解决地源热泵系统热平衡问题的方法

地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

小。
热堆积或冷堆积．然而对于热平衡，《地源热泵系统工程技术规范））ＧＢ５０３６６ — ２００９中又有
明确规定：地源热泵系统夏季最大释热量＝∑
４）复合式系统管理运行不当运行操作人员嫌麻烦．空调季随着负荷增长不及时甚
至完全不开调峰设施．或经常在空调负荷不
［空调分区冷负荷（Ｉ＋Ｉ／ＥＥＲ）］＋∑输送过程
得热量＋ ∑水泵释放热量。地源热泵系统冬季
最大吸热量＝∑ ［空调分区热负荷（１＋１／ＣＯＰ）］＋ ∑输送过程失热量一 ∑水泵释放热量。最大释热量和最大吸热量与建筑设计冷热负荷要相对应．并且相差不大，可避免因吸热与释热不平衡引起的岩土温度升高或降低。但
存储于地下．有效地减轻了城市的夏季热岛效应．同时还可以提供全年的生活热水。
地埋管地源热泵系统并不是一种万能的
空调系统，它也有自己的缺点。首先，它投资
季供冷时．向地下排放冷凝热．经过整个夏季
冷凝热的排放与积聚．地下土壤的温度会有
一
高．因为地下钻井埋管和打井都需要高额的
费用．有的工程地下钻井埋管的费用甚至与
定的升高．但是冬季供热时．热泵又要不断

地源热泵热平衡问题探讨

1 引言所谓的地源热泵，即是利用热泵提高冬天时大地的低位热能，从而供给热量给建筑，且可有效降低大地温度，并把冷量存储下来，供夏天使用。

当夏天温度相对较高时，热泵所起的作用是将建筑内热量转至地下，从而达到给建筑降温的效果，除此之外，还需将所转移的热量存储下来，用于冬季供热。

岩土地下水以及地表水均在地源热泵系统中扮演了低温热源的角色，而地热能交换系统，水源热泵机组以及建筑物内系统共同构成了地源热泵系统。

地源热泵系统主要是对地表浅层加以利用，进行能源的存储工作。

这些能源不会受限于地理位置，也可被人们充分循环利用，这就是所谓的可再生能源。

因此地源热泵技术的使用有高效利用、能源节约、成本较低等优势。

2 地源热泵热平衡问题2.1 地表浅层冷热负荷存在不平衡地源热泵就是对地热换气加以利用，实现地表浅层温差能的提取，而后通过热泵机组扩散热源至其周围。

一旦热泵系统需要常年运行，对地表浅层热能加以利用，相关工作人员则必须要考虑工作过程中提取和放出热能的土壤源热泵热平衡问题。

就我国实际情况而言，我国拥有广阔的领土，各地区有着明显的气候差异，这一情况是导致我国大部分区域建筑物地表浅层出现冷热负荷不平衡的主要原因。

我国西北地区的建筑物地表冷热负荷相对较大，一旦常年在地表进行热量的提取和放出工作，如果做不好热量平衡工作，则会在地下土壤出现热堆积的情况，也就是所谓的土壤热失衡。

该现象的发生不会通过大地土壤的自身运动进行修复，严重时会使土壤内的能量无法被人们提取，且进行循环和利用，这也是土壤出现热失衡情况的不可逆原因。

一旦大地土壤出现热堆积现象，而地源热泵系统还在持续运行，土壤自身扩散能量的能力则完全超负荷运转，土壤温度偏离原始温度，浅层温度处于持续降低和升高的趋势。

如此一来，在夏季使用热泵机组时则无法取得较好的制冷效果，也会大幅度降低机组的运行效率。

2.2 设计地源热泵地源热泵热平衡问题探讨谭绪飞（贵州省有色金属和核工业地质勘查局六总队，贵州凯里 556000）摘要：地源热泵系统运行的地源热平衡是利用大地蓄能来实现的，高效能、环保、成本低是其最为突出的优点，也因此得到了广泛的应用。

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析杨卫波1 陈振乾2 刘光远1(1.扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州 225009；2.东南大学能源与环境学院，江苏南京 210096)摘要为了探讨土壤源热泵系统地下热平衡问题对土壤温度分布及生态环境的影响，在分析地下热平衡问题产生原因的基础上，以一管群阵列为例，通过模拟计算探讨了不同负荷不平衡率下、在不同运行时间内地下土壤温度的分布状况及其变化趋势，分析了地下热平衡对大地热流及生物生长的影响，并提出了解决地下热平衡问题的方案，所得结论与方法可为土壤源热泵系统的健康发展提供参考。

关键词土壤源热泵地下热平衡生态环境解决方案ANALYSIS ON THE GROUND HEAT BALANCE OF GROUNDCOUPLED HEAT PUMP SYSTEMYang Weibo1Chen Zhenqian2 Liu Guangyuan1(1.School of Energy and Power Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225009; 2. School of Energy andEnvironment, Southeast University, Nanjing 210096 )Abstract In order to discuss the effects of ground heat balance of ground coupled heat pump system(GCHPS) on the ground temperature distribution and ecological environment, the reasons of ground heat imbalance are analyzed, the simulation calculation of a ground heat exchangers group array is carried out to find out the ground temperature distribution and variation trend under different various operation time and unbalance rate of load, the influences of ground heat balance on ground heat flux and biology growth are analyzed, some solutions are also presented to solve the ground heat balance. The results and methods obtained in this paper can provide references for the right development of GCHPS.Keywords Ground coupled heat pump Ground heat balance Ecological environment Solutions0 前言近些年，以浅层土壤热能作为热泵冷热源的既可供暖又可空调及供生活热水的土壤源热泵技术在国际供热制冷界得到了迅速发展，且成为国际上公认的最具发展潜力的采暖空调技术之一。

地源热泵实际使用中的热平衡问题

地源热泵实际使用中的热平衡问题地源热泵是21世纪的一项最具有发展前途的具有节能和环保意义的制冷空调技术。

地源热泵优点：1.利用大地的蓄能作用，环保效益显著。

2.高效节能，运行费用低。

3.运行安全稳定，可靠性高。

地源热泵缺点：地源热泵冬夏两季向大地取热量和排热量不平衡。

热平衡问题分析：地源热泵通过热泵将大地中低位热能提高，对建筑供暖，同时使大地中的温度降低，即蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温，同时在大地中蓄存热量，以备冬季使用。

这一特点决定了该项技术适用于夏热、冬冷且冷热负荷相当的地区。

若该系统在冷热负荷不平衡的情况下长期运行，将会使土壤温度逐渐上升或下降，导致地埋管换热器换热环境恶化，换热效率下降，从而影响热泵机组的效率和运行的经济性。

以夏季和冬季不平衡率为3％和10％两种条件，得出的结果如下：以五年为一个周期来看，土壤温度逐年升高，温升分别升高了0.81℃和2.77℃。

地源热泵系统在热量不平衡率仅为10％的情况下运行五年，土壤温度就明显的升高了2.77℃，可以推想，若在热平衡率更大时，若不采取必要措施，地源热泵系统运行一段时间之后很可能就无法正常运行。

解决方案：根据实测和理论计算，建议以不平衡率20％为界线，即在20％以下时由于土壤本身具有一定的热扩散能力和蓄热能力，热量不平衡对热泵的运行影响不大，不需要采取措施。

当热平衡率相差较大（20％以上），需要采取辅助措施：辅助供热和辅助冷却方式。

称为复和式地源热泵系统。

以热负荷为主和以冷负荷为主的两种情况分析：1.系统的释热量小于吸取热量。

若地源热泵系统在这种情况下长时间运行，将会使土壤温度逐渐下降，使地埋管换热环境恶化，降低换热效率，使出水温度降低，并造成热泵机组的蒸发温度降低，从而影响热泵机组的效率和运行的经济性。

2.系统的释热量大于吸取热量。

原理与上述相反，后果一样。

为解决这个问题并提高系统的经济性，在地源热泵系统设计时综合考虑。

土壤源热泵系统的热平衡问题

土壤源热泵系统的热平衡问题马宏权龙惟定（同济大学）摘要本文分析了土壤源热泵热平衡问题的由来与影响，提出了解决该问题的技术思路，并结合几个项目的问题分析和实测讨论了对解决该问题有利的系统的设计原则和运行模式。

关键词地源热泵热平衡优化设计1 引言土壤源热泵系统（ground-coupled heat pump ）的研究和项目实施是我国地源热泵系统（Ground Source Heat Pump ）三种形式中开始最晚的一种，其造价和运行费用相对也较地下水（underground water Heat Pump ）和地表水地源热泵系统（surface water Heat Pump ）要稍高。

但这些都并不能妨碍土壤源热泵成为迅速发展的一支力量，原因在于土壤源热泵采用土壤换热器内循环水换取土壤中贮存的温差能，没有对自然水源的开采要求和污染的担心，因此适用性更广，安全稳定性更高，尤其在夏热冬冷地区不失为一种新的空调冷热源解决思路。

我国的土壤源热泵系统数量和规模近年来不断增大，全国已经有多个数十万平米的土壤源热泵项目在建。

与欧美土壤源热泵主要是布置水平埋管式土壤换热器，通过小型热泵机组承担别墅等小型住宅空调的方式不同，我国的土壤源热泵系统主要服务对象是规模较大的多层住宅和办公建筑，土壤换热器一般采用在一定区域内密集布置的垂直单U 或双U 型土壤换热器群，或者利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置土壤换热器群。

这样普遍采用的密集型垂直埋管群和不断增大的土壤源热泵规模使得土壤换热器埋管范围内的土壤热平衡问题得到了越来越多的担心。

作者简介马宏权，男，1979年1月生，在读博士研究生 201804 上海市曹安公路4800号同济大学嘉定校区13-306信箱（021）69584901E-mail: mhqtj@ 2 土壤热平衡问题的由来与影响土壤源热泵依靠土壤换热器（underground heat exchanger ）从地下土壤中提取温差能，热泵机组的热源和热汇是扩散半径范围内的土壤，因此全年运行的土壤源热泵系统需要考虑全年时从土壤取放热量的平衡问题，这即通常称谓的土壤源热泵热平衡问题。

地源热泵室外地埋管系统冷热不均衡问题解决方案

地源热泵室外地埋管系统冷热不均衡问题解决方案一、冬夏季地下换热量计算：夏季向土壤中排放的热量Q1·= 597KW×（1+1÷5.15) -597KW×（1-1÷3.98)=713-378=335KW冬季从土壤中吸收的热量Q2·= 505KW×（1-1÷3.98)×2=756KW二、埋管孔数计算：冬季地埋管打孔数，口N2=756÷(40×0.045)=420口三、占地面积估算地埋管间距按四米计算，S=420×42=6720m2四、全年冷热不平衡校核计算整个制冷期向土壤排放的总热量：φ1=335KW×18×0.8小时×120×0.9天=整个制热期从土壤吸收的总热量：φ2=756KW×18×0.8小时×120×0.9天=冷热不平衡率U=φ1/φ2=0.443冷热不平衡率取值在0.8—1.15之间，则无需对地埋管系统进行地下温度场的冷热不平衡处理。

冷热不平衡率U＜0.8或＞1.15，则需对地埋管系统进行地下温度场的冷热不平衡处理。

说明：（以机组夏季运行120天、夏季运行120天、每天运行18个小时），空调全负荷使用系数见计算公式，我们按中原地区的气候条件,夏季制冷期为120天(6月1日—9月30日),冬季采暖期为120天(11月15日—3月15日),开动系数(制冷或采暖期内系统的开动天数比率)估算为0.90,主机使用系数为0.8[每天18小时运行,其计算依据是1/(0.17/A+0.39/B+0.33/C+0.11/D),其中A、B、C、D分别是在100%、75%、50%、25%负荷下运转的耗能量。

五、地埋管系统地下温度场的冷热不平衡处理1、冬季采用一台风冷热泵机组供应泳池热水；U=φ1/φ2=0.8862、夏季采用一台风冷热泵机组供应泳池热水；U=φ1/φ2=0.9433、冬季采用一台风冷热泵机组供应游泳馆空调；U=φ1/φ2=0.8864、安装锅炉对地埋系统补充热量:；按需调节5、屋顶布置太阳能，利用太阳能来实现地埋管系统地下温度场的冷热不平衡处理。

介绍地源热泵地下热能失衡与太阳能补热方法

介绍地源热泵地下热能失衡与太阳能补热方法中国泵业网地源热泵采暖技术其节能环保性受到广大用户的青睐。

可是近年部分地源热泵项目出现了地下热量失衡的严重问题，给地源热泵推广蒙上了阴影，本文针对此问题进行探讨，为广大同仁分享一些解决办法。

1地下换热钻井施工由于各地区地质千差万别，地下物质导热系数相差悬殊，没有统一计算方式，钻勘探井测试地质导热系数，只能计算相对较短时间内地质放热系数，几乎无法预算热泵运行多年后结果，凭借多年的施工经验及参考地源热泵成功案例非常重要。

1.1钻井间距地埋管式换热系统国家标准及规范中指出地下换热系统中对钻井间距为4~6m，考虑到成本及占地面积，一般工程施工时钻井间距≤4m。

换热井与井之间的地质就是蓄热空间，决定地埋管换热系统取热的年限，假如在3年期间换热井之间温度短路区易发生短路现象，该系统很快进入地下温度失衡状态，造成系统能效比下降甚至无法运行。

热泵在冬季长时间处在取热状态，每口井周围温度在逐渐降低，特别是地下流层不丰富甚至没有流层的地况，换热井间距大小直接影响井与井之间温度短路时间。

如图1所示。

1.2钻井群形状地下换热系统设计人员主要考虑便于管网连接及连接机房距离，大部分采暖工程在钻井施工时，把所有换热井口集中到一起，大型采暖项目需钻井数量非常庞大，地下换热井会形成井群。

特别是圆形或方形井群如果井间距过小容易造成严重取热不足，井群中心呈扩散状，中心位置温度区温度很低，几年后可能低于0℃。

前几年运行的地源热泵项目，部分出现井水温度过低现象，甚至机组无法运行。

如图2所示。

2合格的地埋管式换热系统根据现场情况，尽量加大换热井距离，4口井间做不对称形状，井间距需≥4m。

大中型地源热泵项目，地下连接管网庞大，地下主管道间距需≥1m，以减少大量进出水主管道间热量短路现象。

管网埋设深度，北京地区冻层0.8m左右，管网应埋设在低于冻层以下1m处，尽量减少主管道对地层的热损。

如图3、图4 所示。

地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施

统，它也有自己的缺点。首先，它投资高。因为地
下钻井埋管和打井都需要高额的费用，有的工程地
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｉｒｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｈ－
（４）复合式系统管理运行不当。运行操作人员
嫌麻烦，空调季随着负荷增长不及时甚至完全不开调峰设施，或经常在空调负荷不大时只开调峰设施而不运行地埋管地源热泵系统，都将影响调峰设施的冷热平衡功能，进而导致冬夏季取放热量不平衡，使土壤出项热堆积。
ｉｍｂａｌａｎｃｅ，ｃｏｎｔｕｅｍｅｒａｓｕｒｅபைடு நூலகம்ｓ
负荷Ｘ（１＋１／ＥＥＲ）］＋ ∑输送过程的热量＋ ∑水泵释放热量。地源热泵系统冬季最大吸热量＝ ∑［空调分
引言
近年来，在节能环保和能源紧缺的大环境下，地埋管地源热泵系统在我国北方尤其是夏热冬冷地区逐渐受到了设计院、政府及建设方的青睐，几乎成为夏热冬冷地区全年供冷、供热的最佳选择。它
（５）运行管理不善，过渡依赖于自控系统。任
何控制系统都不是万能的，都需要人来调控和监视
下钻井埋管的费用甚至与地上空调系统的费用接

简析土壤源热泵系统热平衡问题

简析土壤源热泵系统热平衡问题1前言土壤源热泵利用地下土壤作为吸热与排热的场所，夏季将室内余热取出排至地下储存以备冬用，冬季从地下取热供给房间后储存冷量以备夏用。

因此，更确切地说，土壤源热泵是一种以地下土壤作为蓄能体的地下蓄能及再利用系统，而并非单纯的地热能利用技术，这是目前业内普遍存在的对土壤源热泵认识上的一个误区。

要保持土壤源热泵系统长期高效运行，就必须保证全年内冬夏季土壤取放热量的平衡，从而可实现土壤能量在以年为周期时的自我恢复。

2土壤源热泵系统土壤热平衡问题原因分析2.1冷热负荷不平衡我国幅员辽阔，各地区气候差异较大，很多地区建筑物全年冷、热负荷差异很大，导致土壤源热泵系统冬季从土壤中提取的热量和夏季释放到土壤中的热量难以平衡，因此，土壤源热泵在应用时若不采取措施，而是直接根据需求量取热和放热用以满足冬夏负荷需求，必然会导致土壤温度偏离其原始温度，即土壤热不平衡现象，导致系统性能下降。

在北方地区，冬季热负荷大于夏季冷负荷，热泵从土壤中提取的热量大于夏季向土壤中释放的热量，导致土壤温度降低，机组蒸发温度降低，系统耗功量增加，供热量减少，热泵的循环性能系数COP降低；在南方地区，夏季冷负荷大于冬季热负荷，热泵向土壤中释放的热量大于冬季从土壤中提取的热量，导致土壤温度升高，机组冷凝温度升高，系统耗功量增加，制冷量减少，热泵的能效比EER降低。

因此，土壤源热泵适用于冬夏冷热负荷相差不大的地区，根据实测和理论计算，一般情况下，建议冬夏向土壤的吸排热量相差不大于20%为好。

2.2设计不合理国外在应用土壤源热泵时，多是在单体别墅的设计中，地埋管敷设面积不大，对于这种少量埋管来说，合理的管间距完全可以满足依靠土壤自身的热扩散使得多余的冷热量得以平衡，但对于我国目前土壤源热泵大多应用在较大面积公共建筑中，地埋管密集布置，大面积管群长期运行，管群中心处的热量难以传递出去，各埋管间必然产生热干扰，使得一个运行周期中从土壤中提取和释放热量的不平衡，在运行间歇期间土壤温度无法恢复原始值，土壤温度逐年持续上升或下降，系统运行效率降低。

土壤源热泵系统热平衡问题的探讨

第２５卷增刊２１年１０１０月
制冷与空调
ＲｅｒｇｒｔｎａｄＡｉＣｏｄｔｎｎｆｉｅａｉｎｒｎｉｏｉｇｏｉ
Ｖｏ．ｕ１２５Ｓｐ．
０ｃ．０１０６００ｔ２１．０￣１
文章编号：１７．６２（０１６１１２１）增刊．０．５６０６０
运行的目的。
【键词】土壤源热泵；土壤恢复；间歇运行；冷热负荷不平衡关
中图分类号Ｔ３ｕ８１
文献标识码
Ａ
ＤｉｃｓｏｎｏｓｕｓｉｎＴｈｅｍａｌｃｏｂｅｓｏｆＧｒｕｎｓｕｒｅＨｅｔＰｕｍｐＳｔｍｒｌＢａａｎｅＰｒｌｍｏｄ— ｏｃａｙｓｅ
ＪａＹｂｉｉａｅ
Ｃｏｇｉｇ４０４ＣｏｇｉＵｎｒｉ，ｈｎｑ，００５）ｇｖｔｎ
［ｓａｔＡｂｔｃ］ｒＨａｂｌｃｒｂｅｆｒｕｄｓｕｃｅｔｕｓｍｅｉｓｆｅｃｅｅｃｅｃｆｅｕｐｕｉ．ｅｔａｎｅｏｌｏｏｎ－ｒｅｈａｍｐｓｔｓｒｕｌｉｌｎｅｔｆｉｙｏａｐｍｎｔａｐｍｓｇｏｐｙｅｏｙｎｕｈｉｎｈｔｓ
ｄｓｒｂｓｔｅｉｏｔｎｅｏｋｎｕｌｄａｔｇｆｈ ‘ｈｌｗｅｔｅｍａｎｒｙｙｒａｏａｌｅｉｎａｄｏｅａｉｎｃｎｒ１ｅｃｉｅｈｍｐｒｃｆｔｉｇｆｌａｖｎａｅｏｅ‘ ａｌｇｏｈｒｌｅｇ ”ｂｅｓｎｂｅｄｓｇｐｒｔｏｏｔｏ．ａａｔｓｏｅｎＴｈｉｆｒｎｅｏｏｄａｄｈａｏｄｉｔｅｆｎａｎａｅｓｎｔａａｓｓｔｅｍａａａｃｒｂｅ，ｕｏｈｎｙｏｅＴｅｅｄｆｅｃｆｃｌｅｔｌａｓｈｕｄｍｅｔｌｒａｏｔｃｕｅｈｒｌｂｌｎｅｐｏｌｍｓｂｔｎｔｔｅｏｌｎ．ｈｅｎｈｏｔｉａｉｎｄｓｇｎｈｉｈｐｒｉｎｍａａｅｎａａｅｆｌｕｅｏｅｓｉｒｓｌｎｅａｅｐｔｃｉｖｅｔｒｅａｐｉｚｔｅｉｎａｄｔｅｒｔｏｅａｏｎｇｍｅｔｃｎｍｋｕｌｓｆｈｏｌｅｉｅｃｎｈｌｏａｈｅｅｔａｇｔｈｔｍｏｇｔｔｉｄｈｔ

土壤源热泵系统热平衡问题浅析

土壤源热泵系统热平衡问题浅析摘要：热泵技术是最有效的建筑节能技术之一，近年来，土壤源热泵以其良好的环境效应和节能效果受到极大关注，但是土壤源热泵在应用时存在着部分地区冷热不平衡的问题，因此，如何克服热平衡弊端，扩大土壤源热泵的适用范围已经成为一项热门课题，本文提出了几种克服土壤热平衡问题的解决方案，为今后的土壤源热泵设计提供参考。

关键词：土壤源热泵热平衡复合热源热泵1前言地下一定深度的土壤温度相对稳定，土壤源热泵就是利用土壤相对于空气而言，冬季温度高而夏季温度低的特点，以大地作为热源与建筑物进行热交换，从而达到节能的目的，因此被称为21世纪的“绿色空调技术”。

它不需要任何形式的人工热源，冬季从土壤中提取热量，向建筑物供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季向建筑物提供冷量并将建筑物的排热量释放到土壤中，同时蓄存热量，以备冬用。

土壤源热泵系统要保持长期高效运行，就必须保证土壤的热平衡，即冬夏季从土壤中提取和释放热量的平衡，保证以年为周期时的土壤温度场的稳定。

2土壤源热泵系统土壤热平衡问题原因分析2.1冷热负荷不平衡我国幅员辽阔，各地区气候差异较大，很多地区建筑物全年冷、热负荷差异很大，导致土壤源热泵系统冬季从土壤中提取的热量和夏季释放到土壤中的热量难以平衡，因此，土壤源热泵在应用时若不采取措施，而是直接根据需求量取热和放热用以满足冬夏负荷需求，必然会导致土壤温度偏离其原始温度，即土壤热不平衡现象，导致系统性能下降。

在北方地区，冬季热负荷大于夏季冷负荷，热泵从土壤中提取的热量大于夏季向土壤中释放的热量，导致土壤温度降低，机组蒸发温度降低，系统耗功量增加，供热量减少，热泵的循环性能系数COP降低；在南方地区，夏季冷负荷大于冬季热负荷，热泵向土壤中释放的热量大于冬季从土壤中提取的热量，导致土壤温度升高，机组冷凝温度升高，系统耗功量增加，制冷量减少，热泵的能效比EER降低。

因此，土壤源热泵适用于冬夏冷热负荷相差不大的地区，根据实测和理论计算，一般情况下，建议冬夏向土壤的吸排热量相差不大于20%为好[1]。

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析

➢ 通过全年动态模拟来得出辅助冷热源设备的开启条件及时间。
20
埋管的合理设计、运行调控及其监控
➢ 地下埋管排列布置的优化设计主要是对单根埋管所包含蓄能体的体形系数的优化；
➢ 地下蓄能与释能过程的合理调控
基于地热能利用中的时空效应，通过改变蓄存能量作用于蓄能体中的时间、空间及强度来控制蓄能与释能过程，从而实现能量在蓄能体中的再分布，以利于聚集能量的及时扩散，避免热堆积现象的发生。
释能结束恢复后
先外后内释能模式土壤温度分布
28
（1）从能源有效利用的角度考虑（防止热扩散）外强内弱模式优于内强外弱模式，先内后外模
式优于先外后内模式。（2）从土壤热平衡角度考虑（强化热扩散）
内强外弱模式优于外强内弱模式，先外后内模式优于先内后外模式
29
➢ 埋管区域土壤温度变化的监控
在埋管区土壤关键位置设置温度传感器，及时监控土壤温度的变化，一旦温度超过设定置时，可以开启辅助调峰设备，避免热堆积。
11
运行一年后土壤温度分布/℃
12
运行10年后土壤温度分布/℃
13
中心温度/℃
18.0
17.5
17.0
16.5
16.0
15.5
15.0
14.5
14.0 0
2
4
6
运行时间/年
8 10
埋管区中心温度随运行时间变化
14
地下热平衡对局部生态环境的影响
生态系统是指一定空间中的生物群落与环境组成的系统，其中各成员借助能量和物质循环形成一个有组织的功能复合体，任何一个子成员能量与物质的改变都会破坏原有生态系统的正常循环。
பைடு நூலகம்21
22

地源热泵系统热平衡分析

地源热泵系统热平衡分析摘要：地源（土壤源）热泵系统长期运行后会出现一个问题：土壤热不平衡问题，这是一个会严重影响系统高效稳定运行的问题，同时对土壤环境造成影响，基于地源热泵系统土壤热不平衡问题，本文从多角度进行了分析并提出了相应的改善措施。

近年来地源热泵应用的数量和规模在不断增加，该系统主要应用于住宅、写字楼和商场[1]。

地源热泵系统是在土壤中设置U型地埋管群作为系统的换热器，通过管内闭式水循环来进行放热或取热，这样系统在运行过程中不会对地下水和土壤造成污染，所以系统稳定性高，适用的范围较广。

但是该系统在多年的实际工程运行中，普遍出现了土壤热不平衡问题，即在地源热泵系统应用的范围内，系统换热端在运行周期内在土壤中的释热量和吸热量不等，土壤的热不平衡问题会随着运行年数的增长逐渐凸显，从而造成系统运行的效率逐步降低，同时土壤温度的变化对周边环境也有一定的影响，基于上述问题，本文对该问题产生的原因从对角度进行分析并提出的相应改善措施。

一、土壤热不平衡产生的原因地下土壤作为地源热泵系统的冷热源，夏季制冷时将室内热量取出释放到土壤中，冬季又从土壤中取出热量用于室内制热，循环往复这样实现能源的再生利用，因此为了保证系统的高效稳定运行，必须保证全年内地源热泵埋管换热器运行所在区域土壤的热平衡。

但是很多工程应用中地源热泵系统随着运行年数的增加，土壤中形成了热量或冷量的堆积，即土壤热不平衡。

土壤热不平衡造成埋管区域内的土壤温度升高或降低，使之逐渐偏离系统正常运行所需要的温度，从而系统的运行效率和稳定性会大大降低，而且土壤温度变化会在一定程度上对周边的生态环境造成影响[2]，因此必须解决土壤热不平衡这个问题。

根据现有的文献研究[3]，在全年热不平衡率为3%和10%的情况下，系统经过5年运行后，埋管区域内土壤的温度分别增长了0.81℃和2.81℃，可以看出埋管周围土壤温度的变化幅度随着热不平衡率的增加而增加，因此对系统的运行效率影响也增大。

地埋管地源热泵系统的热平衡问题分析

文章编号：CAR179地埋管地源热泵系统的热平衡问题分析马福一刘业凤（上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093）摘要通常，地埋管地源热泵年运行的吸排热不平衡，这会导致热堆积，引起系统性能下降。

结合浅层地热资源的性质和地域特性，综合分析了地埋管地源热泵热平衡问题的由来，及其对热泵运行和生态环境的影响，并结合热平衡问题的影响因素提出了解决热平衡问题的技术思路。

关键词地源热泵热平衡地域特性生态环境ANALYSIS OF HEAT BALANCE IN GROUND-SOURCE HEAT PUMPMa Fuyi Liu Yefeng(College of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, P.R.China)Abstract Usually,the annual absorbing and releasing load are always different in Ground-source heat pump running which will lead to heat accumulation, and the heat pump performance will degrade. Based on nature of shallow geothermal resources and regional characteristic, the cause of ground heat imbalance in Ground-source heat pump is analyzed. And heat imbalance impacting on heat pump operation and the ecological environment are also analyzed. Combined with the influencing factors of imbalance, the technical considerations for solving this problem is put forward.Keywords Ground-source heat pump Heat balance Regional characteristic Ecological environment.0 引言地源热泵系统主要利用储存于地表浅层近乎于无限、不受地域限制的低焓热能，属于可再生能源利用技术，具有高效节能、低运行成本和良好的社会环保效益等优点[1]。

土壤源热泵系统中地埋管换热器热平衡问题及解决方案

１地下土壤热失衡的原因
我国幅员辽阔，地域建筑物在一年之中的各冷、热负荷相差甚大。冬季通过热泵提取地下的
温度降低１会使制取同样热量的能耗增加３ｏＣ，％
～
４。同理，于南方地区，％对由于夏季空调冷负
ＨｅｔＢａａｅＰｒｂｅｒｕｅｔＥｘｈｎｅｎｄＳｌｔｏｓｉａｌｎｃｏｌｍＧｏｎｄＨａｃａｇｒａｏｕｉｎｎＧｒｕｏｎｄ — ｓｕｒｅＨｅｔＰｕｐＳｙｔｍ — ｏｃａｍｓｅ
向土壤的排放热量。此时，了使土壤能够维持为
作者简介：龙华，业于黑龙江省机械制造学校，炉制造专业，就职于华洁公司，事新能源开发工作。范毕锅现从
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第１期
Hale Waihona Puke 范龙华，：等土壤源热泵系统中地埋管换热器热平衡问题及解决方案
ＫｅＷｏｄ：ｒｕｄ—ｓｕｃｅｔｐｍｐ；ｂｒｄｔｂｘｈｎｅ；ｃｅｃｅｔｆｐｒｒｎｅ；ｅｅｇｙｒｓｇｏｎｏｒｅｈａｕｕｉｕｅｅｃａｇｒｏｆｉｎｅｏｍａｃｅｉｏｆｎｒｙ
负荷基本相等，因此，直地埋管地源热泵的最佳垂使用区域是夏热冬冷和冬夏冷热负荷相当的地
区。在寒冷地区由于其冬季热负荷大于夏季冷负荷，成热泵从地下土壤的吸热量大于夏季向土造壤的排热量，致使土壤温度逐渐降低、备耗功率设上升、热性能系数ＣＰ降低，供Ｏ一般情况下，土壤

土壤源热泵系统中地埋管换热器热平衡问题及解决方案

黑龙江冶金
Heilongjiang Metallurgy
Vol． 31 No． 1换热器热平衡问题及解决方案
范龙华1 ，王勇2
（ 1．哈尔滨华洁有限责任公司，哈尔滨 150001； 2．哈尔滨物业供热集团有限责任公司）
摘要：本文介绍了土壤源热泵导致的土壤吸、放热不平衡以及解决这种热失衡的两种方案。关键词：地源热泵；地埋管换热器；性能系数 COP；能效比 EER
系统的运行方式地源热泵的供冷可采取串联运行当室外温度很低建筑的热负荷较大单独采用地埋管换能采集的热量存储在蓄热水箱中地埋管中的水先在土壤中吸收部分热量然后再经过蓄热温从而提高其进入蒸发器时的温度随着蒸发器温度的提高热泵机组的性能系数cop也随之相对提高系统可以向用户提供更多的热量以满足采暖要求
第 31 卷第 1 期 2 011 年3 月
地源热泵是以地表为热源的绿色节能技术。竖直埋管换热器通常埋深在 30 ～ 100m 之间，其热交换对象是深层土壤，而深层土壤又不可能与地表环境进行充分的热交换，就容易使得土壤出现取、放热的不平衡。
1 地下土壤热失衡的原因
我国幅员辽阔，各地域建筑物在一年之中的冷、热负荷相差甚大。冬季通过热泵提取地下的低位热能给建筑物供暖，同时，地下土壤的温度降低；夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地，对建筑物降温，同时，地下土壤的温度升高。显然，这种温度的升高或降低，对当年采暖（或空调）季的地埋管换热器的传热性能有一定影响。如果在 1 年中冬季从地埋管换热器中抽取的热量与夏季向地埋管换热器输入的热量平衡，则地埋管换热器在数年的长时间运行后，地下的年平均温度没有变化，对地埋管换热器的性能没有影响。在夏热冬冷地区，供冷和供暖的天数相差无几，冷热

【专业知识】解决地源热泵系统热平衡问题的方法

【专业知识】解决地源热泵系统热平衡问题的方法【学员问题】解决地源热泵系统热平衡问题的方法？【解答】土壤热平衡问题是地埋管地源热泵系统设计与应用中需要解决的首要问题，如今已经有不少方法应用在实际工程中，并取得了不错的效果，比如在系统中加入辅助冷热源、间歇式控制等措施。

其中使用较为广泛的措施就是采取混合式地源热泵系统。

混合式地源热泵即地埋管换热系统与辅助散热设备或辅助热源混合使用的热泵系统，分为室内换热系统和室外换热系统两大部分[1].1.冷却塔-地埋管地源热泵在南方地区，建筑负荷特点一般是夏季冷负荷大于冬季热负荷，所以土壤热平衡问题是体现在土壤热量的堆积上。

在此种负荷特点下，设计中地埋管的热容量是以建筑物的热负荷作为设计基础，夏季供冷时采用辅助散热设备散去室内多余热量。

冷却塔是混合式地源热泵系统最常用的散热设备，在大部分工程设计中，通常是根据建筑全年累计总负荷计算热量得失，由系统对土壤取热量与散热量之差计算冷却塔循环水量从而选取冷却塔型号，在控制冷却塔时则固定时间启停。

但由于建筑负荷与周围环境息息相关且负荷变化是一个动态过程，所以不应该单纯以此法选取和控制冷却塔。

在文献【2】中提出了比较合理的冷却塔选型和控制方法，即由土壤在热泵制冷工况运行下的平均进水温度（根据经验数据或模拟计算得出）计算出冷却塔容量大小的平衡点T，查询当地全年逐时室外干湿球温度数据得出当室外湿球温度为T时室外干球温度的平均值，进而求得在此室外条件下的建筑冷负荷Qc，再根据热泵机组的EER值计算出机组的放热量Qf，由此选取冷却塔。

此法在选型计算中与建筑所在地区气候特点和建筑负荷特点都紧密联系起来，所以所得结果符合工程实际情况。

而冷却塔的启停控制方法是根据机组出水温度来判断是否需要冷却塔辅助，且当所选冷却塔出水温度小于土壤在热泵制冷工况运行下的平均进水温度时启用冷却塔（因此时在流量相同情况下，使用冷却塔比使用埋管更有利于提高机组的运行效率）。