试论地源热泵的适用性

1、试论地源热泵的适用性摘 要：本人结合自身的日常工作经验，针对地源热泵适用性进行论 述，累能够给同行业人员有参考性的建议。关键字：地源热泵；适用性；设计中图分类号：p634. 3+2文献标识码：a文章编号：土壤源热泵科学技术方面的适用性关键决泄于其处于地表土壤的温 度、建筑物负荷状况、地质状况以及是不是具有足够的土壤换热器施工现 场。适合的冬夏都能够运用土壤的温度、较小却稳定的冷暖负荷、比较少 的风化岩石和富含流动性好地下水的地质情况是选用土壤源热泵的最佳 条件。很难得到足够的土壤换热器施工面积是土壤源热泵关键性的限制因 素。1 土壤温度适合的土壤温度是土壤源热泵实施的基本条件，针对土壤源热泵系

2、统 土壤换热器内循环流体温度与土壤温度保证10°c温差是较为有利的，14 18°c的土壤温度既在夏天足以替代冷却塔作为热泵机组的冷却系统，在冬 天也可以在不添加防冻剂的条件下作为热泵的低位热源使用。高于20°c的 土壤温度用于持久制冷的潜力较小，因为其土壤温度在地源热泵运行持续 一段时间达到稳定后土壤换热器周围的土壤温度己经高于常规冷却塔系 统，这会造成土壤换热器内循环流体能获得的温度差急剧减小，而导致热泵机组效率和出力下降。而低于7°c的土壤温度虽有利于制冷但为避免土 壤冻结制热能力会受到限制，在寒冷地区的土壤源热泵必须为土壤换热器 循环水添加乙二醇等

3、防冻剂，此时的热泵机组效率也会有较大下降，同时 上壤换热器数量和占地面积都会有较多增加。2建筑物负荷高能耗建筑釆用土壤源热泵系统不合适。土壤源热泵系统比常规热泵 机组增加了土壤换热器部分，每kw冷量造价要增加1000元左右。对于有 洁净要求（新风负荷增大）、高除湿要求或较低空调设定温度等要求的高负 荷建筑物采用地源热泵是不经济的，较多的土壤换热器也会给布置带来困 难。对于只有单纯制冷或供暖需求的建筑物采用地源热泵，不能发挥热泵 冬夏两用的优势，增加的初投资难以收回。地源热泵较适合的建筑物类型 是负荷波动小，使用稳定的中等规模多层住宅、会所、酒店，可以采用的 建筑物类型是办公楼、别墅，不适宜使用

4、在负荷随机性高或负荷较大的会 堂、剧场、工艺车间等建筑物。另外在住宅、会所、酒店和游泳池等冇生 活热水需求的地方将生活热水集成到地源热泵系统内，也是比使用燃料加 热经济的选择。土壤源热泵的规模不宜过大或过小，每个系统300050000 m2较为合适，过小的系统因无法考虑空调系统的同时使用系数而相对初 投资较高，系统利用率较低，过大的系统土壤换热器水系统距离过远，输 送功耗增大、水力平衡变的更加困难。3地质情况大多数城市的地质情况可以采用土壤源热泵，但也可能在部分地层碰 到砾石、微风化泥岩和花岗岩等土壤换热器钻孔施工的死敌，这些坚硬的 地层会极大增加土壤换热器钻孔成木和周期。较厚的沙质地层也会增

5、加土 壤换热器钻孔施工完成前钻孔塌方的可能性，施工中需耍进行有针对性的 泥浆护壁处理。材料一定的土壤换热器换热性能主要影响因素包括：地下 土壤温度分布、地下水含水情况及其迁移速率、土壤的导热系数和导温系 数、土壤换热器间距、回填材料特性、循环水水量水温和水流速度。其中 前三项对于具体项目而言是受地质情况决定的确定值，只能适应不能调 整，后三项可以通过设计加以控制。虽然土壤源热泵的适用性很高，但土 壤换热器的性能在不同地质条件下差别较大，这主要体现在一些土壤特性 的差别上。土壤的导热系数指在单位温度梯度下，单位时间内通过单位土 体的热量，是表示土壤导热能力的指标。土壤导温系数又称热扩散系数， 指

6、土壤中某一点在其相邻点温度变化时改变口身温度能力的指标，在数值 上等于导热系数与容积热容量的比值，是土壤源热泵启动时非稳态导热阶 段的重要数据。含水率表示单位土壤屮水所占的体积比，孔隙率是指孔隙空间占土壤 总容积的比例，饱和度指土壤的孔隙空间中被水占据部分所占的比例，土 壤含水率是孔隙率和饱和度的乘积。土壤源热泵理想的地质条件是较高的 导热系数、热容量高、较高的土壤含水率及迁移速度。虽然一般而言各类 岩石的导热系数最大，砂土次之，黏土最小，但由于岩石孔隙率低导致含 水量低，因此岩石用于土壤换热器的换热持久性最差，黏土次之，砂土最 好。这是由于土壤和岩石的比热远小于水的比热，一般常见的岩石比热大

7、 约是0.84 kj/kg?,而水的比热是4. 19 kj/kg?,干土壤的比热为1.6 kj/kg?,单位水体中可以储存的温差能约是干土壤的122.3倍，岩石 的5倍。因此土壤中含水量的高低对土壤源热泵的效果有明显的影响，土 壤中水份的迁移还对过渡季节空调系统停止运行后地下土壤温度的自然 恢复至关重要。4占地面积分布土壤换热器需使用很人的面积是限定土壤源热泵人范围使用的 一个关键性的因素，对于最佳状态地质状况和当下最深的土壤换热器钻 孔，每kw冷量平均需要24 m2的地表面积用于布置土壤换热器钻孔， 虽然可采用复合式系统减小土壤源热泵承担的负荷，但空调负荷较大时需 要的土壤换热器布置面积仍是一个巨大的数字，在城市屮心区的高层建筑 一般难以具备条件，而统一规划的小区则容易具备这一要求。为了增加土 壤源热泵所能提供的空调负荷，除了尽可能利用绿化、道路、广场等设施 下进行土壤换热器布置外，述应该增加对建筑物基础下空间的利用