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地埋管地源热泵系统的热平衡问题分析

马福一刘业凤

（上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093）

摘要通常，地埋管地源热泵年运行的吸排热不平衡，这会导致热堆积，引起系统性能下降。结合浅层地热资源的性质和
地域特性，综合分析了地埋管地源热泵热平衡问题的由来，及其对热泵运行和生态环境的影响，并结合热平衡问题的影响因
素提出了解决热平衡问题的技术思路。
关键词地源热泵热平衡地域特性生态环境

ANALYSISOFHEATBALANCEINGROUND-SOURCEHEATPUMP

MaFuyiLiuYefeng
(CollegeofEnergyandPowerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,
Shanghai200093,P.R.China)

AbstractUsually,theannualabsorbingandreleasingloadarealwaysdifferentinGround-sourceheatpumprunning
whichwillleadtoheataccumulation,andtheheatpumpperformancewilldegrade.Basedonnatureofshallow
geothermalresourcesandregionalcharacteristic,thecauseofgroundheatimbalanceinGround-sourceheatpumpis
analyzed.Andheatimbalanceimpactingonheatpumpoperationandtheecologicalenvironmentarealsoanalyzed.
Combinedwiththeinfluencingfactorsofimbalance,thetechnicalconsiderationsforsolvingthisproblemisput
forward.
KeywordsGround-sourceheatpumpHeatbalanceRegionalcharacteristicEcologicalenvironment.

深入研究。
0引言

地源热泵系统主要利用储存于地表浅层近乎于无
土壤热平衡问题的产生
限、不受地域限制的低焓热能，属于可再生能源利1
用技术，具有高效节能、低运行成本和良好的社会地源热泵系统并不是一种地热利用系统，它只
环保效益等优点[1]。相对于地下水地源热泵和地表是将地下下含水层、土坡、岩石、卵石及深层地表
水地源热泵，地埋管地源热泵不受地域限制、不污水作为热泵吸排热的蓄热体[3]。从地质构造上来讲，
染地下水，不受水文环境地质政策的限制，具有更地下30-300m间的地层是一个受太阳照射与气温影
好的应用前景，近年来作为一种新的空调冷热源在响和地核导热与对流影响的恒温层，这个恒温层的
我国发展迅速[2]。温度与当地全年平均气温有很好的相关性，但完全
深层土壤一年四季相对恒定的温度保证了地不受当地四季气温变化的影响。并且，由于地壳的
源热泵系统的高效节能，但是土壤吸排热不平衡可导热系数小，热容量大，短期内此恒温带的温度恢
能造成土壤温度持续变化，不利于热泵的长期稳定复不可能由地表太阳照射或深层地热资源来补充。
运行，也会对生态环境造成一定影响。地源热泵空而一般情况下，地埋管换热器与扩散半径范围
调系统要获得大规模应用，必须对热平衡问题进行内的土壤换热过程中，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,加之地源热
泵有很强的地域性，刘晓茹[4]以一幢地上二层别墅
资助项目：上海市重点学科建设（编号：S30503）.
联系方式：[e-mail]为例，在假设建筑物采用了相同的围护结构，通过

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软件对我国5个典型气候区域代表性城市的全年逐曲线增大。马宏权等[6]对武汉市民用住宅的地埋管
时空调负荷，结果如图1所示。各地都不同程度的地源热泵项目实测了3个季度。发现该项目运行一
存在吸排热不平衡的状况。年后土壤温度有明显升高，各层土壤的温升为1.5～
120.02℃,这种趋势可以导致周期年后地埋管地源热泵系
100.096.088.2
80.0统的冬季制热效率稍有提升但夏季制冷效率明显
吸60.054.2下降。宋著坤等[7]以天津一幢办公楼的地源热泵项
排40.0
热20.0目为实验对象，地下埋管换热器采用U型桩埋管和
上海
不0.0广州
沈阳北京井埋管两种埋管换热器。设计工况下冬季从土壤吸
平-20.0齐齐哈尔
衡-40.0-26.5热平均负荷约为夏季向土壤排热的70%,而从1月5
率
-60.0日和8月12日的