土壤源热泵系统的主要缺点

土壤源热泵系统,全称土壤藕合热泵系统(也称地埋管地源热泵系统),具有运行稳定、噪声小、对环境热污染小、节能显著(比传统空调运行效率要高40% - 60%)等优点[1]。但从目前国内外对土壤源热泵的研究及实际使用情况来看,土壤源热泵系统也存在缺点。[2]

1、系统设计、运营管理的要求高

土壤源热泵在长期连续运行时,会造成夏季土壤温度升高,冬季土壤温度降低,致使热泵系统的运行效率逐年下降。

图:土壤源热泵向土壤吸收、释放热量的不平衡率[3]
不平衡率= (吸热量-释热量) / 吸、释热量较大值X 100%

为解决这一问题,需要优化设计,减小夏季、冬季的冷、热负荷差异,并依靠复合式系统(如:冷却塔辅助冷却的土壤源热泵、太阳能辅助加热的土壤源热泵、空气源热泵辅助式土壤源热泵)的调节管理保证系统保持长期稳定运行[4]。但这也会较大地增加系统的初投资及后期的运行管理费用。

图:太阳能辅助加热的土壤源热泵(适合北方使用)

图:冷却塔辅助冷却的土壤源热泵(适合南方使用)

2、需要在室外埋管,占用场地

土壤的热导率小而使土壤源热泵地下埋管的持续吸热率仅为20 - 40W/m。当用户需要较大供热量或供冷量时,地下埋管的占地面积较大,因而需要较大的室外场地以及初投资(对于垂直式埋管来说,即需要打较多的管井)。

3、受当地土壤性质的影响大

计算表明,传递相同的热量,干燥土壤所需的埋管长度为潮湿土壤的3倍,为胶状土的10倍。因此,当项目所在地土壤较干燥时,就需要更长的埋管、更多的管井,这会大幅增加项目投资。

4、初投资较高

与常规供暖、空调系统相比,土壤源热泵系统初投资较大(其中地下埋管换热器初投资约占系统总投资的20% - 30%),在项目开始前要准备更多的资金,并应根据项目的具体特点进行投资回收期计算。当然,对于不差钱、更注重舒适度的用户可以忽略经济因素。

参考资料:
[1] 建环视界:土壤源热泵与空气源热泵相比的优点
[2] 马最良,吕悦. 地源热泵系统设计与应用(第2版)[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014.
[3] 刘晓茹. 地埋管地源热泵系统热平衡及其地域性分析[J]. 暖通空调,2008,09:57-59.
[4] 马宏权,龙惟定. 地埋管地源热泵系统的热平衡[J]. 暖通空调,2009,01:102-106.

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