戴剛

山東省煤田地質(zhì)局第四勘探隊(duì) 山東濰坊 261206

陸上熱泵技術(shù)利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行供暖或制冷，具有節(jié)能、清潔和可再生能源等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已得到廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)踐中，存在一些問(wèn)題，例如需要足夠的面積來(lái)鋪設(shè)埋管，以及鉆井費(fèi)用高昂，從而在一定程度上限制了其應(yīng)用。埋地源熱泵系統(tǒng)可根據(jù)埋管位置分為鉆桿式埋管和樁式埋管兩種。其中樁是安裝在建筑物混凝土樁上的埋管熱交換器用的絞車(chē)管，用于與建筑物結(jié)構(gòu)相結(jié)合的目的。在建筑結(jié)構(gòu)中使用的是混凝土樁，而在建筑結(jié)構(gòu)中使用的是混凝土樁式管與傳統(tǒng)的換熱器相比，樁管在建筑物地基中采用較好的混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，在建筑物地基和地下巖體之間采用較大的換熱面積，從而提高地下?lián)Q熱器的換熱性能。

1 地源熱泵簡(jiǎn)介

地源熱泵系統(tǒng)主要由內(nèi)回路、地源熱泵機(jī)組、地表水換熱器等組成。內(nèi)回路由一組陸源熱泵連接，其中有一個(gè)冷凝器和蒸發(fā)器，熱替代表面的表層溫度隨室外溫度變化，而地下一定深度的溫度保持恒定，不受外界干擾當(dāng)陸源熱泵在夏季運(yùn)行時(shí)，將熱量傳遞到地表水換熱器進(jìn)行熱交換，地面吸熱溫度升高，儲(chǔ)存起來(lái)供冬季使用，由地表水換熱器進(jìn)行交換，儲(chǔ)存的熱量提供給熱泵機(jī)組使用。其目的是利用地下土壤特性將自然資源用于節(jié)能目的，這是一種不受環(huán)境污染的可再生資源，具有廣泛的范圍和可靠的運(yùn)作[1]。

2 地源熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀

地源熱泵技術(shù)是一種利用可再生能源的空調(diào)技術(shù)。因其兼具節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)而被給予厚望，尤其是建筑等熱源需求量較高的領(lǐng)域。在污染相對(duì)嚴(yán)重、能源使用效率相對(duì)較低的北方地區(qū)，地源熱泵技術(shù)更是作為“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的重要舉措，而被納入能源安全保障的范疇。我國(guó)自20世紀(jì)90年代發(fā)展地源熱泵技術(shù)以來(lái)，歷經(jīng)最初的起步和推廣階段，現(xiàn)已突破基礎(chǔ)技術(shù)瓶頸。如地源熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)節(jié)能中的應(yīng)用即已解決了關(guān)鍵的熱堆積現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)有效技術(shù)突破。隨著地緣熱泵技術(shù)相關(guān)理論、技術(shù)與配套產(chǎn)業(yè)的逐步完善與國(guó)家政策的扶持，地源熱泵正朝區(qū)域性、規(guī)模化和熱源多元化的方向飛速發(fā)展，在包括鐵路界的各行各業(yè)都形成了廣泛應(yīng)用。但如何實(shí)現(xiàn)基層化改造，仍是有待深入探究的話題。

3 地源熱泵技術(shù)在鐵路基層站段供暖環(huán)保改造中的應(yīng)用

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。在分析本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案時(shí)，提出了以下兩點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議：埋地管換熱器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到因取熱不平衡而引起的地面溫度升高或降低埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)全年進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，最小計(jì)算周期應(yīng)為一年。計(jì)算周期內(nèi)，埋管換熱器應(yīng)滿足最大吸熱或釋放要求，系統(tǒng)總熱量釋放應(yīng)與其總吸熱量保持平衡。當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可采用埋管冷源和換熱器使用的輔助熱源或尖端調(diào)節(jié)形式[2]。

（2）空調(diào)水系統(tǒng)。商業(yè)裙房空調(diào)水系統(tǒng)采用二管制一次泵變頻變流量系統(tǒng)。夏季空調(diào)供回水溫度7／12℃，冬季供回水溫度45／40℃?？照{(diào)水系豎直立管異程布置，水平同程布置，局部為異程布置，異程部分采用平衡閥等措施保證水系統(tǒng)的水力平衡?？照{(diào)水系統(tǒng)采用排氣型定壓補(bǔ)水裝置對(duì)系統(tǒng)定壓補(bǔ)水。冷卻水采用旁流水處理器進(jìn)行水質(zhì)處理。

（3）地源熱泵系統(tǒng)方案配置。一座建筑位于安徽省六安市，利用埋源熱泵系統(tǒng)提供夏冬冷供熱，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，應(yīng)利用地?zé)帷L(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源在使用可再生能源不能保證穩(wěn)定性的情況下，必須確定二級(jí)冷卻和熱源?？紤]到魯安市的特殊氣候和地質(zhì)條件，井下熱泵系統(tǒng)是最佳選擇。當(dāng)夏季的預(yù)期冷卻負(fù)荷高于冬季的預(yù)期加熱負(fù)荷時(shí)，地面源熱泵組將根據(jù)夏季的熱負(fù)荷選擇地面源熱泵的類(lèi)型，并考慮選擇2）循環(huán)水泵選型采用以下公式選擇循環(huán)水泵流量：g =0.86（Q0+Q1）TG-th，Q0為陸源水泵組的冷卻量；Q1是地面源熱泵機(jī)組的熱量消耗；Tg和th是冬季和夏季進(jìn)出熱泵的水溫。以夏季用戶端冷水循環(huán)水泵計(jì)算為例，根據(jù)簡(jiǎn)明的空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇符合要求的循環(huán)水泵。

（4）空調(diào)系統(tǒng)安裝。該改造主要分為風(fēng)機(jī)盤(pán)管的安裝與空調(diào)水系統(tǒng)的安裝。風(fēng)機(jī)盤(pán)管安裝的工藝流程主要為：預(yù)檢-施工準(zhǔn)備-吊架制作安裝-風(fēng)機(jī)盤(pán)管安裝-連接配管-檢驗(yàn)?？照{(diào)水系統(tǒng)安裝的工藝流程主要包括：安裝準(zhǔn)備-墻體打孔、預(yù)制加工、防腐處理-干管安裝-立管安裝-支管安裝管道試壓-防腐保溫-管道沖洗等。

（5）壓差旁通控制。在冷凍水供回水管以及冷卻水分集水器之間分別設(shè)置壓差傳感器以及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，將壓差傳感器檢測(cè)供回水管路之間的壓差數(shù)據(jù)送入DDC，再由DDC發(fā)出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)旁通上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保持供回水壓差恒定，保證熱泵機(jī)組穩(wěn)定工作。

（6）系統(tǒng)調(diào)試。室外換熱孔、外管線、機(jī)房設(shè)備及管線等各系統(tǒng)安裝完后，開(kāi)始系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為地源熱泵機(jī)房系統(tǒng)調(diào)試和室外地埋管道調(diào)試。調(diào)試后，可以利用電腦進(jìn)行各類(lèi)操作，主界面菜單上各個(gè)按鈕可引導(dǎo)進(jìn)入其他控制界面。通過(guò)設(shè)置各種參數(shù)，調(diào)試人員確保系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)功能需求，完成對(duì)邯鄲客整所供暖設(shè)施的有效操作。

4 投資條件

對(duì)地方熱泵系統(tǒng)的初步投資將比總計(jì)劃更為重要，盡管初期投資較高，但運(yùn)行壽命可能超過(guò)50年。在促進(jìn)國(guó)家節(jié)能減排的背景下，陸源熱泵的優(yōu)勢(shì)將隨著時(shí)間的推移得到充分發(fā)揮，陸源熱泵技術(shù)將越來(lái)越受到尊重。陸源熱泵技術(shù)是l中最適合冷熱的解決方案。

5 結(jié)語(yǔ)

熱泵機(jī)組比處于制冷或加熱狀態(tài)的空氣泵效率更高的主要原因是，通過(guò)向地下冷卻/加熱源釋放或吸收熱量，減小了熱泵中冷凝器和蒸發(fā)器之間的制冷劑溫差因此，為了提高地面源熱泵運(yùn)行的能源效率，夏季制冷狀態(tài)下地下土壤溫度應(yīng)盡可能低，冬季供暖狀態(tài)下地下土壤溫度應(yīng)盡可能高，從而實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程在理想模型中，地源熱泵系統(tǒng)是夏季降溫作用下傳入地下的熱量等于冬季供暖作用下從地下吸收的熱量。