地源热泵应用关键技术探讨

1.地下水地源热泵应用存在的主要问题

    l地下水源的探测开采问题

    水源的探测、开采技术与开采成本制约地下水地源热泵的广泛应用。在不同的地区和水文地质条件下是否有适合的水源（水温适宜、水量充足稳定、水质较好）是地下水地源热泵应用的关键问题。水文地质条件较好，取水、回灌的难度和热源井的建设成本均会较为合理，否则就会增加项目建设实施的难度和成本。

    地下水资源条件好：打井数量少，减少打井费用，回灌较容易，初投资和运行费用降低。

    l热源井设计与施工问题

    在水文地质勘察的基础上进行设计，试验井的开凿和抽水、回灌试验环节尤为重要，基础性技术数据是井群设计的关键；不同的水文地质结构、热源井设计和成井工艺至关重要，井的结构、过滤方式、回填方式影响成井质量和使用寿命；抽水、回灌井之间的水力平衡影响总取水量和总回灌量。要注意群井联合抽水、回灌时地下流场与单井的差异，并对井群的抽水、回灌量进行必要的调整。设计和施工时，应同时留出观测井或观测孔，抽水、回灌井应安装计量仪表，在达到上述检测手段的基础上，对抽水及回灌量、水位、水质进行在线检测，有利于地下水地源热泵系统的合理取水并避免对地下水的破坏和污染。

    l水井堵塞及回灌问题

    水井施工质量不过关；取水井、回灌井轮换使用；反复的抽、回灌都会导致水井堵塞，使得水井回灌比不能达到要求，正常的抽水、回灌无法进行加速水井的枯竭，影响系统长期稳定运行。

    l地质灾害问题

    若大量开采地下水而不采取回灌措施，容易产生地面沉降和导致采用天然地基作为基础的建筑物不均匀沉降；在岩溶地区，由于地下水位不断变化容易形成空洞，从而导致地面塌陷。

    为了恢复含水层的水位和水量，防止区域地下水位下降和保持取水建筑物供水能力，防止地下水资源枯竭，地源热泵空调系统抽取地下水后必须进行回灌。

    l地下水水质与污染防治问题

    对地下水水质基础要求：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等；回灌时，水质要等于或优于原有水质；利用地下水源的进出温差过大造成地下水资源的热污染问题；回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，使外界的空气与地下水接触，导致地下水中金属离子氧化，会产生腐蚀；应针对不同的水质采取相应的水质处理措施。

    l地下水地源热泵设计问题

    地下水地源热泵系统设计首要问题是确定合适的水源热泵机组运行温差和地下水循环水量，最佳的地下水温差和地下水量应使地下水地源热泵系统达到较高的能效比和性能系数。如果加大地下水使用温差，虽然可减小地下水使用量，降低井泵功率和环路功率，但在一定条件下会增大水源热泵机组的使用功率，反之则相反。因此，一定要根据实际工程的使用情况，在两者之间进行分析和比较，得出最优结合点，使水源热泵系统高效运行。

    l规划、管理和评价体系问题

    按照“在保护中开发，在开发中保护”的原则，各地应根据实际情况制订地下水开发利用保护规划和地源热泵系统发展规划，按照规划在资源合理利用的前提下开发地下水资源，做到资源开发和地下水保护并举。同时，应进一步开展地下水资源开发利用对环境影响评估工作，防止因无序开采地下水而造成地面沉降、水质污染和热污染等环境地质问题。

    2.地埋管地源热泵应用存在的主要问题

    l初投资及能源政策问题

    国家和地方政府在政策及资金上的支持对于技术推广起到重要引导作用。各级住建行政主管部门应出台相应的扶持优惠政策，并积极向各方宣传推介，争取得到各级地方财政支持。

    l施工质量问题

    目前地源热泵相关的管理措施和技术手段缺乏，施工单位没有相应市场准入机制，主管部门监管不力，缺乏切实可行的施工监理操作规范等，在项目实施中引发了较多问题。

    l岩土物性问题

    在实际工程中，地埋管换热器设计中最大的难题是不能准确确定岩土体的各种物性参数。地埋管换热器钻井的数目和深度主要取决于周围岩土体的传热、蓄热性能，而地下岩土体的结构和可钻性又决定施工工艺选择、钻孔的难易程度和初投资。如果岩土体物性参数出现偏差，会导致钻井数目和深度的变化，影响施工工期和初投资。

    l建筑物空调负荷问题

    室内空调负荷变化，热泵机组的运行特性改变，低位热源的使用状态发生动态改变都会使得地埋管的换热性能与其承担的换热负荷间是相互耦合的，而这种耦合特性不仅表现在设计上，重要的是地埋管是否能长期保持良好的运行工况，以保证在不同的空调负荷特征下地埋管地源热泵系统能够高效、节能运行。

    l地埋管地源热泵系统设计问题

    首先要根据场地条件，分区进行地埋管设置，既满足空调负荷变化的需要，又让地埋管换热器在间歇运行时得到充分的恢复，有利于地埋管地源热泵系统高效稳定运行。其次要根据建筑物空调负荷的变化特点，采用冰蓄冷、热回收等综合利用方式，降低高峰负荷时地埋管敷设量，或减少排热量与取热量的差额，以利于地埋管的热平衡。应根据当地具体情况采用复合式地埋管地源热泵系统，将地埋管地源热泵与其他形式的加热（散热）设备相结合；经济性方面，采用复合式地埋管地源热泵系统可以根据冷热负荷较小值来设计地埋管换热器，减小钻井长度和系统初投资。