地源热泵系统实际应用中运行问题的解决方案

地源热泵系统实际应用中运行问题的解决方案

摘要：科学技术的发展迅速，我国的各行各业的发展也有了改善。当前，我国

建筑能耗已经占全国总能耗的25%以上，国家倡导做好建筑节能工作就是要通过

消耗较少的能源来促进经济的增长，这些在我国目前的可持续发展战略中是一项

十分迫切的任务。近几年里，我国的绿色建筑评价标准逐年上升，地源热泵空调

系统与常规的供热系统相比较，是一种可再生的能源利用技术，具有高效节能、

稳定可靠、无环境污染、维护费用低、使用寿命长等优点，是一种既可以制冷又

可以供暖的新型的空调系统。目前可再生能源代替常规能源也是大势所趋，所以

地源热泵作为一个常用的绿色建筑技术，其发展的前景是非常可观的。

关键词：地源热泵系统实际应用；运行问题；解决方案

引言

能源革命、低碳能源、清洁供暖目前已经成为我国能源战略的重要组成部分。根据《能源发展“十三五”规划》预测结果，“十三五”期间，我国的天然气和非化

石能源的消费增量将达到煤炭消费增量的3倍，约占能源全部消费增量的68%。

面对严峻的能源危机，国家大力支持低碳清洁能源的开发和利用，建筑行业领域

也迎来能源革命。在建筑领域，地源热泵系统作为一种使用清洁能源的采暖（制冷）系统，可以利用少量的高位能（一般为电能），将浅层的地热能转化为高位

热能。地源热泵主要是将土壤所储藏的庞大太阳能作为热源，通过热泵系统进行

能量的相互转换，是一种实用的节能技术。我国地域广阔，四季分明，南北方气

候具有明显的差异，太阳能在地域上分布不均衡。北方地区冬季气温低且持续时

间长，供暖需求极大。目前只有北京等少数地区采用天然气供暖，北方大部分地

区仍然以燃煤供热为主要采暖方式。燃煤采暖会生成大量温室气体，其对环境破

坏极大。地源热泵不使用煤炭作为主要供能方式，而是利用少量清洁的电能，从

土壤中取热，进行供热的能量转换。过去，大气温度偏低，传统的空气源热泵制

热效率就会降低，而地源热泵消除了这一缺陷。南方夏季时间长，制冷需求比较大，与中央空调相比，地源热泵的制冷效率更高。

1地源热泵系统的问题

地源热泵作为新型空调技术，其应用对象包括学校、住宅小区、企业和各类

公共建筑。但是，在地源热泵系统的普及和发展过程中，有些人过多追求发展速度，导致实际应用存在较多问题。

1.1设计地下换热器及计算换热量的问题

在设计地源热泵地下换热器时，由于环境和系统的复杂性，采用的土壤层特性、建筑冷热负荷、热容量和温度分布规律等参数缺乏准确性，容易使得系统规

模大于实际需求，增加初始设备投资，或者系统规模过小，无法满足建筑采暖制

冷需求。目前，地源热泵的设计和应用更多局限在理论方面，没有很好地将理论

与工程实际相结合。工程上，地埋管换热器设计更多地以每延米换的热量为依据，确定钻孔数量。实际上，地埋管换热器的设计埋管容量应该考虑气候、建筑物类型、冷热负荷均衡性、钻孔几何参数和布置形式等多种因素的影响。同时，换热

器的负荷不断变化，而仅仅采集几十个小时的吸放热试验数据来确定地埋管换热

器的实际换热能力显然是不科学的。

1.2冬夏季节的热量失衡问题

我国北方地区季节差异明显，全年冷热负荷差异较大，从整体来看，系统吸

收土壤的热量大于向土壤排出的热量。这种不平衡的吸热与排热会造成土壤温度

逐年降低，产生“冷堆积”现象。相反，南方地区建筑物对冷负荷的需求较大，夏

季室内空调系统和制冷机组等设备会产生大量热量，使得夏季热泵机组的产热量

远大于冬季室内所需的热量，会导致热积累问题。不论是“冷堆积”还是“热积累”，都是系统的热失衡问题，都会导致热泵机组的运行效率下降。

2地源热泵系统实际应用中运行优化

2.1控制管理系统降耗

地热源泵系统在操作管理上的节能降耗也不容忽视。在地源热泵系统中，空

调泵与地源泵相关设备的节能运行的管理是非常重要的。热泵机组应该进行节能

的管理，减少热泵机组工作的台数，以此来提高热泵机组使用的效率，同时还要

根据环境的温度，合理调整热泵机组回水的设定温度。可以根据室外温度适当调

整机组的回水温度，这样就可以降低机器整体的耗能，避免出现频繁启动主机的

情况。在循环水泵运行的时候，应该严格的控制地源泵开启的数量，保证其与机

组需要用的流量与热量指数相匹配，避免出现地埋管内流速度太低，导致换热率

下降的情况。另外，在空调循环泵的系统中可以采用变频的方式，降低循环泵的

耗电量。

2.2换热器保养降耗

地源热泵机组在运行过程中对换热器的维护保养要求非常高，也是困扰我们

多年的技术难题，解决好换热效率的问题，在检验设备能否正常达到节能降耗中

起到关键的作用。以地埋管地源热泵为例，地埋管式地源热泵系统的冷冻水（和

热水）、冷却水在循环使用过程中，设备换热器侧及冷却塔填料上形成了一层污

垢及微生物。污垢及微生物会加速机组的腐蚀影响换热效率，并给地源热泵系统

机组的安全运行带来危害，而这些问题的存在，会直接影响地源热泵系统的使用

效果。为了提高系统的换热效率，防止或减少对机组部件腐蚀，除去这些污垢及

微生物，是提高系统换热效率的关键。

对于水质不好的地区，需要每年定期对地源热泵机组换热系统、地藕侧系统、空调侧系统的管网先进行排污冲洗再添加化学药剂进行清洗，两种清洗方式相结

合的全面清洗能够达到除垢灭菌、提高换热效率、增加制冷量，延长设备使用寿

命的效果。系统的清洗方法主要包括物理清洗和化学药液清洗两种，物理清洗针

对污垢粘泥和水垢较轻的设备，化学清洗针对粘泥藻类附着严重，结垢严重的设备。

化学清洗流程主要有机组运行状态下清洗和停机清洗两种方式，机组运行清

洗主要是将清洗剂（粘泥剥离剂，预膜钝化剂，除垢剂，消泡剂等）按照稀释比

例配比完成后，注入系统，利用系统循环泵进行循环清洗，这种清洗方式优点是

机组可以不停机，不影响机组运行，需要专业人员时刻监测清洗质量防止过度清

洗损坏设备配件等。停机清洗一般是针对换热器的清洗，尤其是冷凝器和蒸发器，冷凝器的清洗过程：关闭冷却水进出口阀门→排气口处添加除垢剂，粘泥剥离剂

等一定比例的混合液浸泡2-5小时→拆开冷凝器前后端盖→清理冷凝器端盖、水

室腔内结垢和锈蚀→用管路清洗机清洗传热铜管管路→清洗完后用清水冲洗，直

到达到铜管内壁光洁无污垢的标准，然后盖好端盖。在对蒸发器清洗时一定区分

好干式蒸发器，钎焊板式蒸发器还是满液式蒸发器，三者结构有很大区别，干式

和钎焊板式只能化学药液清洗铜管外侧附着的粘泥水垢藻类等，不可使用管路清

洗机，满液式则可以。清洗过程与冷凝器清洗类似，清洗中时刻检查水质和蒸发

器的去垢去污情况，做好排污换水工作。清洗时应当打开蒸发器底部的排污阀门

将杂质污泥排出，必要时拆下排污球阀，以增大排污口。清洗后，将排污阀门开