紀(jì)懷忠

(山西國(guó)瑞房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西太原 030006)

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對(duì)恒定的特性，通過深埋于建筑物周圍的密閉管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成能量交換的空調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)冬季從土壤中取熱通過熱泵機(jī)組向建筑物供暖，夏季將建筑物內(nèi)的熱量排放到土壤中，從而使建筑物降溫達(dá)到制冷的目的，它以土壤作為熱源和冷源，通過高效熱泵機(jī)組向建筑物供熱、供冷和提供生活熱水實(shí)現(xiàn)三聯(lián)供。高效熱泵機(jī)組的能效比一般能達(dá)到4.0 kW/kW以上，與傳統(tǒng)的冷水機(jī)組加鍋爐的配置相比，全年能耗可節(jié)省40%左右，此項(xiàng)技術(shù)初投資偏高，較冷水機(jī)組加鍋爐配置和直燃機(jī)配置造價(jià)高出2倍左右，供冷時(shí)，省去了冷卻塔，避免了冷卻塔的噪聲及霉菌污染，可節(jié)約用水量，運(yùn)行費(fèi)用低，不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、煙塵，節(jié)能環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)有害氣體零排放，屬清潔能源，環(huán)境效益顯著，在北方地區(qū)有廣闊的利用空間。拿某公司開發(fā)的住宅小區(qū)實(shí)際應(yīng)用情況分析來(lái)看，應(yīng)用土壤源熱泵技術(shù)還有其一定的局限性，前期調(diào)研工作和相關(guān)對(duì)土壤的實(shí)驗(yàn)工作不可缺少，要研究分析并將其融合到設(shè)計(jì)方案中，地埋管換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算是地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)所特有的內(nèi)容，由于地埋管換熱器換熱效果受巖土體熱物性及地下水流動(dòng)情況等地質(zhì)條件影響非常大，為保證地埋管換熱器設(shè)計(jì)符合實(shí)際，滿足使用要求，設(shè)計(jì)前應(yīng)充分考慮建筑周邊情況，根據(jù)工程勘察結(jié)果評(píng)估地埋管工程的可行性與經(jīng)濟(jì)性、地下水位情況以及建筑容積率和建筑密度等影響。下面我將從幾個(gè)方面分別剖析。

1 土壤源熱泵技術(shù)的適用條件

其適合在北方地區(qū)且需要冬季供暖、夏季制冷同時(shí)使用的場(chǎng)所，比如賓館、寫字樓、商場(chǎng)等采用中央空調(diào)系統(tǒng)來(lái)采暖制冷，雖然冬季從大地土壤中持續(xù)取熱約5個(gè)月，使土壤暫時(shí)損失熱量，但在第二年的春、夏季間歇期可以從土壤源外圍的大地緩慢給其補(bǔ)充熱量。但由于間歇時(shí)間短，往往不能達(dá)到其正常的能量狀態(tài)，以確保為下一采暖季的正常使用提供充足的能量，因此，就必須在夏季制冷時(shí)將建筑物的熱量帶回到大地中去，繼續(xù)給土壤補(bǔ)熱，雖然制冷時(shí)間約3個(gè)月，比采暖季短2個(gè)月，但加上土壤外圍的自然補(bǔ)熱，還是能保證土壤恒溫的基本需求。另外，土壤源熱泵技術(shù)也適用在低建筑密度、低容積率場(chǎng)所使用。比如，安裝使用中央空調(diào)的別墅，其所服務(wù)的建筑物面積較小，但土壤源地埋管占地面積大，土壤源區(qū)域大地?zé)崃砍渥?，這樣使用效果自然會(huì)很好。最不適用的場(chǎng)所是高容積率、高密度的住宅小區(qū)，且建筑物未安裝中央空調(diào)，或安裝了中央空調(diào)而住戶不常使用，這樣的情況是所有不利條件疊加在一起，由于夏季不能很好的給大地土壤補(bǔ)熱，而冬天又持續(xù)抽取土壤內(nèi)大量的熱量，而大地的熱量因建筑密度大而又不太充足，周邊土壤補(bǔ)熱較慢，會(huì)直接導(dǎo)致冬季采暖效果極差，往往是前面一兩個(gè)月還勉強(qiáng)可以使用，但隨后就從大地中抽取不了足夠的熱量來(lái)滿足地源熱泵主機(jī)正常啟動(dòng)，進(jìn)而使冬季采暖失敗。因此，我們說(shuō)土壤源熱泵技術(shù)并不是適合所有建筑物，而需要因地適宜地選擇性使用。

2 土壤源熱泵技術(shù)初投資大的幾個(gè)組成部分

首先是前期調(diào)研、勘察、試驗(yàn)、論證費(fèi)用的投入，其次是土壤源地埋管施工及配套土建工程費(fèi)用、熱泵機(jī)房及設(shè)備的組成費(fèi)用以及供電費(fèi)用，其中相比傳統(tǒng)供熱方式最大的一項(xiàng)費(fèi)用就是供電量增容費(fèi)用，由于土壤源熱泵機(jī)組的用電負(fù)荷極大，每臺(tái)約需500 kW～600 kW，因此供電負(fù)荷來(lái)源審批以及費(fèi)用都是前期論證階段要充分考慮的因素。

3 有待解決的部分技術(shù)問題

1)如果換熱器埋深過淺，由于土壤上邊部分是變溫層，變溫在整個(gè)埋管深度方向所占的比例大一些，可能會(huì)對(duì)換熱的效果有影響。如埋地過深，超過150 m，換熱量提升會(huì)很小，滿足不了換熱要求，不但會(huì)增加開挖工程量、增加鉆井難度進(jìn)而增加工程造價(jià)，而且運(yùn)行檢修也比較麻煩。所以要進(jìn)一步研究換熱器埋深與土壤及地下水之間的關(guān)系。2)地下水對(duì)地埋管的影響。因土壤中大量的酸堿成分與地下水交融，對(duì)金屬地埋管的腐蝕作用很大，現(xiàn)規(guī)范大多采用的地埋管為聚乙烯(PE)管，聚乙烯(PE)管是一種熱塑性材料，管材本身具有發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛的特性，傳熱性能也會(huì)受到很大削弱。因此，應(yīng)針對(duì)不同的土壤類型研制與之相匹配的埋管材料和專用防腐劑。3)由于土壤的傳熱系數(shù)相比敷設(shè)埋地?fù)Q熱器要小的多，所以會(huì)造成材料的大量消耗，因此選擇使用的經(jīng)濟(jì)性需進(jìn)一步分析。目前因土壤與埋地?fù)Q熱器之間的換熱機(jī)理還不十分明確，埋地?fù)Q熱器的敷設(shè)方式與地源熱泵系統(tǒng)的匹配還需進(jìn)一步探討。

4 土壤源熱泵技術(shù)合理使用技巧

為防止大地能量不能持續(xù)穩(wěn)定供給，我們可以在設(shè)計(jì)階段考慮匹配一定數(shù)量的配套輔助熱源。比如:燃?xì)忮仩t可以應(yīng)急，也可在實(shí)際使用過程中讓土壤源熱泵和燃?xì)忮仩t配合使用，利用峰谷電價(jià)差別的這一有利條件，在夜間電價(jià)低位期間，用土壤源熱泵機(jī)組供暖;白天電價(jià)高位時(shí)，使用燃?xì)忮仩t供暖;夜間讓大地能量有休整補(bǔ)充的余地，這樣可以保證使用效果，并且降低運(yùn)行成本費(fèi)用。另外，將機(jī)組內(nèi)部及機(jī)組與系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，可根據(jù)室外溫度變化及室內(nèi)溫度要求控制機(jī)組啟停，并控制機(jī)組出水溫度和回水溫度，達(dá)到最佳節(jié)能效果，同時(shí)節(jié)省了人力、物力，也可降低運(yùn)行費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

土壤源熱泵是利用地下土壤能源資源來(lái)進(jìn)行供暖制冷的一種高效、節(jié)能、環(huán)保型空調(diào)技術(shù)，屬可再生能源利用技術(shù)，對(duì)其的研究已越來(lái)越受到重視，隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，土壤源熱泵技術(shù)日益成熟，在我國(guó)的北部地區(qū)可因地制宜選擇性使用，其夏季制冷效果尤其突出，且夏季制冷的運(yùn)行成本相比其他制冷方式更低，冬季供暖比燃?xì)忮仩t和直燃機(jī)供暖成本低，而略高于集中供熱運(yùn)行成本，但因其初投資較大，為達(dá)到廣泛推廣，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益，利國(guó)利民的目的，應(yīng)得到政府相關(guān)優(yōu)惠政策的支持。