介绍地源热泵地下热能失衡与太阳能补热方法
地埋管地源热泵系统的热失衡及解决措施
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 ） ） Ｇ Ｂ ５ ０ ３ ６ ６ — ２ ０ ０ ９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 ／ Ｅ Ｅ Ｒ） ］ ＋∑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 ／ Ｃ Ｏ Ｐ ） ］ ＋ ∑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
地源热泵与太阳能结合在高寒地区的应用
制
痔
室 调
ＲＥＦ ＲＩ ＧＥＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ ＡＩ Ｒ． Ｃ０ＮＤＩ Ｔ１ ０Ｎ１ Ｎ Ｇ
地源热泵与太 阳能结合在 高寒地 区的应用
李景华 王 晓羚 牛 秀云 王丽英
（ 山东 富尔达 空 调设备 有 限公 司 ）
ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ａ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍ ｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ ， Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｈ ｏ ｗ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｙ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｔ ｅ ， Ｈ ｏ ｗ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ｅ
相对稳定 的特性 ，通过热泵机组 ，使深埋于建筑 物周 围的管路系统或地下水循环带走建筑物内部
本文所涉及 的工程为 内蒙古 自治区凉城某医
院工程项 目，建筑 面积为 ２ ８ ０ ０ ｏ ｍ ，共 １ ２ 层 ，每 层层高为 ３ ． １ ｍ，总计层高 ３ ７ ． ２ ｍ 。本建筑采用节能 热量 的技术 。冬季 ，从土壤 中取热 ，代替锅炉为
建筑 物供 暖；夏季 ，向土壤排热 ，代替普通空调 设计 ， 按中华人民共和国国家标准 《 民用建筑节能 给建 筑物供冷。因该项 目处 于低温高寒地带 ，夏 设计标准 》 第４ ． １ ． ２ 条规定 ，屋顶和外墙应加强保
换热不平衡 ，将影响下一个采暖期 的运行。该地 ｔ 照 时 间 可达 ２ ６ ０ ０ ～３ ２ ０ ０小 时 ，是 非 常 理 想 色可再生能源成为建筑节能的重要部分 ，作为人 区 Ｅ 们青睐的绿色可再生能源 ，地源热泵和太 阳在建 的绿 色环保资源 。为保证地下换热系统的持续运 筑 中得到了广泛的应用 ，二者 的有效结合 ，为建 筑节 能 带来 理想 的效： 果。
太阳能与地源热泵互补供能的优势分析
资源环境 | RESOURCES & ENVIRONMENTI太阳能与地源热泵互补供能的优势分析李爽王一凡王杨洋王迪(吉林建筑科技学院市政与环境工程学院，吉林长春130000)摘要：通过建设相应的能源系统实现资源联合应用，能有效提高能源利用效果，达到更好的经济效益和社会效益。
文章通过查 阅文献、分析案例等方法，分析了太阳能与地源热泵互补供能的可行性及经济效益，结果表明太阳能与地源热泵互补供能系 统能够取得良好应用效果，值得推广应用。
关键词：太阳能：温室：沼气；地源热泵；建筑 文献标识码:A中图分类号:TK 01文章编号：2096>4137 (2021) 04-148-02D 0I ： 10.13535/j .cnki .10-1507/n .2021.04.61Analysis of the advantages of complementary energy supply between solarand ground source heat pumpsLI Shuang , WANG Yifan , WANG Yangyang , WANG Di(School of Municipal and Environmental Engineering, Jilin Institute of Architecture and Technology, Changchun 130000, China)Abstract : Through the construction of corresponding energy systems , the joint application of resources can be realized , which can effectively improve energy utilization and achieve better economic and social benefits . This paper analyzes the feasibility and economic benefits of the complementary energy supply of solar energy and ground source heat pump by consulting literature and analyzing cases . The results shows that the complementary energy supply system of solar energy and ground source heat pump can achieve good application effects and is worthy of popularization and application .Keywords : solar energy ; greenhouse ; biogas ; ground source heat pump ; building 热泵是一种新型空调技术，研宄发现，热泵能够减少对 资源的消耗，减少对环境的污染，达到更好的绿色环保节能 效果。
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。
简析太阳能系统和地源热泵系统连接方式
简析太阳能系统和地源热泵系统连接方式我们当前正面临着巨大的能源挑战，提高能源的利用率，节能减排政策加快实施，新能源和可再生能源合理、有效的研发应用，将会是我们人类实现可持续发展的有效途径。
据不完全统计到2035年，世界对一次能源需求量将会上升36%，相当于使用167 t 石油[1]。
近年来，大多数国家都将重心转移到可再生能源和新能源的合理开发利用，这将是未来很长一段时间内一项重要的可持续发展战略[2]。
太阳能和地热能将会是人类历史中取之不尽用之不竭的新能源和可再生能源，对其合理、有效的利用将会是今后能源发展的一个重要方向.我国地域辽阔，年日照时间大于2000h的地区占全国面积的2/3，处于利用太阳能较有利的区域内[3]，但太阳能的利用还存在着一定的局限性，太阳辐射受昼夜、季节、海拔高度等自然条件的限制以及阴雨天气等随机因素的影响较大，存在着很大的不稳定性和间歇性。
因此若要长期单独只用太阳能作为热源运行系统，必须靠辅助热源才可以保证系统稳定运行。
"地源热泵"的概念，最早是在912 年由瑞士的专家提出[4]，它利用地下埋管换热器与大地进行热量交换，把大地作为低位热源和排热场所的热泵装置。
地源热泵在连续运行时会因埋地管在土壤中的连续取热或者放热而导致埋管周围土壤的温度的相对降低或者升高，从而引起热泵蒸发温度和冷凝温度的变化，系统的运行效率的降低；另一方面，土壤的导热系数比较小，换热强度弱，在相同的负荷情况下所需要的换热面积大，因此埋管用量多，占地面积大[5-7]。
太阳能和地源热泵系统单独应用时存在的缺陷最好的办法是结合使用两种能源，互相弥补自身不足，提高资源利用率。
本文主要是对太阳能和地源热泵联合运行方式的探究。
1.系统结构和联合运行原理太阳能-地源热泵系统如图1所示。
本文主要研究的是供暖季下该系统的联合运行模式。
2.系统联合运行模式太阳能-地源热泵系统联合运行有三种不同的运行模式：一、串联模式；二、并联模式；三、蓄热模式。
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。
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
【 Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ －
（ 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 。
ｉ ｍｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｃ ｏ ｎｔ ｕ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｓ ｕ ｒ ｅபைடு நூலகம்ｓ
负荷 Ｘ（ １ ＋ １ ／ Ｅ Ｅ Ｒ ） ］＋ ∑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
地源热泵和太阳能结合讲义
N
•循环泵关闭
循环泵关闭>2小时?
Y
•电加热开启
T热水箱<60C?
Y
N
> T集热器-T地源换热器出水 3C?
Y N
< T地源换热器出水 20C?
Y
•集热器切换到地源换热器 •循环泵运行
7C
高热泵效率. 水路的切换基于水温控
制.
EVAP COND
热泵机组
板 换
地埋管系统
报价部分
70 C
生活热水箱
地源热泵和太阳能集成系统项目说明盘管 (回风和新风), 地板加热器
– 太阳能集热系统,热水水箱 及换热器
• 对建筑的要求:
– 需要25平方米的机房,用以 安装热泵主机,水泵和其他 辅助设备.机房最好在底层 或地下室.
EVAP COND
22 C
27 C
板
换
地埋管系统
报价部分
生活热水箱
风机盘管
40 C 45 C
地源热泵和太阳能集成系统－冬季运行
•热泵机组提供45C的热水给末端设备
如风机盘管和地板加热器,用于采暖。
•热泵机组的热源来自于地埋管和太阳
能集热器。
•在满足冬季生活热水的前提下, 太阳
12 C
能集热器还用来加热地埋管水, 以提
地源热泵和太阳能集成系统的工作原理
• 夏季 – 生活热水主要来自太阳能集热 系统, 阳光不足时,电加热辅助. – 热泵系统吸收房间的热量,使房 间温度降低, 并将热量释放到 土壤中.
• 冬季 – 生活热水主要来自太阳能集热 系统, 阳光不足时,电加热辅助. – 热泵系统从土壤和太阳能中汲 取热量, 供房间采暖的需求.
附加说明: • 阳光不足时电加热辅助是出于成本
浅析太阳能热泵与地源热泵技术联合利用
浅析太阳能热泵与地源热泵技术联合利用摘要：近些年，在人们生活水平提高下，对能源的需求量不断增加，其中，太阳能和地热能作为重要的清洁能源，可以为人类提供重要的能源来源，如何开发利用太阳能和地热能是人类面临的重要问题。
本文首先介绍了热泵技术的工作原理，然后阐述了太阳能热泵和地源热泵相关技术，最后结合某具体案例详细阐述了太阳能热泵与地源热泵技术联合利用情况。
以期本文的写作能够促进太阳能和地热能的开发利用，使之更好地为人类服务。
关键词：太阳能；地热能；热泵技术；联合利用引言能源供应的日趋紧张与节能环保观念的日益增强，引发人们去探索新能源的开发与利用。
人类对于再生性能源的需求因化石燃料日渐耗尽而增加。
太阳能和地热能的利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案。
太阳能是地球上能源的最主要的来源，它是无公害的洁净能源，也是21世纪以后人类可期待的最有希望的能源。
太阳能是真正意义上的环保、可再生能源，加之能源丰富、分布相对均衡，不需要运输，不产生排放废物。
地热能属于《可再生能源法》规定的被鼓励开发利用的可再生能源之一，在我国能源发展战略中居重要地位。
地热能又分为浅层低温（＜25℃）地热能与深层（≥25℃）地热能。
浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般为200m）范围内的岩土体、地下水和地表水中，具有开发利用价值的热能，又称之为浅层地温能。
其实质是太阳辐射地表与地球内部产生的热向地表传递在地壳表层叠加后产生的一种热能资源。
太阳能－地源热泵技术是利用少量高品位的电能将太阳能集热器收集的低品位热能与浅层地温能提升加以利用的一种“绿色”技术。
1太阳能热泵技术太阳能作为一种潜力极大的可再生清洁能源，每天达到地球表面的太阳辐射能高达5.57×1018MJ。
太阳能利用技术与热泵技术之间的结合形式十分多样，可以根据实际情况选择不同模式和系统。
其中最典型的应用形式为太阳能辅助热泵，太阳能热泵通常是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵系统，与太阳光电或热能发电驱动的热泵机组有着本质区别。
地源热泵竖直地埋管换热器的热平衡问题及解决方案
建筑节能2009年第1期(总第37卷第215期)No.1in 2009(Total No.215，Vol.37)地源热泵竖直地埋管换热器的热平衡问题及解决方案周学文(郑州市热力总公司，郑州450006)摘要：介绍了地埋管地源热泵使用地区的地域差异和由此导致的土壤吸、放热不平衡。
重点讲述了解决这种热失衡的两种方案，即太阳能辅助加热和冷却塔辅助冷却。
这两种混合式地源热泵系统可以分别有效地解决北方地区和南方地区竖直地埋管换热器取、放热不平衡的问题,使地源热泵系统同样可以在冷热负荷差别较大的地区得到高效率运行。
关键词：地源热泵；地埋管换热器；性能系数COP ；能效比EER 中图分类号：TU831文献标志码：A文章编号：1673-7237(2009)01-0064-03Problem s and Solutions for Therm al Balance of Vertical Ground Heat Exchanger inGround Source Heat Pum pZHOU Xue-wen(College of Art and Design,Zhejiang Science and Technology University,Hangzhou 310018,China)Abstract:The difference about the areas where the ground source heat pump be used in was presented,which lead to the thermal im －balance of soil between absorbing and releasing.Two plans to solve the problems were put forward,namely solar energy assistance heating and cooling tower assistance cooling.These two kinds of mixed ground source heat pump systems can solve the problems of ground heat exchang －er's thermal imbalance between absorbing and releasing in northern and southern areas,The ground source heat pump can be used with high efficiency in the areas where there is the bigger difference between heat load and cold load.Key w ords:ground source heat pump;ground heat exchanger;coefficient of performance;energy efficiency ration0引言地源热泵是以大地为热源对建筑进行供热或制冷的技术。
地热能发电装备的多能互补与能量协同利用
地热能发电装备的多能互补与能量协同利用地热能作为一种清洁、可再生的能源，在当今世界能源格局中发挥着越来越重要的作用。
利用地热能发电装备进行发电已成为一种常见且可行的方式。
然而，单独依靠地热能进行发电存在一定的限制，因此在实际应用中，多能互补与能量协同利用成为提高地热能发电效率的重要手段。
多能互补是指将地热能与其他能源相结合利用，以实现能源的综合利用和最大化效益。
地热能与太阳能、风能、生物质能等可再生能源具有互补性，通过相互补充和协同利用，可以达到优化能源利用的效果。
首先，地热能与太阳能的结合是一种常见的多能互补方式。
地热能发电装备可以利用地下热能进行发电，而太阳能光伏发电装备则可以利用太阳光能进行发电。
因此，将地热能发电装备与太阳能发电装备相结合，可以实现对地热能和太阳能的双重利用。
尤其是在阳光充足的地区，通过多能互补的方式，可以进一步提高能源利用效率，减缓对传统能源的依赖程度。
其次，地热能发电装备与风能发电装备的结合也具有潜力。
地热能和风能都属于可再生能源，且均具有稳定性和可持续性。
在风能资源丰富的地区，结合地热能发电装备和风能发电装备，可以实现能量的互补和协同利用。
例如，在夜间或风速不足的时候，地热能发电装备可以弥补风能发电装备的不足，从而确保电力供应的稳定性。
此外，地热能发电装备与生物质能发电装备的结合也具有一定的潜力。
生物质能利用废弃物、农作物秸秆等生物质资源进行发电，而地热能则是利用地下热能进行发电。
通过将这两种装备结合起来，既能有效地利用生物质能资源，又可以发挥地热能发电装备的优势，从而实现能源的综合利用和可持续发展。
除了多能互补，能量协同利用也是提高地热能发电效率的重要手段。
能量协同利用是指在地热能发电过程中，利用废热或废水等能量进行二次利用。
地热能发电装备在发电过程中会产生大量热能和废水，如果将这些废热和废水进行回收利用，可以进一步提高能源利用效率。
废热可用于供暖、工业生产或直接进行余热发电，废水可用于温室农业灌溉等领域，从而实现能量的再利用和最大化利益。
太阳能与地源热泵相结合的采暖系统应用研究
太阳能与地源热泵相结合的采暖系统应用研究摘要：本文介绍了目前太阳能与地源热泵相结合的采暖系统的研究和发展状况，针对不同地区所采用的不同的结合方式，强调太阳能与地源热泵相结合的巨大优势和节能潜力，期望这种采暖系统能够取得长足发展。
关键词：太阳能地源热泵采暖一，太阳能地板辐射采暖系统的优势和局限地板辐射采暖是我国上世纪六十年代开始研究，本世纪初开始迅速发展的采暖系统。
地板辐射采暖相较传统的散热器采暖，其主要优点如下：(1)在地面热辐射作用下，直接补偿了辐射负荷，围护结构内表面和室内其它物体表面温度，都比对流采暖高，人体的辐射散热相应减少，人的实际感觉（实感温度）比对流采暖时舒适得多。
(2)室内竖向温度梯度很小，“下热上凉”，人的感觉舒适，且降低围护结构上部热损耗，室内计算温度可比对流采暖低2℃，室内相对湿度优于对流采暖(3)由于地板、外墙、内隔墙和顶棚等建筑构件均有较好的蓄热功能，不但使采暖峰值负荷降低，且使采暖系统的热稳定性大为提高。
(4)这种采暖方式是以辐射传热为主，辐射和对流两种传热方式的综合作用，从而有效提高了热能利用水平。
大量工程实践证明，其能耗比传统对流采暖降低可达15%左右。
不但节能效果显著，而且初投资和运行费均相应降低。
(5)室内空气流速很低，不会出现对流采暖由于空气对流强度高导致的尘埃飞扬，也不会出现对流采暖散热器背后墙面“熏黑”的污染现象。
(6)节省了对流采暖散热器占用的室内有效建筑空间。
(7)其供水温度为40~60℃热水，这种低温热媒的应用，对采暖供热实现节能减排，具有重要意义。
首先，当热水供热管网，为降低热媒输送能耗而加大供回水温差时，采用地板辐射采暖可以使热网回水温度降得更低，提高热网能源利用率。
同时又可使热网末端区域供热效果更易于保障。
其次，40~60℃的水温正好是地埋管地源热泵和太阳能集热系统所能提供的温度范围，正因为如此，地源热泵地板辐射采暖系统和太阳能地板辐射采暖系统已获得不少的应用，并取得了一定的经验。
串联式太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化研究
串联式太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化研究随着环境保护意识的提高和新能源技术的发展，太阳能作为一种具有广泛应用前景的可再生能源受到了越来越多的关注。
太阳能热利用是太阳能利用的主要形式之一，可以通过太阳能辅助地源热泵供暖来提高供暖的能效，同时减少了燃料的消耗和对环境的污染。
本文主要探讨如何通过优化太阳能辅助地源热泵供暖系统来提高其供暖效果和经济性。
一、太阳能辅助地源热泵供暖系统的结构太阳能辅助地源热泵供暖系统是利用太阳能辅助热水供应和地源热泵空调系统供暖相结合的一种供暖方式。
太阳能辅助热水供应是通过太阳能集热器将太阳能转化为热能，进而将热能储存于储水箱中，用于辅助地源热泵系统供暖。
地源热泵空调系统则是通过利用地下能源来达到冬季供暖、夏季降温的目的。
太阳能辅助地源热泵供暖系统的主要组成部分包括太阳能集热器、储水箱、外机、地下换热器、室内机和控制系统等。
二、太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化设计对于太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化设计，一方面可以从系统结构和工作方式上进行改进，另一方面也可以从供暖效果和节能经济性等方面进行分析和优化。
1.系统结构和工作方式的改进（1）改进太阳能集热器的结构和材料，提高其转换效率。
太阳能集热器是太阳能辅助地源热泵供暖系统的核心组成部分，其转换效率直接决定了系统的能效和经济性。
因此，改进太阳能集热器的结构和材料可以有效提高其转换效率，使得太阳能辅助地源热泵供暖系统能够更加高效地利用太阳能资源。
（2）改进地下换热器的设计和铺设方式，提高其换热效率。
地下换热器对供暖效果的影响也非常关键，其换热效率直接决定了系统的供暖能力和经济性。
因此，改进地下换热器的设计和铺设方式，提高其换热效率可以有效提高系统的供暖能力和经济性。
（3）通过智能控制技术控制系统运行，实现系统最优化控制。
智能控制技术的应用可以实现太阳能辅助地源热泵供暖系统的最优化控制，通过在线监测系统运行状态和工作环境等信息，并根据系统特性和运行需求智能调节系统运行参数和模式，实现供暖效果和经济性的最优化。
【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）。
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。
太阳能系统与地源热泵系统联合供热
太阳能系统与地源热泵系统联合供热太阳能系统与地源热泵系统联合供热的原则是；以地源热泵系统为主，太阳能系统为辅助热源，但在运行控制上要优先采用太阳能，并加以充分利用。
在供热运行模式下，北区试验区域采用的散热器采暖系统与办公区域采用的地面辐射采暖系统串联运行，以提高太阳能的利用率。
（一）太阳集热系统北区采用140m2平板型太阳集热器，采用太阳能与建筑一体化技术，使太阳集热器与建筑完美结合。
本示范工程将太阳集热器设置在建筑的南立面上，与玻璃幕墙融为一体，这样既丰富了建筑的立面效果，又起到了利用太阳能的作用。
北区冬季热负荷大于夏季冷负荷，可以采用太阳能辅助供热，解决地下的热量不平衡问题，提高地源热泵系统的运行效率。
在北区，太阳能除冬季与地源热泵系统联合供热外，其它季节，在不供热时，采用季节性蓄热技术将热量储存在蓄热水池中，供冬季采暖使用。
（二）联合供热方案比较太阳能系统与地源热泵系统联合供热的方式有两种：并联和串联方式。
并联方式示意图如图1所示：图1 太阳能系统与地源热泵系统并联供热方式串联方式示意图如图2所示：并联运行模式与串联运行模式相比，存在以下弊端：（1）当太阳能系统与地源热泵系统同时运行时，系统的循环水量为两者之和，太阳能系统能否直接供热，直接影响系统的循环水量，进而影响热泵机组的可靠性。
（2）在并联运行模式下，当T g温度低于50℃时，太阳能不能被直接利用，只能去加热土壤，提高热泵机组蒸发器侧的温度。
而在串联模式下，当T g温度低于50℃，而高于40℃时，可以与地源热泵机组串联运行，充分提高地源热泵机组的COP值。
基于串联运行模式的优点，本示范工程采用串联运行模式。
其运行策略为：在供暖初始时，由于采用了季节性蓄热的技术，同时，在室外温度较高的情况下，采暖负荷较小，此时，经过太阳能加热后的供水温度T g较高，若温度高于50℃，则利用太阳能直接采暖；若供水温度低于48℃，并且高于40℃，则太阳能采暖系统与地源热泵系统串联运行，即经过太阳能加热后的水再经过地源热泵系统提升（达到50℃）后，供给末端。
太阳能耦合地源热泵补热系统
专利名称：太阳能耦合地源热泵补热系统专利类型：实用新型专利
发明人：王国良,刘兵,刘泽康
申请号：CN202121965665.8
申请日：20210820
公开号：CN215637464U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了太阳能耦合地源热泵补热系统,包括太阳能集热单元、地源热泵机组和散热单元，太阳能集热单元包括太阳能集热器和蓄热水箱，二者连接成循环的闭合回路。
地源热泵机组包括地源热泵和埋设在地下的地埋管换热器，蓄热水箱、地源热泵和地埋管换热器连接成循环的闭合回路，于蓄热水箱和地源热泵相连的蓄热水箱回水管和地埋管换热器的供水管间并联有一根带控制阀一的转换管。
散热单元与地源热泵连接接成循环的闭合回路。
其中蓄热水箱呈上下的分体式结构。
该系统连接简单，可实现春、夏、秋跨季节对地下补热，实现地下土壤的热平衡，保证地源热泵机组在冬季采暖时运行稳定。
将箱体上下分离后，便于对蓄热水箱进行清洗。
申请人：河北博纳德能源科技有限公司
地址：052260 河北省石家庄市晋州市纺织工业园
国籍：CN
代理机构：石家庄开言知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：赵俊娇
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太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究
太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究贾子龙;郑佳;张耀斌;陈珂;刘爱华;李娟【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2024(52)1【摘要】为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。
结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10^(9)kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10^(9)、1.084×10^(10)kJ。
因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。
地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。
【总页数】9页(P159-167)【作者】贾子龙;郑佳;张耀斌;陈珂;刘爱华;李娟【作者单位】北京市地热调查研究所;自然资源部浅层地热能重点实验室;中国地质大学(北京)水环境与资源学院【正文语种】中文【中图分类】P314;TU831【相关文献】1.基子徽细通道集热／蒸发器的太阳能热泵热水系统性能模拟与实验研究2.太阳能集热器与热泵联合供暖装置的实验研究3.地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究4.不同散热末端下直膨式热泵供暖系统热舒适性的实验与模拟研究5.利用光伏太阳能—热泵储热联合运行供暖系统研究——以张家口为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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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。
2.1换热井群形状设计
一般采暖面积＜2000m2的项目，换热井数量相对较少，小型换热井群周围蓄热空间庞大，一般不考虑井群形状。
数量超过50口以上，且较集中的换热井群，需注意井群形状问题。
一般换热井群俯瞰以细长状为宜，外形为L、T 或X 型均可。
最大限度减小换热井群数量，
避免大型换热井群堆积造成井群中心出现低温度区。
如图5所示。
2.2地下能量失衡及解决方法
由于大地传热性惰性较大，温度降低或上升不能短时间内回复原来温度范围，采暖项目在冬季利用热泵技术提取地下热能，春、夏、秋季为地下热能恢复期，一般中小型工程只要换热井数量设计充足，在经过三季漫长过程中是可以回复原来温度范围的。
增加夏季制冷功能，该功能是向地下放热过程，有利于地下温度恢复。
大中型采暖项目，特别是冬季采暖期远长于夏季制冷期，长时间提取地下热能，部分地区会出现地下热能失衡现象，地下不丰富流层地质尤为突出，换热井群形成局部低温环境。
几年后容易造成热泵运行费用剧增，甚至无法正常运行。
我国北方采暖期长于制冷期，地下热能失衡是无法避免的。
除了合理的设计换热井的距离、数量及井群形状之外，还可以利用太阳能跨季节蓄热技术来弥补地下亏损热能。
太阳能跨季节蓄热技术已成熟，他不仅可以解决现有的地源热泵地下失衡问题，还可以为早期因地下热能失衡问题失败的地源热泵案例恢复其功能。
不过为地下补充热量也应经过严格计算，地下补热过盛也是热量失衡的表现，由于地源热泵设备对热源要求温度不能过高，所以太阳能补热温度太高也会造成热泵设备不能正常工作。
如图6所示。
3结论
在采暖季长于制冷季的地区，利用地埋管式换热系统的采暖技术，最严重的问题就是地下热量失衡。
它会使井水温度过低，热泵机组运
行效率低下甚至无法运行。
地下热量失衡地区一般地质相对闭塞，地下流体不活跃及流体分布少甚至没有流体，地质相对湿度较小，这种地质做地源项目容易发生地下热量失衡问题，可此种地质对采用太阳能跨季节蓄热技术是有利的。
该技术已为几家前几年运行的因地下热量失衡问题无法正常运行的地源热泵系统，增加了跨季节蓄热功能，彻底解决了热量失衡问题。
跨季节蓄热技术太阳能集热面积概算：根据当地采暖季与制冷季相差天数，计算多出天数的负荷应为每季所需补充热量。
太阳能产出热能计算：夏季约600W/（m2/h）；春、秋季约300W/（m2/h）。