地源热泵开发与应用技术之地源热泵系统优化改造

地源热泵空调系统在欧美等许多国家的研究与应用已有数十年的历史。近年来，在中国也已受到了广泛的关注并已得到实际应用。地源热泵空调系统是以大地作为冷源（或热源），通过中间介质（通常是水或防冻液）作为载热体，并使中间介质在封闭环路（通常由塑料管组成）中通过大地循环流动，从而实现与大地进行热量交换的目的。

    地大热能通过大量的理论和实验研究，得到了大量的理论研究成果，为地埋管换热器的设计和模拟提供了更加精确合理的理论基础和计算方法，同时，在理论研究的基础上，进行了地源热泵的技术开发与工程实践。

    1）地热换热器设计模拟分析。

    由于建立并获得了影响地热换热器传热主要因素的理论模型及解析解，采用FLUENT、PHOENICS、TRNSYS等软件能够定量分析地埋管换热器冷热负荷不平衡性，单、双U型埋管、地下水渗流等因素对地热换热器的影响，这些传热分析软件对地热换热器的设计也有重要的指导作用。

    2）岩土热物性测试技术。

    现场实地对岩土层热物性进行较为准确的测试是合理进行地埋管换热器设计的前提。为此，我们在获得的地热换热器地下温度场析解的基础上，设计了测定岩土层热物性的方法，并研制开发出相应的岩土热物性测试仪器（GP-3地埋管岩土热响应测试仪）。多个实际工程的测试结果表明：这一岩土热物性测试技术是可靠有效的。

    3）地源热泵系统设备配件的开发。

    为了提高地热换热器效能和地下埋管系统运行的可靠性，我们研制开发了U型弯头及地热弹簧等地热换热器专用配件。U型弯头是地热换热器的重要管件，它是U型埋管防漏、防损坏、防堵的重要环节。目前国内还没有专业厂家生产。地热弹簧是减弱U型管间热量回流的主要配件，它的作用是将U型管的两个支管分开。

    4）地源热泵空调整个系统的优化。

    地源热泵空调是一个系统工程。它通常由用户末端、热泵主机及地热换热器等部分组成。因此，欲实现整个系统优化，仅有地热换热器自身的优化设计还远远不够，设计和运行时应使整个系统优化。为此，我们进行了当地热换热器冷热负荷相差较大时，采用了混合热源系统的设计适用于不同地下封闭循环水参数的热泵主机研究以及地源热泵空调末端与地热换热器间的水系统优化的探讨，这些工作已取得了阶段性成果。

    湖北地大热能进行了多个地源热泵空调系统的运营维保工作，如贵州财经大学地源热泵空调项目（一、二期），对其中的一些项目正在长期的运行测试，以对理论研究成果进行必要的检验与验证。另一方面，也为地源热泵技术的推广积累经验和基础数据。

    湖北地大热能以“地热服务全球为理念”，由中国地质大学（武汉）控股在地源热泵方面有着超越同行的优势，通过先进的地质学数据库和高超的地热能勘察技术，准确把握特定区域内地下的地热能储存情况，为地源热泵系统的优化设计与长期可靠运行提供切实保证，并从整体的地源热泵系统的能效与投资价值出发，为广大开发者和地源热泵用户提供科学可行的优质方案。