地源热泵的发展及系统集成创新

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。空调制冷大市场专家认为，以下几种模式值得参考借鉴：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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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：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。