发展地源热泵注重系统集成创新

Craoline1224

　　近几年，地源热泵得到了大量应用和迅猛发展，也暴露出不少严重甚至难以逆转的问题，如有些地区经过长期使用，土壤温度持续下降或上升，影响系统运行能效;有些系统引用地表水却出现结冰现象，造成能效下降甚至干脆停机。针对此类问题，系统集成创新的概念被业内提出。其原理十分简单，即用新技术、新系统改造传统地源热泵系统，或者将新技术、新系统与传统方式的技术要素整合利用，可称之为热泵空调集成系统、复合式地源热泵系统或混合式系统。

　　
　　热源多元化是这一过程的基础性问题。热泵热源种类很多，其特点不尽相同，如何将这些热源集成起来，让它们充分发挥优势并组合成新热源，以改善热泵运行特性和精密性，是当前行业人士的探索方向。笔者认为，以下几种模式值得参考借鉴：
- ]$ U  [5 `% P' w5 y/ g4 v. n　　
3 u' B7 p: |% v+ b* I. J　　一是地埋管 地表水复合地源热泵系统。地表水在部分地区特别是南方城市较为乐观，但冬季水温偏低也是常见问题，在夏热冬冷地区常降至4℃以下。对此，采用串联式地埋管和地表水集成系统(双热源系统)，当冬季水温偏低，地埋管投下去后可让机组内的出水先经过它发热，然后进入地埋管，换热后再返回机组，从而使机组的地表水和土壤两方面都获得热量，减轻地表水温偏低的问题。需注意的是，当地表水温偏高时应关闭地埋管，使之成为单一的地表水源热泵系统。而当地表水温正常但水量不多时，需要有相应对策。
7 p. V8 X2 h8 J/ K+ Y6 ], y- D　　
　　二是地埋管 太阳能复合地源热泵系统。众所周知，太阳能是无穷无尽、无公害的清洁能源，更是21世纪后最有希望的能源。但太阳能也是“不稳定”的品类。目前，我国年日照时间在2000小时以上的地区占2/3，考虑到阴天和晚间等不安全性、不可靠因素，让地埋管和太阳能构成复合系统成为可能。从供热的安全角度看，地埋管必须按照满负荷设计，以满足最不利工况要求。同时，从经济角度考虑太阳能完全免费，因此在集成系统中必须优先采用太阳能并充分利用，要安全又要经济，就需从运行模式考虑并解决问题。
0 g8 O" A3 L1 H5 q　　
　　三是地下水 海水源热泵复合系统。我国一些港口和岛屿可利用的海水资源十分丰富，其夏季水温通常在20℃~30℃的区间，是比较理想的冷却水源。冬季部分水域水温降到0~13℃，甚至表面出现结冰状况。遇到这种情况，天津滨海新区某项目采用地下水和海水源热泵组合的运行模式，充分利用了海水资源，并保证了系统稳定性和安全性。
　　
　　四是室内余热可作为资源，即水环热泵空调系统。项目可将太阳能、水、空气、土壤里面的能量引入并结合，如果这些能量较低，可将相应的热泵引入系统，以此替代辅助加热的锅炉，组成太阳能水环热泵空调系统或井水源水环热泵空调系统、土壤源水环热泵空调系统、空气源水环热泵空调系统等复合运行模式。
　　
　　五是地埋管热泵 冰蓄冷热泵系统。在北京某项目中，这套系统地埋管按冬季采暖负荷设计，由于空调负荷大于采暖负荷，因此夏季难以满足运行需求，其差值恰由冰蓄冷系统来解决，不但对电网资源起到了削峰填谷的积极作用，用户还享受了电价优惠，使运行费用下降。
; F* k+ Z% F; E4 M% j/ i6 g　　
& m$ H  X5 H% G　　六是土壤蓄冷 土壤热泵耦合集成系统。这种设想将蓄冷装置与热泵地下吸热装置合二为一，通过冷水机组实现集成系统热泵、蓄冷和空调功能。这种复合模式虽然通过土壤蓄冷来削峰填谷，是对蓄冷空调的原始创新，但面临问题同样不少，包括仿真模拟环节、对土壤蓄冷溢冷过程的热力特性和冷量损失等问题都需要认真研究。
　　
7 O' P3 X0 l/ I3 o! I/ ~　　此外，还有自然供冷 地埋管热泵系统以及分体空调器 热水供应空调系统等创新复合模式。特别是后者已经实现了商品化，但不少细节问题仍需要商榷，解决不彻底会影响自身发展。
5 R6 b+ _5 y' q* `8 b0 G　　
: ?( S4 g' X6 ^& z* r　　在国家“十二五”政策支持下，2015年我国地热供能总面积有望达到3.5亿至4亿平方米，更有专家预测地热能开发利用市场总额将超过700亿元人民币，可见这一市场之巨大、前景之光明。一言蔽之，科学和理性发展是地源热泵行业取得健康成长的关键，切不可形而上学、搞“大跃进”。地源热泵市场兴起是一把“双刃剑”，为此要有四点认识：
　　
! }+ H+ i4 e+ s* U　　首先，复合式热泵空调系统形式很多，应根据不同集成创新目标，提出不同的系统形式。其次，系统创新推动地源热泵发展，一定要有机集成而不是机械拼凑。目前“凑出来”的工程不在少数，应引起高度注意，特别是为了某些政策性补贴而搞出来的低质工程。再其次，创新要从工程出发，以节能、省钱为基本原则，只节能不省钱或只节钱不省能都是不可能持续的。最后，要加强混合系统模拟预测分析，同时加强自动控制系统发展，共同带动复合系统成熟。