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由于我國(guó)南北方氣候差別很大，北方寒冷，冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷;相反南方炎熱，夏季負(fù)荷遠(yuǎn)大于冬季負(fù)荷，所以在我國(guó)部分地區(qū)單一的使用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致土壤的冬夏季不平衡性從而影響土壤熱環(huán)境。合理地設(shè)置土壤熱泵輔助系統(tǒng)不僅可以解決土壤熱平衡問(wèn)題，甚至可以額外節(jié)約能耗或節(jié)省安裝運(yùn)行費(fèi)用。
1、冷卻塔補(bǔ)償系統(tǒng)
對(duì)于南方地區(qū)，夏季炎熱冬季暖和則系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必然導(dǎo)致夏季排放的熱量遠(yuǎn)大于冬季吸收的熱量。系統(tǒng)運(yùn)行一年后積累的熱量會(huì)引起土壤溫度逐年上升，使熱泵機(jī)組制冷效率嚴(yán)重降低。建立冷卻塔地埋管地源熱泵混合系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)，使夏季冷凝放熱一部分埋入地下，以備冬用，一部分通過(guò)冷卻塔釋放冷凝熱量，這一系統(tǒng)適用于夏季負(fù)荷高于冬季負(fù)荷的長(zhǎng)江中下游地區(qū)。夏季通過(guò)埋地?fù)Q熱器釋放給土壤的熱量與冬季從土壤的取熱基本持平，從而獲得土壤熱平衡。
該混合系統(tǒng)的初投資增加了冷卻塔系統(tǒng)的費(fèi)用，但由于減少了埋地?fù)Q熱器的面積，整個(gè)初投資費(fèi)用不一定增加(視施工區(qū)域地質(zhì)情況而定)。運(yùn)行費(fèi)用增加了冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用，但從整個(gè)系統(tǒng)的總能耗來(lái)分析，系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用不一定比單一的地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高(視冷卻塔配置量而定)。
2、太陽(yáng)能輔助系統(tǒng)
與南方地區(qū)相反，北方地區(qū)特別是東北地區(qū)，冬季寒冷，夏季溫和，其冬季負(fù)荷遠(yuǎn)大于夏季負(fù)荷，則熱泵長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后，由于吸收的熱量遠(yuǎn)大于夏季排放的熱量，必然會(huì)導(dǎo)致土壤的溫度降低，從而造成冬季埋管換熱器的進(jìn)、出水溫度較低，地埋管地源熱泵機(jī)組循環(huán)性能提高受到限制。增加太陽(yáng)能系統(tǒng)作為地埋管地源熱泵輔助熱源的措施，不僅有助于改善系統(tǒng)運(yùn)行工況，降低系統(tǒng)總投資，同時(shí)可以調(diào)節(jié)土壤熱平衡。
我們采用圖2所示的太陽(yáng)能輔助加熱器，使得冬季熱泵吸收的熱量一部分來(lái)自太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是人類(lèi)可利用的、安全、無(wú)污染、可再生、最豐富的免費(fèi)能源，利用太陽(yáng)能作為輔助能源，是解決寒冷地區(qū)土壤熱平衡的較好方法之一。
3、熱水回收系統(tǒng)
電熱水器用來(lái)加熱熱水所需的能量全部來(lái)自電能，其能耗太高;傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴鲿?huì)隨著燃?xì)鈨r(jià)格上漲趨勢(shì)而增加使用費(fèi)。熱回收技術(shù)是通過(guò)換熱器回收制冷機(jī)產(chǎn)生的冷凝熱，用于加熱生活用水的一項(xiàng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)。熱回收技術(shù)不僅充分利用制冷系統(tǒng)的廢熱，減少了排放至環(huán)境的廢熱，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱水供應(yīng)技術(shù)，同時(shí)由于使得進(jìn)入土壤的排熱減少，是土壤熱平衡解決方法之一。
4、廢熱輔助地耦系統(tǒng)
在寒冷地區(qū)，如果有條件，冬季可以利用生產(chǎn)生活廢熱和污水處理廢熱來(lái)輔助地埋管地源熱泵系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能源的可持續(xù)發(fā)展，將生產(chǎn)生活中的廢熱很好地利用起來(lái)，對(duì)于改善城市環(huán)境、節(jié)約能源具有重要意義;同時(shí)改善了土壤的熱平衡問(wèn)題，提高了地埋管地源熱泵效率，使其可以長(zhǎng)期、持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。
5、其他
為解決土壤熱平衡問(wèn)題，我們還可以?xún)?yōu)化埋地?fù)Q熱器設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)加大埋管間距，以減緩?fù)寥罍囟鹊纳呋蚪档?，增加地埋管地源熱泵的使用年限。另外，亦可在系統(tǒng)后期運(yùn)行方面加以管理，間歇運(yùn)行地源熱泵系統(tǒng)，以期地下土壤溫度場(chǎng)的恢復(fù)和平衡，改善地埋管地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行工況。