問：如何解決地源熱泵埋管系統(tǒng)的熱平衡？地源熱泵系統(tǒng)在使用地區(qū)不同，冷熱負(fù)荷差異比較大，而引起系統(tǒng)排熱和吸熱量不等。在使用幾年后，地埋系統(tǒng)出水溫度會(huì)與設(shè)計(jì)偏離，有什么辦法可以解決？

答：地埋管設(shè)計(jì)的本質(zhì)是控制熱泵機(jī)組水源側(cè)回水溫度，滿足熱泵機(jī)組節(jié)能的條件。正確計(jì)算的前提之一是做熱響應(yīng)測(cè)試，測(cè)試土壤的熱物性，其次是利用相關(guān)軟件計(jì)算。解決地埋管系統(tǒng)熱平衡的本質(zhì)也是為了控制熱泵機(jī)組水源側(cè)回水溫度，只是前者著眼現(xiàn)在，后者著眼在未來。地埋管要根據(jù)房間面積、群集系數(shù)和散熱系數(shù)等多個(gè)條件算起，相當(dāng)復(fù)雜，且也不那么的準(zhǔn)確，最好是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，材料浪費(fèi)是在所難免的。

正確的設(shè)計(jì)過程為:冷熱負(fù)荷計(jì)算，熱物性測(cè)試，埋管量計(jì)算，熱平衡計(jì)算，每一部都需要專用軟件，故比較復(fù)雜。

網(wǎng)友意見：

地源熱泵歸根結(jié)底是把大地用作儲(chǔ)能設(shè)備，所謂的制冷機(jī)組系統(tǒng)可以類比作能量泵，即夏季由能量泵將熱量?jī)?chǔ)存到地下，冬季由能量泵江夏季儲(chǔ)存的熱量提取出來采暖！這樣理解即出現(xiàn)了焦點(diǎn)問題：儲(chǔ)存的熱量和提取的熱量之間如何實(shí)現(xiàn)平衡？就國內(nèi)而言，由于緯度位置的關(guān)系，全部屬于夏季儲(chǔ)存的熱量一定大于冬季提取的熱量的正值區(qū)域(即便是北方地區(qū))，也就是需要解決多存儲(chǔ)到地下的熱量！否則就將產(chǎn)生地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行效果逐年下降！

據(jù)此，努力的方向或者研究的目的就是：1、各種不同的土質(zhì)以及土質(zhì)不同含水量的蓄熱能力、導(dǎo)熱性能！據(jù)此確定滿足冬季采暖需求所需要的蓄熱土壤容積，也就確定了地源盤管；2、夏季將用于冬季采暖用的熱量?jī)?chǔ)存到地下后導(dǎo)致的土壤溫度變化以及相逆過程(冬季采暖從土壤中取熱導(dǎo)致的土壤溫度的變化)，同事這種變化對(duì)地下土壤造成的影響的定性、定量研究(國內(nèi)目前地源熱泵忽略這部分的研究，基本盲目地在攫取地下儲(chǔ)熱功能)；3、夏季冷負(fù)荷中扣除1中儲(chǔ)存于土壤中用于冬季采暖部分的熱量的余值即是需要另辟蹊徑解決的排放問題！目前而言，冷卻塔是首選，由上述差值作為選型依據(jù)！

這樣的設(shè)計(jì)思路：1、解決了土壤作為蓄熱設(shè)備的蓄熱、供熱的平衡，對(duì)于地質(zhì)沒有影響，對(duì)于系統(tǒng)保持平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，提供持續(xù)平穩(wěn)的空調(diào)、采暖效果；2、雖然仍配置冷卻塔，但冷卻塔已經(jīng)減小了好多，降低了空調(diào)系統(tǒng)對(duì)大氣環(huán)境的影響！

因此，地源熱泵系統(tǒng)未來的研究相信將集中在各種土質(zhì)土壤以及各種土質(zhì)土壤不同含水量情況下的蓄熱能力、導(dǎo)熱性能的研究！雖然這些數(shù)據(jù)理論上應(yīng)為定值，但一是需要試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，二是需要實(shí)踐檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，然后才是具體的實(shí)際應(yīng)用！

行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，空調(diào)可持續(xù)穩(wěn)定提供空調(diào)效果，這是基本原則！只是利益 成本迷離了行業(yè)內(nèi)的有志于此的從業(yè)者的眼睛！也許只有等到大地發(fā)怒的那天可憐的我們才有機(jī)會(huì)站上真正研發(fā)這些的舞臺(tái)！

常見的幾種解決方法：

由于我國南北方氣候差別很大，北方寒冷，冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷；相反南方炎熱，夏季負(fù)荷遠(yuǎn)大于冬季負(fù)荷，所以在我國部分地區(qū)單一的使用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致土壤的冬夏季不平衡性從而影響土壤熱環(huán)境。合理地設(shè)置土壤熱泵輔助系統(tǒng)不僅可以解決土壤熱平衡問題，甚至可以額外節(jié)約能耗或節(jié)省安裝運(yùn)行費(fèi)用。

1.冷卻塔補(bǔ)償系統(tǒng)

對(duì)于南方地區(qū)，夏季炎熱冬季暖和則系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必然導(dǎo)致夏季排放的熱量遠(yuǎn)大于冬季吸收的熱量。系統(tǒng)運(yùn)行一年后積累的熱量會(huì)引起土壤溫度逐年上升，使熱泵機(jī)組制冷效率嚴(yán)重降低。建立冷卻塔地埋管地源熱泵混合系統(tǒng)(見圖1)，使夏季冷凝放熱一部分埋入地下，以備冬用，一部分通過冷卻塔釋放冷凝熱量，這一系統(tǒng)適用于夏季負(fù)荷高于冬季負(fù)荷的長(zhǎng)江中下游地區(qū)。夏季通過埋地?fù)Q熱器釋放給土壤的熱量與冬季從土壤的取熱基本持平，從而獲得土壤熱平衡。

該混合系統(tǒng)的初投資增加了冷卻塔系統(tǒng)的費(fèi)用，但由于減少了埋地?fù)Q熱器的面積，整個(gè)初投資費(fèi)用不一定增加（視施工區(qū)域地質(zhì)情況而定）。運(yùn)行費(fèi)用增加了冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用，但從整個(gè)系統(tǒng)的總能耗來分析，系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用不一定比單一的地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高（視冷卻塔配置量而定）。

2.太陽能輔助系統(tǒng)

與南方地區(qū)相反，北方地區(qū)特別是東北地區(qū)，冬季寒冷，夏季溫和，其冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷，則熱泵長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后，由于吸收的熱量遠(yuǎn)大于夏季排放的熱量，必然會(huì)導(dǎo)致土壤的溫度降低，從而造成冬季埋管換熱器的進(jìn)、出水溫度較低，地埋管地源熱泵機(jī)組循環(huán)性能提高受到限制。增加太陽能系統(tǒng)作為地埋管地源熱泵輔助熱源的措施，不僅有助于改善系統(tǒng)運(yùn)行工況，降低系統(tǒng)總投資，同時(shí)可以調(diào)節(jié)土壤熱平衡。

我們采用圖2所示的太陽能輔助加熱器，使得冬季熱泵吸收的熱量一部分來自太陽能。太陽能是人類可利用的、安全、無污染、可再生、最豐富的免費(fèi)能源，利用太陽能作為輔助能源，是解決寒冷地區(qū)土壤熱平衡的較好方法之一。

3.熱水回收系統(tǒng)

電熱水器用來加熱熱水所需的能量全部來自電能，其能耗太高；傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴鲿?huì)隨著燃?xì)鈨r(jià)格上漲趨勢(shì)而增加使用費(fèi)。熱回收技術(shù)是通過換熱器回收制冷機(jī)產(chǎn)生的冷凝熱，用于加熱生活用水的一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)。熱回收技術(shù)不僅充分利用制冷系統(tǒng)的廢熱，減少了排放至環(huán)境的廢熱，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱水供應(yīng)技術(shù)，同時(shí)由于使得進(jìn)入土壤的排熱減少，是土壤熱平衡解決方法之一。

4.廢熱輔助地耦系統(tǒng)

在寒冷地區(qū)，如果有條件，冬季可以利用生產(chǎn)生活廢熱和污水處理廢熱來輔助地埋管地源熱泵系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展，將生產(chǎn)生活中的廢熱很好地利用起來，對(duì)于改善城市環(huán)境、節(jié)約能源具有重要意義；同時(shí)改善了土壤的熱平衡問題，提高了地埋管地源熱泵效率，使其可以長(zhǎng)期、持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

5.其他

為解決土壤熱平衡問題，我們還可以優(yōu)化埋地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)加大埋管間距，以減緩?fù)寥罍囟鹊纳呋蚪档停黾拥芈窆艿卦礋岜玫氖褂媚晗蕖Ａ硗猓嗫稍谙到y(tǒng)后期運(yùn)行方面加以管理，間歇運(yùn)行地源熱泵系統(tǒng)，以期地下土壤溫度場(chǎng)的恢復(fù)和平衡，改善地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況。

結(jié)語

綜上所述，在寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)，地埋管地源熱泵系統(tǒng)均可以良好的應(yīng)用。為了更好地解決地源熱泵系統(tǒng)熱平衡問題，對(duì)于南方地區(qū)可以加冷卻塔，而對(duì)于冬天溫度相對(duì)冷的北方可以加太陽能輔助器，用生產(chǎn)生活的廢熱或污水處理產(chǎn)生的廢熱來做輔助設(shè)備，增加熱回收器，以實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。另外還可以把熱泵系統(tǒng)在夏季產(chǎn)生的廢熱用在其它加熱設(shè)備上以減少用戶的開支，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。這些措施將會(huì)使地埋管地源熱泵系統(tǒng)在節(jié)能、環(huán)境保護(hù)和高效方面體現(xiàn)更大的優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)地埋管地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。