且不会产生任何污染物。
该技术是一种真正意义上的绿色环保节能技术，符合社会的可持续发展思想。
二、严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行优化在严寒地区，太阳能辅助土壤源热泵系统的运行存在一些问题，需要针对性的进行优化。
1、运行策略的优化太阳能辅助土壤源热泵系统的运行策略应考虑太阳能辐射周期、土壤深度、气候条件等因素。
浅析寒冷地域暖通设备冻害事故原因
浅析寒冷地域暖通设备冻害事故原因【摘要】我国地处于亚热带地区，在我国北部的地区是处于相对寒冷的天气条件下，因此，暖通设备的发展好坏将会直接影响到当地人民的居住条件和环境。
近年来，我国出现暖通设备冻害的事故已是越来越多，不仅对人们日常生活带来巨大的影响，还对正常的生产活动和工作带来了不便。
本文主要分析了寒冷地区的暖通设备冻害的事故原因，希望能对暖通设备改良的相关技术部门有一定的帮助作用。
【关键词】寒冷暖通技术冻害原因就在今年的11月30日，在哈尔滨发生了一起今年冬天最大的供热事故，整个事故整整持续了60小时。
这其中有的一些居民家庭连续3天不能供热，据统计有2.3万余户的用户在取暖上严重受到了影响。
对于居民的家庭而言暖通的故障就已经造成了如此巨大的影响，可想而知，它对于整个社会的经济发展、交通运输等各个方面的领域都造成了一定的影响。
下面就对暖通设备冻害事故的原因做出探讨和分析。
一、热水型新风加热盘管冻裂的原因分析1 热媒参数对新风加热器的影响在我国北方的许多地区冬天的天气常年处于-15℃左右，甚至有一些地区比如像哈尔滨、黑龙江、新疆等地区的温度都到了-30℃。
这种恶劣的条件给在远远低于0℃的低温环境下工作的新风加热器造成了很大的影响，因为加热器工作时，它的外面的整个管束就时时刻刻与极具低温的冷空气接触，几乎整个盘管管束均与远低于0℃的低温空气接触，当加热器管内的空气流速偏小时，低温空气如果遇到温度不太高的热水就会充分换热，于是管壁上的水极易迅速降到0℃以下，所以后来我们在加热器管壁上看到的冰块很可能就是在这种情况下形成的。
当靠近管道内壁的水有结晶的趋势时，很容易就会形成较薄的冰层，随着时间的延长，如果不及时对这些冰层进行清除，就会形成越来越厚的冰层。
最后演变到很难清除的地步，而且在管壁内由于冰层的堵塞会使加热器工作时流通的截面积减少，水循环在这样的环境条件下无法正常的进行代谢，于是就造成了冰层凝结的程度更加严重。
寒冷地区某办公楼地源热泵空调系统运行分析
寒冷地区某办公楼地源热泵空调系统运行分析摘要结合寒冷地区某办公楼地源热泵项目，介绍了浅层地热地质条件的测试结果。
土壤热平衡分析结果表明，如果地源热泵机组全年向岩土体排热量为1. 425TJ，经过一个制冷季和一个供暖季后，岩土体温度升高幅度为0.30℃。
运行数据分析结果表明，地源热泵冷凝器与蒸发器进出口温差在运行过程中通常小于设计温差，造成水泵能耗偏高，建议采用定温差、水泵变频调节的控制方式。
关键词地源热泵; 空调系统; 热平衡; 定流量系统; 节能; 办公建筑0 引言根据地热能换热形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
其中地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统由于受到使用条件和环境保护的限制很难推广，地埋管地源热泵系统则应用广泛。
地埋管换热器又分为水平式和竖直式，由于水平埋管式占地而积大并且不能较好地利用地热能，因此竖直埋管式得到了更为普遍的应用。
国内近些年陆续出现了一些竖直埋管式地源热泵项目，比如山东建筑大学学术报告厅地源热泵系统采用25 组并联的竖直U 形埋管组成室外换热器。
虽然竖直埋管式地源热泵系统应用的可行性己经在实际工程中得到证明，但是缺乏对实际运行数据包括如何进行热平衡以及系统节能性等各个方而的具体分析论证。
本文通过寒冷地区某办公楼地源热泵系统的测试，对地源热泵系统运行的可行性和节能性进行分析，为竖直埋管式地源热泵空调系统的设计提供理论依据。
1 工程实例1.1 工程概况寒冷地区（北京市）某办公楼项目占地7469.37m2，办公楼建筑而积36350.07m2，其中地下13716.73m2，地上22633.34m2。
工程空调系统夏季冷负荷为1935.67kW，冬季热负荷为1353.78kW。
夏季制冷供回水温度为7℃/12℃，冬季供热供回水温度为45℃ /40℃。
1.2 系统设置该工程中地源侧采用100m 长竖直双U 形地埋管换热器408 组。
严寒地区地源热泵冷堆积问题浅析
严寒地区地源热泵冷堆积问题浅析摘要：对地源热泵系统做了简单的介绍，对地源热泵在运行过程中影响地温冷堆积的因素进行了分析，结合地域特点，并提出了解决冷堆积问题的技术思路。
关键词：严寒地区；地源热泵；冷堆积；换热器Abstract: Ground-source heat pump system is introduced briefly in this paper, and the factors which have effect on the cold accumulation of Ground temperature during the operation of the GSHT are analyzed,furthermore, Technical ideas are presented to solve the problem ofcold accumulation by combining characteristics of region.Keywords: Cold region；Ground source-heat pump；Cold accumulation；Heat exchanger1.地源热泵系统简介地埋管地源热泵系统是利用地下岩土作为热源或热汇，它是由一组埋于地下的高强度塑料管（地埋管换热器）与热泵机组构成。
在夏季，水或循环液通过管路进行循环，将热泵释放的热量排到地下岩土层；冬季循环介质将岩土层的热量提取出来经热泵释放给室内环境。
由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，效率大大提高，且又不受地下水资源的限制，根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类。
水平埋管方式的优点是在软土地区造价较低，但缺点是占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。
竖直地埋管换热器也就是在若干竖直钻孔中设置地下埋管的地埋管换热器。
严寒地区建筑地源热泵系统运行效果分析
CIVIL ENGINEERING |土木建筑摘要：超低耗建筑的设计和建设，需要与当地的自然环境和气候环境相结合，注重利用当地的绿色能源，减少对能源的消耗，实现零消耗的目标。
文章介绍了严寒地区建筑地源热泵系统，该系统借助当地的地热能、太阳能、电能等实现自给自足，有 效减少了对能源的消耗，满足了严寒地区建筑所需要的各种功能，具有良好的环保效果，可以达到良好经济效果。
关键词:严寒地区：建筑：地源热泵系统：节能降耗I严寒地区建筑地源热泵系统运行效果分析■文/张微寇铭昭陈昭景伟刚王杨洋近年来，我国积极推动可持续发展，很多领域和行业纷 纷响应。
与交通、工业等行业相比，建筑行业在节能减排方 面更具潜力。
不仅如此，针对建筑的优化设计实现节能减排 具有很强的可操作性，有助于减少对能源的消耗和对生态环 境的破坏，促进人与自然的和谐。
建筑能耗主要来自对建筑 内部的供暖、供冷、热水、电力、通风等。
传统建筑在设计 建筑过程中，注重优化住户个人感受，因此会注重从各个方 面提高建筑的性能效果，在这个过程中往往会忽视建筑对能 源的消耗。
为了在建筑设计施工过程中贯彻节能减排理念，很多新型建筑（如超低能耗建筑、近零能耗建筑等）纷纷涌 现，这些新型建筑体现了设计者对节能减排的追求。
1.严寒地区建筑地源热泵系统介绍吉林某建筑项目考虑到建筑必须满足的各种功能需要及 其产生的能耗，从当地能源实际出发，注重利用各种可再生 天然能源，如地热能、太阳能等，建设一个系统性的能源转 化系统，实现建筑自身整体近零能耗的效果，同时有效满足 建筑的使用功能。
该建筑总面积4000m2,于2017年建设完成并通过验收，投入使用。
该建筑主体可以分为两部分，分别是科研楼和实 训厂房。
其中，科研楼建筑面积为1200m2,为二层框架结构。
建筑整体坚持绿色、低耗的设计理念，结合本地区特有的自 然地理环境和气候环境，有效利用可再生能源（如太阳能、地热能等），建设可以实现能源互补的系统，在有效满足建 筑各项功能需求的同时，大幅降低了对能源的消耗，提高了 建筑的整体运行效率和节能效果。
严寒地区土壤源热泵系统热平衡问题分析
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ９— １ ２ ． 作者简介 ： 王鹏轩 （ １ ９ ８ ９一 ） ， 男， 吉林省长春市人 ， 在读硕士研究生
保持室 内温度满足舒适性的同时 ， 使土壤温度升高． 严寒地区冬季寒冷供暖期长 ， 夏季凉爽供冷周期短 ， 系统 长期在供热／ 制冷不同工况下交替循环． 由于严寒地区全年冷热负荷的不均衡性 ， 导致热泵系统从土壤中的
取热量大于排热量 ， 土壤温度场会出现“ 热失衡” 现象． 系统长期运行后 ， 会使土壤换热器周 围的土壤温度不 断降低 ， 影响热泵系统工作效率 ， 这就是土壤源热泵系统 的热平衡问题． 近年来 ， 许多学者为解决这一问题进行了大量研究工作． 扬州大学杨卫波【 ｌ 等以一典型的钻孔 间距为 ５
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｒ ｉ ｕ ｍ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ－ － ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｌ ｄ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｈ ｅ ｒ ｅ ｈ ａ ｓ ａ ｈ ｕ ｇ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ， ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｅ ｍｅ ｒ － ｇ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｒ ｉ ｕ ｍ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ Ａｔ ｈｅ ｔ ｍｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ，ｉ ｔ ｒ ａ ｉ ｓ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｈｅ ｔ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ—ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ
夏热冬冷地区地源热泵技术应用问题的几点思考
夏热冬冷地区地源热泵技术应用问题的几点
思考
地源热泵（GSHP）技术在夏热冬冷地区的应用面临许多问题和挑战，这些问题可能包括：热载体流量控制、地下水的供水、湿度梯度调节不当等，下面我们就来简单介绍一下这些问题：
一、热载体流量控制
地源热泵技术中的热载体主要是水，水的流量控制直接关系着整个系统的能效和运行稳定性。
夏季高温时，水的流量应适当调低，以增加地下水的停留时间，利用地下水蓄冷的效果；而在冬季，则应适当调高水的流量，以增加地下水在集热器中的停留时间，增加蓄热的效果。
二、地下水的供水
在夏热冬冷地区，地下水的温度通常略低于室内温度，因此，地下水在地源热泵技术中的应用，主要是为了其蓄冷、蓄热的作用。
尽管地源热泵技术在需要地下水的地区有广泛的应用，但是，有时会出现地下水的供应不足、水温受季节影响等问题。
这时，可以通过增加集热器的数量、增加地下水的饮用水制度，以提高供水的效率和稳定性。
三、湿度梯度调节不当
在地源热泵技术中，湿度梯度调节不当也会导致整个系统的能效下降、运行不稳定等问题。
对于夏热冬冷地区，地下温度趋于稳定，就需要在空气处理系统中，调节适当的湿度梯度，以达到良好的室内环境。
总之，地源热泵技术在夏热冬冷地区的应用，面临着多种问题和挑战。
如果能从热载体流量控制、地下水供应、湿度梯度调节等方面加以注意和合理调节，相信这些问题都可以得到有效的解决。
严寒地区某办公建筑中深层土壤源热泵供暖技术经济分析
【摘 要】土壤源热泵以土壤为低位能源，通过热能品位提升为建筑供暖，是一种清洁供暖方式。但严寒地区常规浅层地源热泵
所需的埋管长度剧增、机组能效低、土壤冷堆积等技术问题，制约了其推广应用价值，经济性较差。本文通过实例研究了中深层
土壤源热泵在严寒地区应用的技术经济性，按照集中供暖收费标准，如果不考虑入网补贴，中深层土壤源热泵供暖的经济性并
不明显，但考虑入网补贴后，中深层土壤源热泵供暖的动态投资回收期为 8.4 年，具有较好的经济性。因此，通过加大钻井深度，
提高土壤温度，解决浅层地源热泵在严寒地区应用存在的技术问题，是实现严寒地区的清洁供暖的可行途径之一。
【关键词】中深层土壤源热泵；技术经济分析；清洁供暖
【中图分类号】TU833.3
【文献标志码】A
供暖热用户水源热泵机组蓄热罐集水器分水器500m组1000m组2000m组热源井群图2系统原理图1510505101520251017112111812412201512126222310326实测年典型气候年日期室外气温图3典型气象年和实测的供暖季室外日平均干球温度比较项目数值备注初投资447万元运行费用4564万元供热收费9778万元按非居民住宅集中供暖收费标准433元m2计不考虑高度附加静态投资回收期不考虑入网补贴86年动态投资回收期不考虑入网补贴150年折现率取8静态投资回收期考虑入网补贴56年入网费为50元m2换热站建设费用为10元m2合计13550万元动态投资回收期考虑入网补贴84年中深层土壤源热泵供暖的经济性表3下转第35页建筑技术与设备25万方数据低温建筑技术july
耿霄 1， 邢学实 1， 王晓妍 2， 任彦舟 2， 倪龙 2 （1.黑龙江伟盛节能股份有限公司，哈尔滨 150028； 2.哈尔滨工业大学建筑学院，寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，哈尔滨 150090） GENG Xiao1, XING Xueshi1, WANG Xiaoyan2, REN Yanzhou2, NI Long2 （1.Heilongjiang Weisheng Energy Saving Co. Ltd., Harbin 150028, China; 2.School of Architecture, Harbin Institute of Technology, Key Laboratory of the Ministry of Environmental Science, Technology Industry and Information Technology for Human Settlements in Cold Region, Harbin 150090, China）
严寒地区土壤源热泵供暖问题调查研究
低， 但 运行 不 稳定 ； 垂 直 地埋 管换 热 器 占地 面 积小 ， 运 行稳 定 ， 应用 最 为 广泛 ， 但 是由于埋管较深（ 通常为３ ０ ｍ以上 ） ， 所以钻井费用高， 使系统初投资较高。
Ｉ １ ． ４土壤 换 热 器热泵 系统 设 计
ｅ ｘ ｎ￣ ａ ｐ ｌ ｅ ｓ ｆ ｏ ｐ ｒ ￣ ｅ ｃ ｔ ｓ ． Ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ 、 ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ 、 ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ 、
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓ ｕ ｍ ｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｊ ｏ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ｉ ｎ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｌ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍ ｐ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ
ｅ ｎ ｅ ｒ ｙ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｔａ ｎ ｌ ｂ ｅ ｎ ｅ ｉ ｆ ｔ ｓ ， ｅ ｔ ｃ ． Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍｐ； ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｌ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ； ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏｒ ｆ ｍ ｓ ； ｏ ｐ ｅ ｒ ￣ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ
寒冷地区地源热泵系统运行管理若干问题探讨
㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第１０期(总第４６卷㊀第３３２期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀建筑节能㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ʏ运行管理与调试ｄｏｉ:１０.３９６９∕ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３￣７２３７.２０１８.１０.０２０收稿日期:２０１８￣０３￣１２ꎻ㊀修回日期:２０１８￣０３￣３０∗基金项目: 十三五 国家重点研发计划专项资助项目:近零能耗建筑技术体系及关键技术开发子课题 严寒寒冷地区示范工程实施效果评价研究(２０１７ＹＦＣ０７０２６１０－０４)寒冷地区地源热泵系统运行管理若干问题探讨∗魏林滨１ꎬ㊀李㊀翠２ꎬ㊀王占东３ꎬ㊀时敬磊１ꎬ㊀王衍争１ꎬ㊀梅国永１(１ 山东省建筑科学研究院ꎬ济南㊀２５００３１ꎻ２ 山东鲁咨招标咨询服务中心ꎬ济南㊀２５００１３ꎻ３ 济南市技师学院ꎬ济南㊀２５００３２)摘要:㊀在国内地源热泵系统相关研究的基础上ꎬ结合山东地区地源热泵系统的应用实践与能效测评ꎬ总结出地源热泵系统运行管理过程中存在的主要问题ꎬ从运行技术㊁管理技术㊁监测与评价方面提出解决方案ꎬ为今后地源热泵系统运行管理技术标准的编制和运行管理人员的日常工作提供参考和借鉴ꎮ关键词:㊀地源热泵ꎻ㊀运行管理ꎻ㊀寒冷地区中图分类号:㊀ＴＵ８３㊀㊀㊀文献标志码:㊀Ａ㊀㊀㊀文章编号:㊀１６７３￣７２３７(２０１８)１０￣００９１￣０５ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆＧｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅＨｅａｔＰｕｍｐＳｙｓｔｅｍｉｎＣｏｌｄＺｏｎｅＷＥＩＬｉｎ－ｂｉｎ１ꎬＬＩＣｕｉ２ꎬＷＡＮＧＺｈａｎ－ｄｏｎｇ３ꎬＳＨＩＪｉｎｇ－ｌｅｉ１ꎬＷＡＮＧＹａｎ－ｚｈｅｎｇ１ꎬＭＥＩＧｕｏ－ｙｏｎｇ１(１ ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈꎬＪｉｎａｎ２５００３１ꎬＣｈｉｎａꎻ２ ＳｈａｎｄｏｎｇＬｕｚｉＢｉｄｄｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔＳｅｒｖｉｃｅＣｅｎｔｅｒꎬＪｉｎａｎ２５００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ３ ＪｉｎａｎＴｅｃｈｎｉｃｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＪｉｎａｎ２５００３２ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＭａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａꎬｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ.Ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｒｏｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎꎬｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｄａｉｌｙｗｏｒｋｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｅｒｓｏｎｎｅｌ.㊀㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒｏｕｎｄ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐꎻｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔꎻｃｏｌｄｚｏｎｅ０ 引言自２０世纪９０年代ꎬ地源热泵技术进入我国以来ꎬ其凭借良好的节能与环境效益得到了日益广泛的应用ꎬ无论是装机容量ꎬ还是应用面积ꎬ在世界上都排在前列ꎮ但是随着地源热泵应用的快速推进ꎬ社会各界对其节能效果和环保影响不乏质疑的声音ꎮ 十二五 期间ꎬ山东省浅层地热能供暖制冷面积达３８００万ｍ２ꎬ其中２０１５年度建成７５０万ｍ２ꎬ但是２０１６年度只建成３５１万ｍ２ꎬ减少了５３ ２％ꎮ同时ꎬ德州㊁威海㊁潍坊等地源热泵技术应用较早的地区也有不少地源热泵系统供暖项目停止使用ꎮ杨灵艳等人对寒冷地区７４个地源热泵项目进行了能效调研和节能量分析ꎬ得到当时地源热泵供暖和供冷的系统性能系数不满足ＧＢ/Ｔ５０８０１ ２０１３«可再生能源建筑应用工程评价标准»要求的比例分别达到５３ ６％和４７ ５％[１]ꎮ吴忠隽等人对寒冷地区１５个集中式水－水热泵集中供热系统中２２台热泵机组制热工况进行了现场实测ꎬ其中１６台热泵机组实际运行ＣＯＰ与额定值存在较大差距ꎬ占测试热泵机组的７３％[２]ꎮ地源热泵系统的应用效果与理论有较大偏差ꎬ部分系统运行存在能耗高㊁经济性不佳的问题ꎮ马宏权等人对水源热泵应用与水体热污染进行了分析研究ꎬ得出水体热污染可能对脆弱的水生动植物生态平衡造成破坏并带来环境问题ꎬ发生水体热污染可能性最大的是湖泊ꎮ地下水地源热泵则可能存在季节性负荷不平衡造成的热积累ꎬ对地下水的自净过程产生影响[３]ꎮ除此之外ꎬ运行管理不完善也会造成设备管道泄露导致地下水水质污染和循环换热防冻液渗漏导致土壤污染ꎮ笔者自２０１１年开始对山东地区的地源热泵系统建筑应用示范项目进行能效测评ꎬ从形式检查㊁性能检测和能效评估方面ꎬ总结得出地源热泵系统存在的主要问题是设计㊁施工不规范ꎬ运行管理不科学ꎮＧＢ５０３６６ ２００９«地源热泵系统工程技术规范»对地源热泵系统工程的设计㊁施工及验收做出了明确的规定ꎬ只要建设管理部门加强地源热泵项目建设的设计㊁施工㊁验收等各个环节的闭合式管理监督检查ꎬ就可以解决设计㊁施工不规范问题ꎮ但是运行管理还是缺乏相关标准规范的指导ꎬ本文将国内相关研究与应用实践和能效测评结合分析ꎬ从运行技术㊁管理技术㊁监测与评价方面提出解决方案ꎮ１㊀主要运行问题１ １㊀系统综合效能调适地源热泵系统复杂ꎬ子系统之间关联性较强ꎬ传统的调试体系已不能满足建筑动态负荷变化和实际使用功能的要求ꎮ因此笔者在总结归纳近几年能效测评工作中的经验成果的基础上ꎬ引入ＪＧＪ/Ｔ３９１ ２０１６«绿色建筑运行维护技术规范»等多部标准研究中的 综合效能调适 概念ꎬ提出在竣工阶段后交付前ꎬ以及系统运行前期采用新的具有针对性的综合效能调适体系ꎬ通过对系统的调试验证㊁性能测试验证㊁综合效果验收和季节性工况验证ꎬ以确保系统满足不同负荷工况运行和用户实际使用功能的要求ꎮ德州某大型住宅项目土壤源地源热泵系统的综合效能调适方案包括了四个阶段的内容:现场检查阶段对现场设备安装进行设计符合性检查ꎬ并对系统运行和维护情况进行形式检查ꎻ平衡调试验证阶段对空调风系统与水系统的平衡度进行验证ꎬ对各风口风量和各水路流量的设计值进行校核ꎻ设备性能测试及自控功能验证阶段对机组㊁水泵㊁风机等主要设备进行实际性能测试ꎬ对系统自控功能进行对点验证㊁控制逻辑验证及软件功能验证ꎻ系统联合运转和综合效果验收阶段对系统的设备性能㊁自控功能及系统间相互配合进行性能调试ꎬ以系统性能系数最优为目标ꎬ检验并调整实际使用要求和系统运行相适应的调节方案ꎮ该系统综合效能调适报告包含施工质量形式检查报告㊁风系统和水系统平衡验证报告㊁系统自控功能验证报告㊁系统联合运行调试报告㊁系统综合效能调适过程中的问题日志及解决方案ꎮ１ ２㊀低温热源换热系统运行问题１ ２ １㊀低温热源温度变化低温热源换热系统运行时ꎬ由于极端天气引起建筑冷热负荷需求过大等原因ꎬ在潍坊㊁沂水㊁威海几个满负荷使用的土壤源和地表水地源热泵系统的能效测评中均出现了低温热源侧冬季供水温度低至４~５ħ和夏季供水温度高达３０ħ以上ꎮ低温热源应用设备布置区域过高的冬季温降和夏季温升ꎬ一是会影响地源热泵系统的高效安全运行ꎬ低温热源换热系统换热量和换热温度的降低ꎬ导致热泵机组制冷(制热)性能系数下降ꎬ甚至会出现冬季蒸发侧结冰和夏季压缩机过载ꎮ一般情况下土壤温度每升高或降低１ħꎬ获取同样冷量或热量时系统能耗增加３％~４％[４]ꎮ二是会影响布置区域的生态环境ꎬ产生土壤和水体的热污染ꎬ造成土壤生态系统的破坏ꎬ以及水体水质的恶化ꎬ另外地表水体中藻类的繁殖也会对系统的运行带来困难ꎮ因此应对低温热源温度进行实时监测ꎬ当低温热源应用设备布置区域的冬季温降和夏季温升超过一定范围时[２](通常与初始温度相比不宜超过２ħ)ꎬ采用地源热泵系统间歇运行ꎬ或者使用太阳能集热器㊁空气源换热装置和热水锅炉等辅助热源系统运行ꎮ１ ２ ２㊀热平衡运行山东省可再生能源建筑应用示范项目中存在大量冷热不平衡运行的地源热泵系统ꎮ特别是住宅项目限于末端设备的初投资和用户以供暖需求为主等原因ꎬ八成以上的系统只在冬季供暖运行ꎮ即使是冬夏两用的地源热泵系统ꎬ也存在冷热不平衡的运行现象ꎬ一方面是热平衡计算不准确或与实际使用偏差较大ꎬ另一方面是设计的复合系统热平衡运行策略不合理ꎮ例如德州某太阳能企业的酒店项目设计的复合冷热源系统包括地埋管地源热泵㊁螺杆式冷水机组(带冷却塔)㊁直燃型溴化锂吸收式冷热水机组和金属－玻璃真空管型太阳能集热器ꎬ热平衡论证可实现供热和供冷工况的完全热平衡运行ꎮ但是在系统能效测评过程中ꎬ还是存在热平衡运行切换不合理ꎬ控制逻辑不清晰的运行现象ꎮ因此ꎬ热平衡运行方案应根据供热㊁空调或加热生活热水的负荷特征㊁各低温热源换热系统规模ꎬ确定各低温热源换热系统运行切换参数ꎬ科学调配地源侧换热系统与空气源换热系统㊁太阳能换热系统㊁热水锅炉换热系统的运行时间ꎬ保证年度周期内低温热源换热系统运行热平衡在２０％以内[４]ꎬ同时应兼顾各低温热源换热系统工作工况下热泵机组制冷(制热)性能系数ꎬ实现系统年度周期运行节能目标[５]ꎮ热平衡运行方案中应在充分利用地埋管㊁地下水和地表水低温热源换热系统的前提下ꎬ安排空气源换热系统㊁太阳能集热换热系统运行ꎮ如果室外空气温度适宜或太阳辐照度较高(一般太阳辐照度达到６００Ｗ/ｍ２时ꎬ即可使用直膨式太阳能换热系统的热泵运行模式)的情况下ꎬ也可优先运行空气源换热系统㊁太阳能集热换热系统[６]ꎮ国内外研究得出ꎬ太阳能(空气源或热水锅炉) 地源热泵复合系统供暖运行时ꎬ应以热泵系统蒸发器进口水温作为切换参数[４]ꎻ冷却塔 地源热泵复合系统空调运行时ꎬ应以冷凝器出口水温与室外湿球温度的差值作为切换参数[７]ꎮ１ ２ ３㊀低温热源直供对于可采用低温热源直接供暖空调的地源热泵系统ꎬ应根据低温热源换热系统的换热温度和建筑热负荷需求等情况ꎬ制定科学合理的运行方案ꎬ及时切换热泵机组旁通管路和专用换热机组ꎮ济南某企业节能示范楼暖通空调系统包括地埋管地源热泵㊁冷却塔㊁新风机组㊁辐射地板ꎮ夏季地埋管换热系统直供辐射地板高温冷水供冷ꎬ并使用冷却塔和热泵机组供给新风机组低温冷水冷冻除湿ꎻ冬季地埋管地源热泵供给辐射地板循环热水供热ꎮ该系统夏季空调耗电量相比常规系统运行可节电６０％以上ꎮ目前国内中深层地热源热泵已开始研究和应用ꎬ通过对已投入使用的项目运行情况的实测调研ꎬ得到热源侧单个取热孔循环水量在２０~３０ｍ３/ｈ时ꎬ出水温度可达２０ １~２９ ８ħ[８]ꎮ今后ꎬ一方面随着我国建筑围护结构节能标准的持续提高ꎬ建筑物的冷热负荷大幅降低ꎮ另一方面随着暖通空调设备的持续创新ꎬ温湿独立处理㊁毛细管网辐射供热供冷等技术的研发改进ꎬ为高温冷水和低温热水在空调和供暖系统提供了应用方式ꎮ国内研究表明ꎬ毛细管网辐射供热供冷技术的高温冷水应用温度一般在１６~１８ħꎬ低温热水应用温度一般在２８~３２ħ[９]ꎮ因此ꎬ应用新技术㊁新产品的暖通空调系统ꎬ当建筑物冷热负荷需求较低且低温热源供水温度满足暖通空调设备运行要求ꎬ可采用低温热源直接供暖空调时ꎬ应制定科学合理的运行方案ꎬ使地源热泵系统发挥出更大的节能效益和经济效益ꎮ１ ２ ４㊀地埋管部分负荷运行地埋管换热系统部分负荷运行时ꎬ只需要部分地埋管换热器就可满足系统运行要求ꎮ分时分区切换使用地埋管换热器ꎬ并优先切换使用具有更多更广热量传递土壤的外围地埋管换热器ꎬ一方面可使地埋管布置区域的土壤温度整体平衡ꎬ防止局部土壤温度过热ꎬ另一方面可以给土壤温度一定的恢复期ꎬ有利于增强地埋管的换热效果ꎮ另外ꎬ有全年生活热水需求时ꎬ在过渡季节仅需要使用部分地埋管作为热源ꎬ此时也应分时分区切换使用地埋管换热器ꎮ国内研究表明ꎬ在部分负荷运行工况下ꎬ地源热泵系统的地埋管群采用分区运行控制模式的节能率可达到２０％以上ꎬ高于地源侧循环水泵变流量运行控制模式(水泵变频运行模式节能率在１０％~１５％)[１０]ꎮ１ ３㊀热泵机组运行问题１ ３ １㊀部分负荷运行调节地源热泵的运行能耗应站在系统总能耗的角度考虑ꎬ应使投入运行的设备数量最少ꎬ且应考虑设备轮换和设备机械寿命的消耗问题ꎮ一般可设置机房群控系统来综合考虑各种因素ꎬ机房群控系统的预设逻辑和控制参数应在运行调节过程中根据时间调节ꎮ没有机房群控系统ꎬ运行管理人员应结合热平衡运行方案ꎬ根据室外环境参数㊁室内使用情况㊁机组实际负荷及时调整开机数量ꎮ我国各项目均只针对设计工况的负荷进行计算ꎬ然后进行地源热泵系统设计与选型ꎬ突出问题是过大的安全系数和缺乏部分负荷工况运行策略[１１]ꎮ同时由于入住率和使用率较低的原因ꎬ热泵机组不可避免会处于小负荷运行工况ꎬ但是小负荷运行会造成系统整体效率低下ꎬ这时通常采用多机组或多压缩机机组ꎬ通过调节机组或压缩机的开启台数来满足建筑供暖空调负荷需求的变化ꎮ但在建筑供暖空调负荷小于单台压缩机５０％以下时ꎬ压缩机会在停机和满负荷出力之间频繁间歇运行ꎬ在压缩机启动过程中会造成很多的能源消耗ꎮ根据国内研究表明ꎬ通过日常管理经验和理论模拟分析ꎬ可以将压缩机的最大出力负荷适当降低(一般在６０％~８０％)ꎬ延长压缩机每次工作时间ꎬ避免压缩机频繁启停ꎬ进而进一步降低热泵机组运行能耗[１２]ꎮ１ ３ ２㊀管路阀门与热泵机组联动通过近几年对山东省地源热泵系统的能效测评ꎬ发现在通过调节热泵机组的开启台数和顺序ꎬ来适应建筑物负荷变化ꎬ达到热泵系统节能运行的目的ꎬ热泵系统运行参数的测试数据往往偏离设计工况ꎬ无法真正实现热泵机组和水泵的 一对一 运行模式ꎮ例如德州某商务办公大楼的地埋管地源热泵系统设计有２台热泵机组ꎬ当建筑物冷负荷需求降低到１台热泵机组制冷量时ꎬ其中１台热泵机组和对应的循环水泵停机ꎮ当水管路阀门延时自动或手动关闭时ꎬ此时用户侧和地源侧循环水泵的功率分别为５３ １ｋＷ和５２ ７ｋＷꎬ热泵机组满负荷的功率为２０５ ５Ｗꎻ当热泵机组上的水管路阀门没有延时自动或手动关闭时ꎬ此时用户侧和地源侧循环水泵的功率分别为５８ ８ｋＷ和５６ ８ｋＷꎬ热泵机组满负荷的功率为２１６ １ｋＷꎬ循环水泵功耗增加９％以上ꎬ热泵机组功耗增加５％以上ꎮ造成系统能耗增大的原因是用户侧和低温热源侧水流在停机的热泵机组处旁通后ꎬ一方面进入运行机组的循环水流量偏低ꎬ热泵机组两器换热温差增大ꎬ增加了机组运行功耗ꎬ另外造成热泵机组频繁启停ꎬ增加了机组启动功耗并影响机组寿命ꎻ另一方面循环水泵运行偏离设计工况ꎬ循环总流量增大ꎬ增加了水泵运行功耗ꎮ因此ꎬ应重视多台热泵机组的运行管理ꎬ避免出现后投入或先撤出运行的热泵机组水管路上阀门的开启或关闭没有与热泵机组的启停相联动ꎬ影响地源热泵系统的节能和安全运行ꎮ２㊀主要管理问题２ １㊀合同服务地源热泵系统从投入使用到正常运行需要较长时间ꎬ而且随着系统长年运行ꎬ机电设备逐渐磨损ꎮ因此ꎬ建设单位和运行管理单位与设备供应商和施工安装单位签订的合同中应重视售后服务的内容ꎮ明确实时监控服务㊁维护保修服务㊁人员培训及配件供应等售后服务内容和期限ꎻ要求提供系统运行记录数据分析ꎬ并根据实际运行情况对系统进行持续调试培训服务ꎮ另外ꎬ地源热泵系统的建设是一项系统工程ꎬ我国现阶段地源热泵系统仍存在设备供应商和施工安装单位ꎬ在系统投入使用后ꎬ由于各种原因导致无法履行合同进行持续服务的情况ꎮ冯国会经过调研分析得出寒冷地区地源热泵取得较好的应用效果ꎬ发挥可观经济性的主要原因包括专业公司提供优质的运行管理和维保服务ꎬ引进相关优秀技术人员等[１３]ꎮ因此ꎬ对规模较大㊁组成较复杂的地源热泵系统ꎬ运行管理单位应委托具有能效测评㊁系统测试资质的机构ꎬ定期对地源热泵系统进行全面综合效能调适和能效测评ꎬ分析诊断地源热泵系统的运行状况ꎬ提供持续改进的建议等技术咨询服务ꎮ２ ２㊀规章制度地源热泵系统的运行管理需要现代化㊁专业化的管理模式ꎬ运行管理单位应参照ＩＳＯ９００１㊁ＩＳＯ１４００１㊁ＩＳＯ１８００１等先进的国际标准管理体系建立健全自身的管理工作制度ꎬ以保证地源热泵系统的运行达到节约能源㊁保护环境㊁降低运行成本的目标ꎮ管理工作制度应包括岗位责任制度㊁考核奖惩制度㊁节能管理制度㊁安全生产制度㊁运行值班制度㊁交班接班制度㊁巡回检查制度㊁事故应急预案㊁机房管理制度㊁计量收费制度和档案管理制度等ꎮ制度的合理性和可行性需要日常管理工作的检验ꎬ应及时总结运行管理工作中的经验教训ꎬ持续完善建立起来的管理工作制度ꎮ另外ꎬ运行管理单位的运行操作规程是系统运行管理人员操作㊁维护㊁保养等工作的规范性技术文件ꎬ运行管理单位应根据自身的系统类型㊁系统规模㊁系统使用工况等特征ꎬ制定完善系统的运行操作规程ꎮ运行操作规程应包括设备操作规程㊁运行调节预案㊁故障诊断与处理办法㊁维护保养规程等ꎮ由于建筑使用功能的变化㊁设计条件与现场实际不符等多种原因ꎬ应及时总结系统运行操作与调节等工作中的经验教训ꎬ不断地对运行策略进行调整优化ꎮ３㊀监测与评价问题３ １㊀监测与控制数据监测系统是对地源热泵系统的运行参数进行最基本的监测ꎬ具有能效监测功能ꎬ能自动采集能效评价所需的相关数据ꎬ并按照相关要求向主管部门数据中心传输数据ꎮ特别是能够提供全年运行方案的策略ꎬ并根据实际运行参数进行优化调整ꎮ数据监测系统应按照山东省工程建设标准ＤＢ３７/Ｔ２３９６ ２０１３«可再生能源建筑应用工程监测技术标准»进行建设ꎬ并可按照地源热泵系统实际情况增加低温热源换热系统中地温㊁水温㊁水质㊁压力等ꎬ以及建筑内温度㊁湿度㊁ＣＯ２浓度等运行数据的监测ꎮ建筑面积超过２００００ｍ２的建筑ꎬ其地源热泵系统的容量较大ꎬ采用计算机控制的中央监控与管理系统有助于提高系统的运行管理水平ꎬ如果采用人工管理ꎬ则全年运行方案难以落实ꎮ中央监控与管理系统是对地源热泵系统的运行参数进行监测ꎬ并与中央监控平台联接ꎬ实现自动控制的系统管理ꎮ３ ２㊀系统经济运行评价系统经济运行评价是对地源热泵系统投入正常运行的一种科学评定ꎮ运行管理单位应根据不同系统经济运行评价参数的特点ꎬ制定合理的评价时间ꎮ对于热泵机组制热(制冷)性能系数等瞬时参数应实时监测评价ꎬ对于系统能效比等季节参数应在每个供暖㊁空调季结束后评价ꎮ计算地源热泵系统经济运行评价的参数ꎬ有助于判断系统运行状态ꎬ提高系统运行效能ꎮ评价参数的计算采用不同时间节点ꎬ有接近于设计状态下的热泵机组制冷和制热性能系数ꎬ也有季节性的季节系统能效比㊁水泵输送系数等ꎮ４㊀结论地源热泵系统运行管理需要综合运用运行技术㊁管理技术和监测与评价ꎬ对运行过程中各个环节的问题分析讨论ꎬ实现管理 运行 评价 改进管理 改进运行的持续动态高效的管理模式ꎮ运行技术主要是系统运行时ꎬ低温热源换热系统和机房内冷热源系统中各设备的巡查㊁调节㊁维护等内容ꎮ通过运行技术ꎬ提高管理人员的专业技能ꎬ是保证系统稳定安全㊁经济节能㊁高效环保运行的基础ꎮ管理技术主要是系统管理体系的建立和执行等内容ꎮ通过管理技术ꎬ制定运行管理制度ꎬ规范管理人员行为ꎬ预防运行事故的发生ꎬ对提高系统管理水平具有重要的意义ꎮ系统运行监测与评价主要是通过人工或信息化的手段对系统运行参数进行监测ꎬ采集系统运行相关数据ꎬ得出系统经济运行评价参数ꎬ为系统运行的持续优化提供技术数据ꎮ参考文献:[１]杨灵艳ꎬ徐伟ꎬ朱清宇ꎬ等.寒冷地区地源热泵能效调研与节能量分析[Ｊ].暖通空调ꎬ２０１５ꎬ４５(４):８－１２.[２]吴忠隽ꎬ魏庆芃ꎬ邓杰文ꎬ等.集中式电驱动水－水热泵机组制热工况运行能效实测分析[Ｊ].暖通空调ꎬ２０１７ꎬ４７(７):１４７－１５２.[３]马宏权ꎬ龙惟定.水源热泵应用与水体热污染[Ｊ].暖通空调ꎬ２００９ꎬ(７):６６－７０.[４]姚灵锋ꎬ蔡龙俊.地源热泵热平衡问题的研究及工程应用[Ｊ].节能技术ꎬ２００９ꎬ２７(２):１４０－１４４.[５]马宏权ꎬ龙惟定.地埋管地源热泵系统的热平衡[Ｊ].暖通空调ꎬ２００９ꎬ３９(１):１０２－１０６.[６]胡映宁ꎬ林俊ꎬ乔振勇ꎬ等.太阳能集热蒸发器与土壤换热器混合型热泵系统运行特性实验研究[Ｊ].太阳能学报ꎬ２０１０ꎬ３１(１１):１４２３－１４２８.[７]ＹａｖｕｚｔｕｒｋＣｅｎｋꎬＳｐｉｔｌｅｒＪｅｆｆｒｅｙＤ.Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒｈｙｂｒｉｄｇｒｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｓｕｓｉｎｇａｓｈｏｒｔｔｉｍｅｓｔｅｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅ[Ｇ].ＡＳＨＲＡＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓꎬ２０００ꎬ１０６(２):１９２－２０９.[８]邓杰文ꎬ魏庆芃ꎬ张辉ꎬ等.中深层地热源热泵供暖系统能耗和能效实测分析[Ｊ].暖通空调ꎬ２０１７ꎬ４７(８):１５０－１５４.[９]王婷婷.毛细管平面辐射空调系统设置方式与运行策略研究[Ｄ].济南:山东建筑大学ꎬ２０１２.[１０]王亮ꎬ邹勤ꎬ刘东.地源热泵系统地埋管群分区运行控制策略研究[Ｊ].太阳能学报ꎬ２０１７ꎬ３８(１):１２７－１３３.[１１]吴忠隽ꎬ魏庆芃ꎬ邓杰文ꎬ等.集中型热泵系统关键设计参数[Ｊ].暖通空调ꎬ２０１７ꎬ４７(１２):１３１－１３７.[１２]李炳熙ꎬ王永镖ꎬ姜宝成ꎬ等.地源热泵小负荷状态下的运行优化[Ｊ].太阳能学报ꎬ２００３ꎬ２４(５):７１３－７１７.[１３]冯国会ꎬ盖群ꎬ刘馨ꎬ等.寒冷地区地源热泵应用效果研究[Ｊ].建筑节能ꎬ２０１６ꎬ４４(１２):１－４.作者简介:魏林滨(１９８４)ꎬ男ꎬ山东东营人ꎬ硕士研究生ꎬ高级工程师ꎬ主要从事建筑节能㊁暖通空调㊁绿色建筑㊁被动式建筑技术咨询和测试工作研究(ｗｅｉｌｉｎｂｉｎ１９８４＠１６３.ｃｏｍ)ꎮ(上接第９０页)口以获得均匀的光线ꎮ另外ꎬ采光窗附近的天花板也可以设计成斜面或曲面以增加远窗的照明ꎮ图７㊀墙体反射光线㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图８㊀室外反射光线Ｆｉｇ ７ＷａｌｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＲａｙｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｆｉｇ ８Ｏｕｔｄｏｏｒｒｅｆｌｅｃｔｅｄｌｉｇｈｔ４ 结语本文通过对河北工业大学１２教学楼这一典型的带有折线型内廊和直线型内廊的建筑进行采光系数的实测ꎬ并对实测数据进行对比分析ꎬ得到折线型内廊和直线型内廊内部的天然采光特性ꎬ以及主要影响建筑内廊天然采光的采光方式ꎬ即 尽头窗 采光和 开敞房间 采光两种方式ꎮ随后本文针对这两种采光方式提出对建筑内廊中的天然采光问题的优化策略ꎬ通过在设计上和技术上的优化以求得建筑内廊中更好的采光状况ꎬ最终达到减少内廊人工照明从而节约能耗的目的ꎮ参考文献:[１]张志芳.单内廊式建筑内廊自然采光优化策略研究[Ｄ].邯郸:河北工程大学ꎬ２０１１.[２]陈彦君.基于侧窗形式的重庆地区高校普通教室天然采光研究[Ｄ].重庆:重庆大学ꎬ２０１４.[３]贺栋.郑州地区教学建筑绿色节能设计研究[Ｄ].郑州:郑州大学ꎬ２０１２.[４]何荥ꎬ陈彦君.高校普通教室侧窗采光研究[Ｊ].灯与照明ꎬ２０１４ꎬ３８(１):１－４.作者简介:袁景玉ꎬ男ꎬ河北石家庄人ꎬ教授ꎬ硕士研究生导师ꎬ研究方向:建筑技术科学(１５８５２１２９９３＠ｑｑ.ｃｏｍ)ꎮ。
寒冷地区土壤源热泵长期运行土壤冷堆积研究
寒冷地区土壤源热泵长期运行土壤冷堆积研究张玉瑾;刘东;陈忠海;程向明【摘要】寒冷地区土壤源热泵长期运行时,土壤冷堆积情况直接影响到热泵系统的运行性能.本文以呼和浩特市某办公楼为研究对象,建立了其土壤源热泵系统模型;按照夏季延米换热量为60 W/m的设计条件,模拟了热泵系统在黏土地质下运行10年的土壤温度场变化情况及机组性能变化情况.结果表明,埋管周围5m范围内土壤平均温度呈逐年下降趋势,土壤冷堆积速率为0.27℃/年.随着冷堆积的增加,机组源测进口水温变化,机组制热性能逐渐下降.因此,需要采取辅热措施,如辅以太阳能热泵系统,来保证土壤源热泵系统在全寿命周期内高效运行.%The cold accumulation of soil directly affects the performance of the system when the soil source heat pump is running for a long time in cold areas.In this paper,the heat pump system model of soil source of an office building in Hohhot city is established.According to the summer design conditions,i.e.the average meter of heat exchange is 60 W/m,the change of the soil tem-perature and the unit performance are simulated during 10 years of running of the heat pump sys-tem in the geological clay.The results show that the average temperature of soil is decreased year by year in the range of 5m around the buried tube,and the cold accumulation rate of soil is 0.27℃/year.With the increase of cold accumulation,the inlet water temperature of the unit at the source is changed and the thermal performance of the unit is decreased.Therefore,in order to en-sure the efficient operation of the ground source heat pump system in the whole lifespan cycle,supplementary thermal measures should be adopted,such as solar assisted heat pump system.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】寒冷地区;土壤源热泵;冷堆积;机组制热性能【作者】张玉瑾;刘东;陈忠海;程向明【作者单位】河北建筑工程学院,河北张家口075000;河北建筑工程学院,河北张家口075000;河北建筑工程学院,河北张家口075000;苏州科技大学,江苏苏州215009【正文语种】中文【中图分类】TU831.30 引言土壤源热泵因其清洁、环保、节能的优点，得到建筑领域越来越多的应用.但寒冷地区土壤冷堆积问题，仍然是制约热泵系统得以普遍应用的重要因素.本文基于建筑动态负荷，探讨寒冷地区土壤源热泵在长期运行过程中土壤冷堆积情况及对热泵系统性能的影响.1 项目概况本项目是内蒙古呼和浩特市某办公大楼的土壤源热泵系统.该办公楼总建筑面积为18000 m2，设计冷负荷为1034 KW，热负荷为1597 KW.当地土质为黏土，夏季延米换热量为60 w/m，共设计打孔数203个，孔深100 m.2 热泵系统模型的建立为研究该热泵系统长期运行土壤温度场的变化情况，对系统进行模型建立.系统模型共分为建筑动态负荷、地埋管换热器模型、机组模型及水泵模型四部分.图2-1 办公大楼全年动态负荷图2.1 建筑动态负荷的确定该办公楼的设计负荷是在恒定的室外设计温度条件下计算的.但实际运行时，外界气温不断变动，造成运行负荷与设计负荷有一定偏差.而运行负荷直接影响土壤储存或释放的热量，因此，为保证热泵系统模型的可靠性，首先需准确计算建筑动态负荷.用建筑能耗模拟软件TRANSYS建模，模拟该办公楼的全年动态负荷，计算结果如图2-1所示.2.2 双U型地埋管换热器模型的建立地埋管换热器与周围土壤的换热状况，直接影响到热泵系统的运行性能.因此，建立恰当的地埋管换热器模型，能为土壤冷堆积研究提供基本保障.本文以钻孔壁为界，钻孔内建立准三维稳态传热模型[1]，钻孔外建立二维非稳态传热模型[2].利用Ansys有限元法[3]建立其物理模型，如图2-2所示.网格划分采用了自由网格，图2-3为截取的部分网格[4].此模型可计算出埋管出口水温及周围土壤温度分布情况.图2-2地埋管换热器传热模型示意图图2-3 计算模型网格划分2.3 机组模型的建立(1)机组COP的确定土壤源热泵系统中，热泵机组实现了建筑负荷和地埋管换热量的转移.热泵机组的COP是连接建筑负荷与埋管侧换热量的桥梁，而机组不同地源侧进口水温对应的不同COP值[5]，拟合出埋管出口水温与机组COP的关系曲线，如图2-4和2-5所示.图2-4 制冷工况COP拟合曲线图2-5 制热工况COP拟合曲线得到该机组的夏冬季逐时COP计算公式：COPc=-0.0044Tin2+0.1479Tin+4.5344(2-1)COPh=-0.0002Tin2+0.1195Tin+3.0206(2-2)式中：COPc—机组制冷性能系数；COPh—机组制热性能系数；Tin—机组地源侧进口水温，即埋管出口水温.(2)埋管侧逐时换热量的确定建筑动态负荷结合机组的逐时COP，可以得到埋管侧的逐时换热量[4]，见式(2-3)：(2-3)式中：Qbc—建筑逐时冷负荷，KW；Qbh—建筑逐时热负荷，KW；Qgc—埋管侧逐时排热量，KW；Qgh—埋管侧逐时取热量，KW.(3)机组源测出口水温的确定在源侧水流量确定时，可计算得到热泵机组的出水温度[4]，见式(2-4)：(2-4)式中：Tout-c—机组夏季出水温度，℃；Tout-h—机组冬季出水温度，℃；Tin—机组回水温度，℃；m—流体质量流量，kg/h；cf—流体比热，J/(kg·℃). 2.4 水泵模型的建立水泵模型按定流量计算，保证热泵机组的额定流量[4].通过APDL语言编程，将上述建筑动态负荷、地埋管换热器模型、机组模型及水泵模型组成一套完善的土壤源热泵系统，进行模拟.3 热泵系统连续运行10年土壤冷堆积研究3.1 孔壁温度分布研究孔壁温度是联系钻孔内外传热的关键温度，它能够反映埋管与土壤的传热情况[6].图3-1是热泵十年运行过程中，埋孔中截面孔壁温度随时间变化图.孔壁温度以年为周期进行波动.第一年供暖季前期，埋管取热速率大于土壤导热速率，孔壁温度连续降低，最低值为8.4℃；之后孔壁温度与远边界温差增大，土壤导热速率大于埋管取热速率，孔壁温度稍有回升.进入过渡季，土壤自然恢复，孔壁温度上升为12.3℃，说明出现了冷堆积，但较低的孔壁温度有利于制冷季的运行.制冷季中，机组连续向土壤排热，孔壁最高温度升为17.2℃.过渡季，土壤温度自然恢复，第一年运行结束时，孔壁温度为12.9℃.孔壁温度整体呈逐年下降趋势.到第十年，孔壁的最低温度为5.9℃，说明土壤冷堆积程度增大，而较低的孔壁温度，会降低机组的运行性能.图3-1 孔壁温度随时间变化图图3-2 第一年各运行阶段土壤温度径向变化图3.2 土壤温度分布研究(1)第一年各运行阶段土壤温度分布热泵系统在第一年各运行阶段土壤温度的变化情况如图3-2所示.供暖季中，机组不断从土壤中取热，埋管附近土壤温度持续降低，且距离埋管5 m内土壤均出现温降.说明热泵系统取热量大，热作用半径达到5 m.过渡季，土壤温度自然恢复至12.3 ℃-12.5 ℃，未得到完全恢复.制冷季，机组持续向土壤排热，距埋管1.0 m 距离内的土壤温度均上升，说明制冷季的热作用半径为1.0 m.系统全年运行结束时，埋管周围土壤平均温度为12.8 ℃，低于初始温度0.2 ℃.说明系统经过一年的运行，埋管周围土壤出现了冷堆积.(2)10年运行土壤冷堆积规律研究对比热泵系统在第一、五、十年运行结束时土壤温度径向分布，从图3-3可以看出，不同时刻土壤温度沿径向的分布趋势相同，但土壤平均温度有很大差异.图3-3 不同运行周期结束时土壤温度径向变化图3-4 地埋管周围土壤平均温度十年变化曲线探讨埋管周围土壤平均温度逐年变化情况，见图3-4，表明土壤平均温度逐年近似呈线性递减趋势，得到土壤平均温度与时间的拟合关系式为：T=-0.27x+13.0(3-1)式中：T—土壤平均温度(℃)；x—年数(年).3.3 机组源侧进口水温变化情况机组的性能对埋管侧回水温度最为敏感[7]，热泵系统运行十年，机组源侧进口水温的变化情况如图3-5所示.水温以年为周期波动，且整体呈逐年下降趋势.在第一年供暖季运行中，机组源侧进口水温逐渐降低，最低为6.2℃；过渡季停机，土壤与水进行自然换热，水温恢复至12.0℃；进入制冷季，机组排热，水温逐渐上升，最高为27.9℃.全年运行结束，恢复至13.2℃.而到第十年末，水温最低值为4.0℃.而过低或过高的水温，都会影响机组的运行性能.图3-5 机组源侧进口水温的变化3.4 机组COP变化情况机组COP是反映机组运行性能的直观参数，根据机组源侧进口水温与COP的函数关系，得到系统运行十年过程中COP的变化情况，如图3-6所示.图3-6 机组COP的变化机组在标况下(夏季Tin25℃，冬季Tin8℃)运行，制冷COP为5.7，制热COP为4.0.但土壤温度场变化，影响到机组进口水温，进而使COP偏离标况值.供暖季前期，土壤温降较小，机组进口水温高于8℃，制热COP高于标况值；之后逐渐下降，低于标准工况，第一年最低为3.8.此后逐年下降，到第十年最低为3.4；说明冷堆积使系统运行性能降低.而制冷COP呈逐年上升趋势，第一年最低制热COP 为5.0，第十年最低制热COP为5.3.这是由于冷堆积降低了埋管周围土壤温度，增大水与土壤的传热温差，提高了机组的运行性能.4 结论位于寒冷地区的呼和浩特市某办公大楼采用土壤源热泵系统，经模拟研究，系统运行十年，埋管周围土壤平均温度降低2.6 ℃，冷堆积速率为0.27 ℃/a.孔壁温度以年为周期进行波动，并呈逐年下降趋势，反映出冷堆积程度在逐年增加. 机组源侧进口水温及机组COP变化情况均反映出机组的运行性能.机组在一个供暖季或制冷季连续运行过程中，随着持续的取热或排热，机组性能在下降；但从十年过程来看，随着冷堆积的增加，机组制热性能逐渐下降，而制冷性能稍有提高.以上研究是热泵系统运行十年土壤冷堆积及机组运行性能的变化情况.而热泵系统在50年全寿命周期内，土壤温度将持续降低，制热性能持续降低.究其原因，仍然是建筑所处区域冷热负荷不平衡率高.因此，为了土壤源热泵系统在全寿命周期内高效运行，需要采取辅热措施，如辅以太阳能热泵系统，来降低土壤冷堆积程度. 参考文献【相关文献】[1]刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京：高等教育出版社，2006[2]余乐渊.地源热泵U型埋管换热器传热性能与实验研究[D].天津大学硕士学位论文，2003[3]谭建国.使用ANSYS9.0进行有限元分析[M].北京：北京大学出版社.2006[4]张玉瑾.土壤源热泵长期运行土壤温度场研究[D].青岛理工大学硕士学位论文，2011[5]西雅特.西雅特LWP地源热泵机组手册[Z].技术手册,2010[6]孟丹.住宅建筑中土壤源热泵全年运行地下热堆积研究[D].青岛理工大学硕士学位论文.2010[7]Youssef,Mohammad-Zadeh.Experimental and mathematical analysis of three ground-coupled heat exchangers.Doctor thesis，Noth Carolina State Univerisity,1990。
寒冷地区如何应用地源热泵空调系统？
寒冷地区如何应用地源热泵空调系统？
随着我国科学技术的迅速发展和进步，我国的资源环境也付出了巨大的代价。
近年来雾霾事件和水污染等事件的频频发生，引起了人类对生存环境的高度重视，不断增强了对资源可持续利用的意识。
在我国寒冷的的北方地区，环保节能的地源热泵空调系统为其创造一个冬暖夏凉的环境，得到了人们的广泛应用。
地源热泵系统的应用中对浅层岩土热量的不平衡问题，应该好好注意，地下换热器是地源热泵系统的关键，而年冷热负荷的平衡是设计地下换热器的关键，设计原则要遵循全年释热量和取热量保持平衡，地源热泵系统利用的热不是自然储存的，也不是再生的热能，它主要来源于工程设计上的补充。
设计时如果不考虑释热量和取热量的平衡问题，系统迟早会崩溃。
在北方的寒冷地区，热平衡问题是地源热泵空调系统的zui大难点也是重点，在有限的土体蓄热能力下，由于夏季和冬季供暖温差过大，冬季从土壤中的取热量远远大于夏季往土壤中补充的热量，使土壤温度逐年下降，导致系统效果变差甚至失效。
寒冷地区消防供水的冻结问题与防控措施
寒冷地区消防供水的冻结问题与防控措施摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越多的关注地埋管地源热泵系统的热平衡，地埋管地源热泵系统的热平衡对于现实生活中具有重要的意义。
本文主要介绍地埋管地源热泵系统的热平衡的有关内容。
关键词；地埋管；地源热泵系统；热平衡；问题；规划环评是指对政策、规划及其替代方案可能产生的环境影响进行规范的、系统的综合评价，并把评价结果应用于负有公共责任的决策中。
它是为了针对项目环评的缺陷而提出的。
项目环评自20世纪60年代在西方发达国家提出并实施以来，在控制和减少环境污染和生态破坏方面发挥了重要作用，但是其不足也日益明显。
建设项目处于整个决策链（战略―政策―规划―计划―项目）的末端，因此项目环评只能做修补性的努力。
对单个项目的认可或否决，并不能影响最初的决策和布局。
而环境问题在人们着手制定政策、规划时就已经潜在地产生了。
一、土壤热平衡问题的由来地埋管地源热泵依靠地埋管换热器从地下土壤中提取能量, 虽然热泵机组的热源和热汇都是扩散半径范围内的土壤, 但地埋管换热器夏季累计向土壤的放热量与冬季从土壤的取热量一般并不一致, 这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力, 造成其温度不断偏离初始温度, 并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降, 这即通常所说的地埋管地源热泵热失衡问题。
地埋管地源热泵周期运行后土壤温度出现上升和下降是土壤热量收支失衡的两种后果, 都对系统持续稳定运行不利。
如果地埋管地源热泵系统承担全部空调负荷, 大多数情况下其全年的取放热量不平衡, 在我国部分地区可能表现为散热量多于取热量。
这主要是由于供冷季、供暖季持续时间和负荷强度有明显差异,而且夏季土壤还要承担制冷机组和水泵等设备散热造成的。
地埋管换热器的实际传热过程是一个复杂的非稳态传热过程, 它以土壤导热为主, 但同时还包括了土壤多孔介质中的空气、地下水体的自然对流以及地下水的迁移传热, 因此土壤的热物性、含水量、土壤初始温度、埋管材料、管径和流体物性、流速等都对单个地埋管换热器的传热过程产生影响。
地源热泵中常见问题的分析
地源热泵中常见问题的分析摘要：地源热泵空调系统是一种利用地热资源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。
由于它具有节能、环保的特点,使得这项技术在近十几年,尤其是近5年,在北美、北欧一些发达国家得到了较快发展,在我国的市场也日趋活跃。
关键字：地源水泵；问题；办法Abstract: The ground source heat pump systems are energy efficient air conditioning systems for both heating and cooling utilization of geothermal resources. Because of its energy-saving, environmentally friendly features, making this technology in the last decade, especially in the last five years, some developed countries in North America, Northern Europe has been rapid d evelopment in China’s market is becoming increasingly active.Key words: ground source pumps; problem; way献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02中图分类号:TU-0一、地源热泵的技术原理地源热泵分为地下水源热泵、地表水源热泵和地埋管地源热泵。
地埋管地源热泵系统为闭式系统，通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地间的传热。
结构上有一个由地下埋管组成的地埋管换热器。
地埋管换热器的设置形式主要有水平和竖直两种。
竖直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1m～0.15m的钻孔，在钻孔中设置1组(2根)或2组(4根)U 形管并用灌浆材料填实。
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严寒地区地源热泵冷堆积问题浅析
摘要：对地源热泵系统做了简单的介绍，对地源热泵在运行过程中影响地温冷堆积的因素进行了分析，结合地域特点，并提出了解决冷堆积问题的技术思路。
关键词：严寒地区；地源热泵；冷堆积；换热器
Abstract: Ground-source heat pump system is introduced briefly in this paper, and the factors which have effect on the cold accumulation of Ground temperature during the operation of the GSHT are analyzed,furthermore, Technical ideas are presented to solve the problem ofcold accumulation by combining characteristics of region.
Keywords: Cold region；Ground source-heat pump；Cold accumulation；Heat exchanger
1.地源热泵系统简介
地埋管地源热泵系统是利用地下岩土作为热源或热汇，它是由一组埋于地下的高强度塑料管（地埋管换热器）与热泵机组构成。
在夏季，水或循环液通过管路进行循环，将热泵释放的热量排到地下岩土层；冬季循环介质将岩土层的热量提取出来经热泵释放给室内环境。
由于较深的地层在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度，因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，效率大大提高，且又不受地下水资源的限制，根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管与竖直埋管换热器两大类。
水平埋管方式的优点是在软土地区造价较低，但缺点是占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。
竖直地埋管换热器也就是在若干竖直钻孔中设置地下埋管的地埋管换热器。
由于竖直地埋管换热器具有占地少、工作性能稳定等优点，因此已成为工程应用中的主导形式。
竖直埋管的方式的钻孔直径通常为0.11－0.15m，深度40－150m；在钻孔中插入高密度聚乙烯(PE)的U型管，然后用回填材料把钻孔密封，再把各U型管连接成地埋管换热器。
冷堆积问题的提出
地源热泵系统对系统全年冷热负荷的平衡有一定的要求。
在地埋管地源热泵系统中地下岩土在全年起到蓄热器的作用，对热量夏蓄冬供。
但在北方严寒地区，冬季供热的负荷和时间远大于夏季空调的负荷和时间，系统多年运行以后地下的平均温度将逐年降低，影响系统的性能甚至使系统失效。
应该指出，在地埋管换热器所涉及的地层中存在地下水渗流时，对消除或缓解地埋管换热器中由于冷热负荷不平衡而引起的冷量或热量的累积有一定的帮助。
但现有的数学模型和分析还只能对这一现象提供定性的判断，由于在实际工程中很难得到现场比较可靠的水文地质资料，特别是地下水渗流定量的资料，因此现在还难以给出地下水渗流
对缓解地下冷量或热量累积的定量的结论。
曾有学者对在沈阳地区运行的地源热泵系统冬夏季取排热量进行了模拟，测试的地层结构为泥岩，共3个孔，孔深100m，孔径为150mm，1号孔距2号孔为5m，2号孔距3号孔5米，3号孔距1号孔为6m，3个孔的相对位置见图1：
图1三个测试孔的相对位置图
以三个孔的换热同时运行，对冬夏季取排热量进行模拟，得出结论如下：初始阶段每个换热孔的取排热量还算正常，随着运行时间的增加，换热器的热作用范围开始重叠，造成这一现象的原因就是地层散热慢，由热泵系统排入地下的冷热量不能尽快地扩散。
随着时间的增加，严重时整个热泵系统由于冷堆积而无法运行。
造成地源热泵冷堆积影响因素分析
建筑负荷差异是土壤热失衡问题出现的根源。
而土壤热平衡过程亦复杂多变，空调逐时负荷输入造成热量通过地埋管换热器内的强制对流传递给土壤，土壤又以自然方式向四周扩散使其自身温度缓慢趋于初始值。
而对于东北地区，冬夏季冷热负荷相差过大，造成冷堆积。
地温的恢复特性也是影响热平衡的一个因素。
地温的恢复特性主要取决于地层结构的特性、管群布置形式、系统运行情况、冷热负荷不平衡率等。
特别是地层结构的影响更为明显，若地层结构为赋水性较好的第四系，这样的土层换热性能好，由热泵排入土壤的冷量会随着换热器周围流动的地下水很快的散失掉，这样的地层结构，冷堆积的现象就不会出现，而地层结构为泥岩，换热系数小，性能差的地层，冷堆积现象比较严重。
因此，在解决地缘热泵热平衡问题时，应该结合具体情况综合考虑各方面因素，设计出合理的系统方案，实现地源热泵系统经济节能运行的目的。
冷堆积问题的解决方法
要发挥地源热泵作为新的、节能高效的冷热源优势，就要解决地源热泵存在的冷堆积问题。
针对东北地区建筑冷热负荷不平衡的问题，可以通过设置冷量回收、辅助热源等措施实现。
冷量回收，利用地层具备蓄能的特性，在夏初的时候，无需开启热泵机组，可以实现由土壤换热器直接制冷，实现冬储夏用，从而降低系统的运行费用。
辅助热源，冬季考虑辅以锅炉或者太阳能集热器来平衡埋管换热器需要多向
土壤吸取的热量。
从而解决冷堆积的问题。
另外，辅助设施的选择可以根据当地的实际情况，充分利用有利条件，因地制宜。
比如洗浴用过的废水、废热，我们都可以用来考虑平衡地温的不平衡。
地温的恢复性造成的冷堆积问题，应该从地温的恢复性造成影响的因素地层结构的特性、管群布置形式、系统运行情况等方面来考虑。
地层结构的特性是不可改变的，在做地源热泵系统之前，需要对该地区的地层结构进行检测，如果是土壤换热性能差的岩层，我们可以使用不同的填料，提高土壤的换热性能。
管群的布置形式，近年来新出现的桩基埋管可以在一定程度上解决埋管面积不足的问题，即把地下U 型管换热器埋于建筑物混凝土桩基中，使其与建筑结构相结合，充分利用建筑物的面积，通过桩基与周围大地形成换热，从而减少了钻孔和埋管的费用。
配合采用桩基地埋管换热器将大幅缩小占地面积。
由于建筑物桩基的自有特点，使U 型管与桩、桩与大地接触紧密，减少接触热阻，强化了循环工质与大地土壤的传热。
而系统的运行方式可以采用系统调峰措施。
将土壤温升控制在一定范围内并获得较好的经济性,但合理的调峰比例需要根据空调负荷情况作技术经济分析确定。
采用辅助热源与地埋换热器并用的调峰形式。
结束语
目前地源热泵系统在东北寒冷地区所遇到的瓶颈之一便是冷堆积的问题，有效的解决冷堆积问题才能保证地源热泵系统的效率和长期稳定运行。
冷堆积还还危害到周围生态环境，地层结构性能，特别是现在地源热泵系统也在逐步引入到农业生产中，必须考虑到热平衡问题引起土壤温度变化后对农业生态系统的影响。
因此，寒冷地区地源热泵系统冷堆积的解决迫在眉睫。
上面已经分析了造成土壤热失衡的原因以及提出了方向性的技术思路。
但是由于现在所运行的地源热泵系统年限尚短，分析并不能考虑到方方面面的因素，因此在寒冷地区做地源热泵系统时，需要把众多因素综合考虑，设计出合理的热平衡方案。
辅助热源可以很好的解决寒冷地区土壤冷堆积的问题，目前研究多集中在辅助加热装置的容量和地下埋管大小的优化配置，加热系统运行特性模拟及实验研究，混合系统运行能耗及经济性分析研究。
另外，有效的土壤温度检测和调节控制系统、规范化运行管理也很关键。
因此，在正式设计前，土壤换热器的测试工作必不可少。
在条件允许的情况下，建议对开孔区域进行地温场长期监测，以了解区域地温场的动态变化趋势，对已投入运行的地源热泵系统防患于未然，更为以后的地源热泵系统研究提供科学的数据。
参考文献：
[1]马福一,刘业凤.地埋管地源热泵系统的热平衡问题分析；
[2]赵军,张文秀,陈燕民,王吉标.浅析地源热泵空调系统之土壤换热器.中国地源热泵技术论坛，2010；
[3] 赵军,王华军.密集型桩埋换热器管群周围土壤换热特性的数值模拟[J].暖通空调,2006；。