土壤热平衡问题的由来

  地埋管地源热泵依靠地埋管换热器从地下壤中提取能量, 虽然热泵机组的热源和热汇都是扩散半径范围内的土壤, 但地埋管换热器夏季累计向土壤的放热量与冬季从土壤的取热量一般并不一致, 这样长期取放热量不平衡的堆积会超过土壤自身对热量的扩散能力, 造成其温度不断偏离初始温度, 并导致冷却水温度随之变化和系统运行效率逐年下降, 这即通常所说的地埋管地源热泵热失衡问题。地埋管地源热泵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。

       如果地埋管地源热泵系统承担全部空调负荷, 大多数情况下其全年的取放热量不平衡, 在我国部分地区可能表现为散热量多于取热量。这主要是由于供冷季、供暖季持续时间和负荷强度有明显差异, 而且夏季土壤还要承担制冷机组和水泵等设备散热造成的。例如在夏热冬冷地区, 建筑物夏季供冷的时间要比冬季供暖的时间长约2 个月, 供冷负荷的绝对值也要比热负荷的绝对值高出近1 倍, 在以供冷为主的地区这种差异更大。这样, 系统运行一年后积累的热量会引起土壤温度逐年上升, 严重时会造成夏季高峰负荷期地埋管换热器内循环冷却水温度达40 ℃以上, 引起热泵机组制冷效率严重降低。

       运行第3 年的上海某办公楼地埋管地源热泵系统, 由于系统投入运行后, 建筑物实际夏季负荷大于设计状态, 造成地埋管换热器数量不足, 每天系统启动后冷却水温度从37 ℃持续上升约6 ℃, 热泵机组COP 从启动工况的3 .66 下降到最不利时的3 .14 ,降幅达13 .9 %, 很明显, 地埋管地源热泵系统此时不但效率降低, 而且持久运行特性也已变差。在我国东北以供暖为主的地区, 理论上也可能出现地埋管地源热泵连年运行后土壤温度下降, 但以供暖为主的系统采用辅助热源的比例较高, 实际出现土壤失衡的可能性较小。