产业报告2019丨技术篇：五、电动热泵供热技术之浅层地源热泵

第三篇 技术篇

五、电动热泵供热技术

3.浅层地源热泵

由于多地禁止直接抽水取热，地源热泵成为浅层地热应用的主要方式，近年来在国内发展飞速。在地下埋管，通过埋管中循环水与地下砂石黏土换热，提取地层中热量，再通过热泵提升热量品位，以满足建筑供热需求。浅层地源热泵的关键是保证冬夏热平衡，即全年由地下埋管系统提供的冷量与热量一定要基本平衡。对埋深为100米左右的地下埋管，换热后的循环水一般在10到15℃之间，热泵的电―热转换效率为3到4。近年来，我国研究人员研发成功用于西北地区2000米到3000米深的地下埋管热泵系统，循环水出水温度可以达到20到30℃，电-热转换效率COP可达4到5。

由于大面积垂直埋管，地下埋管系统与外部环境的热交换能力很差，要求冬季蓄入地下的冷能在夏季被全部利用；反之，夏季蓄入地下的热量能在冬季全部利用。如果平衡不能满足，如以供热为主的建筑，取热量大于排热量，土壤温度会下降，系统性能衰减，导致地下系统温度逐年升高（冬季取热量小，夏季取冷量大）或降低（冬季取热量大，而夏季取冷量小），几年后整个系统可能因性能恶化而报废（如图3-16所示）。

图3-16 土壤平均温度和机组供热效率逐年变化

热平衡可采用辅助设备补热（锅炉，可靠性高，能效比低，高能低用）或减少取热（太阳能，绿色环保，初投资高，运行维护困难）、热管或风冷换热器等复合补热（图3-17）。

图3-17 补热式浅层地源热泵系统示意图

另一方面，以土壤为介质，进行季节性蓄能，必须有足够体积的土壤。对一些高层建筑而言，如果一边没有可用来埋管的足够地表场地，就很难找到足够体积的土壤来蓄能。只有在低容积率条件下，才适合采用地源热泵。高容积率的场合或由于蓄热管道深埋造成投资过高，或因蓄能土壤体积不足而造成性能不佳。