【摘要】地埋管地源热泵系统对生态环境的影响很大，吸排热的不平衡，会致使热堆积，使系统的性能下降。本文结合了浅层地热的资源性质与地域的特性，对地埋管地源热泵系统存在的问题进行了分析，且提出了相对办法。
【关键词】地源热泵；热平衡；问题；分析
引文：地埋管地源热泵系统利用地表浅层的低焓热能，是不可缺少的利用的技术，具有高效节能、低运行成本、环保等优势。下文介绍了地埋管地源热泵系统，分析了该系统存在的问题，并提出了解决方法。
一、地埋管地源热泵系统简述
地源热泵系统是利用浅层地能进行供热制冷的环保能源利用系统。地源热泵系统通常是转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方，还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季系统把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现节能减排的功能。具有高效节能、稳定可靠、无环境污染、一机多用、维护费用低、使用寿命长、节省空间、实现地热资源循环利用等优点。
二、地埋管地源热泵系统中存在的问题
（1）地埋管地源热泵系统在现场测试中存在的问题：1）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试过程应该模拟土壤源热泵系统的哪一种工况，单独模拟一种工况是否具有足够的代表性；2）如果按照每延米换热量进行系统设计，测试孔的孔数应该如何确定；3）在某一特定工况下测试所得的每延米换热量的数据是否需要做相应的修正以用来作为系统设计的依据，如果需要修正又该如何修正；4）实测过程测试仪器的制热及制冷功率、地埋管换热器内的水流速度该如何确定。
（2）当前每延米换热量法存在着较多问题，即土壤源热泵系统的耦合性，表现在系统实际运行过程中浅层土壤的温度场分布受室外气候因素的影响很大；地埋管部分的进出水温度与建筑负荷之间联系密切，即地埋管部分的实际换热量与建筑负荷的变化直接相关。
（3）无论是原浆自然回填还是机械回填，施工质量的检测即回填密实性的检测都是必须的，但目前还没有检测回填密实性的方法，因此施工技术环节的现场质量验收还无法操作。
（4）地源热泵系统只是将地下含水层、土坡、岩石、卵石作为热泵吸排热的蓄热体，从地质构造上来讲，地下30-300m 间的地层是一个受太阳照射、气温影响、地核导热及对流影响的恒温层，这个恒温层的温度与当地全年平均气温有很好的相关性，但完全不受当地四季气温变化的影响。并且，由于地壳的导热系数小，热容量大，短期内此恒温带的温度恢复不可能由地表太阳照射或深层地热资源来补充。
（5） 土壤热平衡问题带来的危害：根据建筑热工我国可分为 5个区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。巨大的地域差异使得大部分地区的建筑物在一年之中的冷、热负荷相差甚大。而近年来地埋管地源热泵系统的数量和规模不断增加，形式多采用在一定区域密集布置的竖直单U甚至双 U型地埋管换热群，还有利用建筑物地基内的工程桩或灌注桩密集布置地埋管换热器群的新方式，这些密集型竖直埋管的方式虽然能较好地适应中国地少人多的国情，但是也带来地埋管换热器布置范围内的土壤热失衡问题，已经引起了各方面对此技术长期运行效果越来越多的担心。地埋管地源热泵系统周期运行后土壤温度出现上升和下降是土壤热量收支失衡的两种后果，都对系统持续稳定运行不利。Rottmayer S P等相关研究表明，夏季向地下累计释放的总热量与冬季从地下累计吸取的总热量均衡时孔深不随运行时间变化，不均衡时地埋管换热器换热性能下降。
三、地埋管地源热泵系统存在问题的解决方法
（1）在某一特定工况及气候条件下测试得出的每延米换热量，若没有科学合理的方法被修正为设计值，就不能达到利用现场测试来确保设计精确性的目的，这样的测试是没有必要的。通过分析现场测试数据计算出的应是某一相对固定的设计参数，这一参数应不受外界环境因素及系统运行工况的影响或影响较小，否则即使该参数是通过分析实测数据计算所得也必须经过修正。实测得到的每延米换热量不能够直接用于换热器系统的设计，而应首先做科学合理的修正，因此，获取的现场测试数据应被用于计算不受外界环境因素及系统运行工况影响或影响较小的参数，这也就是岩土的热物理参数，包括岩土的导热系数、比热容以及岩土的密度等。
（2）与每延米换热量法不同，动态负荷模拟设计法完全体现了土壤源热泵耦合性的特性，影响地埋管换热器换热量的岩土热物理参数是实地测试得出的，且热物理参数在岩土组成成分一定的前提下是相对固定的，在模拟设计软件中建立的系统模型考虑了建筑负荷及室外气候条件对地埋管换热器的影响。动态负荷模拟设计法更全面地考虑了地埋管换热器系统的影响因素，工程现场实测随时间及测试系统运行工况的变化相对固定的土壤热物理参数，现场实测更加科学合理。在没有科学合理的修正计算方法将每延米换热量的测试值修正为设计值之前，动态负荷模拟设计法是解决每延米换热量设计法存在问题的惟一途径。
（3）应明确U形管换热器成孔孔径的最小值；对原浆自然回填的效果进行评估，若评估认为自然回填的质量隐患很大，会对地埋管换热器的换热量产生巨大不利影响，则应禁止使用原浆自然回填且必须采用机械回填；应尽快建立一套检测回填密实性的测试方法，并且建立根据回填密实程度评定地埋管换热器施工质量的评定体系。
（4）要发挥地源热泵作为新的、更高效的冷热源优势，显现其节能、环保优势，就要解决地源热泵存在的热平衡问题。解决的方法在于减小地埋管换热器群的密集度和冷热负荷的不平衡率。前者可以通过增大地埋管换热器布置的间距、减小地埋管换热单位深度承担的设计负荷等措施进行，而后者可以通过设置系统调峰、采用热泵机组热回收技术减少夏季排热等措施实现。减小地埋管换热器群的密集度需要增加地埋管换热器布置面积，其实施受实际情况限制。
（5）新出现的桩基埋管可以在一定程度上解决埋管面积不足的问题，即把地下U型管换热器埋于建筑物混凝土桩基中，使其与建筑结构相结合，充分利用建筑物的面积，通过桩基与周围大地形成换热，从而减少钻孔和埋管的费用。配合采用桩基地埋管换热器将大幅缩小占地面积。
结束语：
要进一步推广地埋管地源热泵系统的良好的节能效果和环境效益，就必须注意该系统存在的问题，特别是要对土壤热失衡问题足够重视，尤其是高度密集的竖直埋管方式，如果热平衡问题不能很好解决，必将影响到系统的效率和长期稳定运行。地埋管地源热泵的热失衡问题还危机到周围生态环境，特别是现在地源热泵系统也在逐步引入到农业生产中，必须考虑到热平衡问题引起土壤温度变化后对农业生态系统的影响，加强此方面研究。
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