工業(yè)泵網(wǎng) 地源熱泵采暖技術(shù)其節(jié)能環(huán)保性受到廣大用戶的青睞?？墒墙瓴糠值卦礋岜庙?xiàng)目出現(xiàn)了地下熱量失衡的嚴(yán)重問題，給地源熱泵推廣蒙上了陰影，本文針對(duì)此問題進(jìn)行探討，為廣大同仁分享一些解決辦法。

1地下?lián)Q熱鉆井施工

由于各地區(qū)地質(zhì)千差萬別，地下物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)相差懸殊，沒有統(tǒng)一計(jì)算方式，鉆勘探井測(cè)試地質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，只能計(jì)算相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)地質(zhì)放熱系數(shù)，幾乎無法預(yù)算熱泵運(yùn)行多年后結(jié)果，憑借多年的施工經(jīng)驗(yàn)及參考地源熱泵成功案例非常重要。

1.1鉆井間距

地埋管式換熱系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中指出地下?lián)Q熱系統(tǒng)中對(duì)鉆井間距為4~6m，考慮到成本及占地面積，一般工程施工時(shí)鉆井間距≤4m。

換熱井與井之間的地質(zhì)就是蓄熱空間，決定地埋管換熱系統(tǒng)取熱的年限，假如在3年期間換熱井之間溫度短路區(qū)易發(fā)生短路現(xiàn)象，該系統(tǒng)很快進(jìn)入地下溫度失衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)能效比下降甚至無法運(yùn)行。熱泵在冬季長(zhǎng)時(shí)間處在取熱狀態(tài)，每口井周圍溫度在逐漸降低，特別是地下流層不豐富甚至沒有流層的地況，換熱井間距大小直接影響井與井之間溫度短路時(shí)間。如圖1所示。

1.2鉆井群形狀

地下?lián)Q熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員主要考慮便于管網(wǎng)連接及連接機(jī)房距離，大部分采暖工程在鉆井施工時(shí)，把所有換熱井口集中到一起，大型采暖項(xiàng)目需鉆井?dāng)?shù)量非常龐大，地下?lián)Q熱井會(huì)形成井群。特別是圓形或方形井群如果井間距過小容易造成嚴(yán)重取熱不足，井群中心呈擴(kuò)散狀，中心位置溫度區(qū)溫度很低，幾年后可能低于0℃。前幾年運(yùn)行的地源熱泵項(xiàng)目，部分出現(xiàn)井水溫度過低現(xiàn)象，甚至機(jī)組無法運(yùn)行。如圖2所示。

2合格的地埋管式換熱系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，盡量加大換熱井距離，4口井間做不對(duì)稱形狀，井間距需≥4m。大中型地源熱泵項(xiàng)目，地下連接管網(wǎng)龐大，地下主管道間距需≥1m，以減少大量進(jìn)出水主管道間熱量短路現(xiàn)象。管網(wǎng)埋設(shè)深度，北京地區(qū)凍層0.8m左右，管網(wǎng)應(yīng)埋設(shè)在低于凍層以下1m處，盡量減少主管道對(duì)地層的熱損。如圖3、圖4 所示。

2.1換熱井群形狀設(shè)計(jì)

一般采暖面積＜2000m2的項(xiàng)目，換熱井?dāng)?shù)量相對(duì)較少，小型換熱井群周圍蓄熱空間龐大，一般不考慮井群形狀。數(shù)量超過50口以上，且較集中的換熱井群，需注意井群形狀問題。一般換熱井群俯瞰以細(xì)長(zhǎng)狀為宜，外形為L(zhǎng)、T 或X 型均可。最大限度減小換熱井群數(shù)量，避免大型換熱井群堆積造成井群中心出現(xiàn)低溫度區(qū)。如圖5所示。

2.2地下能量失衡及解決方法

由于大地傳熱性惰性較大，溫度降低或上升不能短時(shí)間內(nèi)回復(fù)原來溫度范圍，采暖項(xiàng)目在冬季利用熱泵技術(shù)提取地下熱能，春、夏、秋季為地下熱能恢復(fù)期，一般中小型工程只要換熱井?dāng)?shù)量設(shè)計(jì)充足，在經(jīng)過三季漫長(zhǎng)過程中是可以回復(fù)原來溫度范圍的。增加夏季制冷功能，該功能是向地下放熱過程，有利于地下溫度恢復(fù)。

大中型采暖項(xiàng)目，特別是冬季采暖期遠(yuǎn)長(zhǎng)于夏季制冷期，長(zhǎng)時(shí)間提取地下熱能，部分地區(qū)會(huì)出現(xiàn)地下熱能失衡現(xiàn)象，地下不豐富流層地質(zhì)尤為突出，換熱井群形成局部低溫環(huán)境。幾年后容易造成熱泵運(yùn)行費(fèi)用劇增，甚至無法正常運(yùn)行。

我國(guó)北方采暖期長(zhǎng)于制冷期，地下熱能失衡是無法避免的。除了合理的設(shè)計(jì)換熱井的距離、數(shù)量及井群形狀之外，還可以利用太陽(yáng)能跨季節(jié)蓄熱技術(shù)來彌補(bǔ)地下虧損熱能。

太陽(yáng)能跨季節(jié)蓄熱技術(shù)已成熟，他不僅可以解決現(xiàn)有的地源熱泵地下失衡問題，還可以為早期因地下熱能失衡問題失敗的地源熱泵案例恢復(fù)其功能。

不過為地下補(bǔ)充熱量也應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算，地下補(bǔ)熱過盛也是熱量失衡的表現(xiàn)，由于地源熱泵設(shè)備對(duì)熱源要求溫度不能過高，所以太陽(yáng)能補(bǔ)熱溫度太高也會(huì)造成熱泵設(shè)備不能正常工作。如圖6所示。

3結(jié)論

在采暖季長(zhǎng)于制冷季的地區(qū)，利用地埋管式換熱系統(tǒng)的采暖技術(shù)，最嚴(yán)重的問題就是地下熱量失衡。它會(huì)使井水溫度過低，熱泵機(jī)組運(yùn)行效率低下甚至無法運(yùn)行。地下熱量失衡地區(qū)一般地質(zhì)相對(duì)閉塞，地下流體不活躍及流體分布少甚至沒有流體，地質(zhì)相對(duì)濕度較小，這種地質(zhì)做地源項(xiàng)目容易發(fā)生地下熱量失衡問題，可此種地質(zhì)對(duì)采用太陽(yáng)能跨季節(jié)蓄熱技術(shù)是有利的。

該技術(shù)已為幾家前幾年運(yùn)行的因地下熱量失衡問題無法正常運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)，增加了跨季節(jié)蓄熱功能，徹底解決了熱量失衡問題。

跨季節(jié)蓄熱技術(shù)太陽(yáng)能集熱面積概算：根據(jù)當(dāng)?shù)夭膳九c制冷季相差天數(shù)，計(jì)算多出天數(shù)的負(fù)荷應(yīng)為每季所需補(bǔ)充熱量。太陽(yáng)能產(chǎn)出熱能計(jì)算：夏季約600W/（m2/h）；春、秋季約300W/（m2/h）。