北京市某学校地源热泵空调工程冬季运行的现场实测显示，“太阳能+地源热泵+水地暖”是一种理想的供暖系统。
工程概况
该工程规划总占地面积为71322平方米，其中，规划建设用地面积为57332平方米，规划总建筑面积35800平方米，由中小学教学楼、实验楼、小礼堂、公寓楼、食堂、体育馆和附属用房等建筑组成。
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该工程选用地源热泵系统作为所有建筑物末端能量释放系统用冷热源，除体育馆、教师公寓和食堂外，各建筑物只需要冬季采暖热源，不需要夏季制冷冷源。设计地源热泵系统夏季提供7～12℃冷冻水，冬季提供45～40℃空调、采暖用热水。
该工程地源热泵系统的冷设计负荷为5892KW，该工程地源热泵系统的热设计负荷为2499.84KW。
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该工程教学楼、学生宿舍、小礼堂和体育馆采用水地暖，教师宿舍、食堂采用风机盘管，体育馆采用风机盘管和全热交换空调机组。
该工程地埋管系统冬季吸热热负荷大约1875KW，夏季放热热负荷大约707KW。
该工程冬季调试运行现场实测和情况分析
版权为ehvacr.com 一、调试运行现场实测 该工程于2007年10月25日开始调试运行，地埋管循环水稳定温度为13.6℃，11月1日调试完毕，并开始给建筑物供暖。
调试运行一个月后，系统运行现状如下：
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2007年12月5日至15日，两台主机同时运行4个小时后，地下埋管换热器平均进水温度为3℃左右，平均出水温度为7℃左右，出现机组的低温保护自行停机，此时末端平均进水温度为32℃左右，平均出水温度为28℃左右，各房间温度均能达到设计要求。
2007年12月16日至20日，两台主机同时运行3个小时后，地下埋管换热器平均进水温度为3℃左右，平均出水温度为6.5℃左右，出现机组的低温保护自行停机，此时末端平均进水温度为30℃左右，平均出水温度为26℃左右，此时风机盘管送出的风温度达不到设计要求，低温水地板辐射采暖部分房间温度也不能达到设计要求。
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2007年12月31日调试发现两台主机根本无法正常开启，最后通过增大地下埋管换热器水流量，两台热泵主机能同时运行3个小时左右，地下埋管换热器平均进水温度为3℃左右，平均出水温度为6℃左右，维持5天后，机组的低温保护自行停机，此时末端平均进水温度为27℃左右，平均出水温度为23℃左右，各房间温度均不能达到设计要求。
ehvacr.com 2008年1月5日，通过开启一台热泵机组，同时调节关断不使用的房间和楼层，分时段和功能供给公寓食堂（中午和晚上）和教学楼，此时地下埋管换热器平均进水温度为3.5℃左右，平均出水温度为6.7℃左右，末端平均进水温度为32℃左右，平均出水温度为28℃左右，房间温度有所改善。
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二、调试运行现场实测情况分析 从以上调试运行现场实测情况可以看出：该工程由于没有经过夏天运行直接从冬季开始投入使用，也由于在该工程场区的水文地质以及地层热物性参数条件下地埋管换热器大面积集中布置，地源热泵从大地提取热量，地埋管换热器周围岩土体温度逐渐降低，取热条件逐渐恶化，进入地源热泵机组的传热介质温度降低，带来地源热泵机组性能系数的降低，导致地源热泵机组最后经常停机保护，不能正常运行，不仅影响地源热泵系统的供热效果，也降低了地源热泵系统的整体节能性，特别是该工程冬、夏季逐时动态负荷相差甚远，即冬季供暖时从地下取热的累计热量远大于夏季空调时释放到地下的累计热量，也就是负荷总量变化特征是累积取热型，这就意味着地埋管换热器周围岩土温度逐年下降，最终将不能运行，调整的关键措施是增加排热。
nuantongkongtiaozaixian 该工程采用地源热泵与低温地板辐射供暖和风机盘管联合运行方式。低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行采暖的系统，该系统以整个或部分地面作为散热面，其地板散热面主要以辐射热的形式（约占总热量的61.25％）向室内散热。低温地板辐射采暖系统与传统的散热器供暖形式相比，一个突出特点是热媒温度低，热媒温度要求仅在30℃～60℃之间，而风机盘管要求的供水温度不低于40℃，此时送出的风温度才能达到要求，而且地面填充层的蓄热结构增加了系统的热惰性。在该工程的调试中发现：如果低温地板辐射供暖供水温度为40℃，热泵主机比平时上班时间需提前约1小时开启，室内方能达到设计温度，而风机盘管不需要提前开启，室内温度就能达到要求；如果低温地板辐射供暖供水温度为35℃，热泵主机比平时上班时间需提前约3小时开启，室内方能达到设计温度，风机盘管送出的风不能达到设计效果；如果低温地板辐射供暖供水温度为30℃，热泵主机比平时上班时间需提前约6小时开启，室内方能达到设计温度，而风机盘管送出的风感觉很冷。以上室外温度均为-9℃。地源热泵主机要高效率提供高于40℃的低温热水，地埋管换热器相应要提供较高的供水温度，但根据土壤源热泵运行特点，宜采用间歇运行方式，使土壤温度场能得到有效恢复，从而提高热泵的制冷(制热)系数。低温地板辐射供暖的持续性和土壤源热泵运行的间歇性在经济合理的条件下如何很好地耦合而协调工作是地埋管换热器设计的关键环节。
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太阳能作为地源热泵辅助热源改造方案 一、改造方案的依据 1．该工程竖直地埋管区域土壤环境温度自然恢复周期长
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2008年5月6日，从地埋管稳定10小时循环水温度中观测到地埋管中水的温度为10.1℃。正常运行的地源热泵系统通常具备一定的恢复期，这个恢复期实际为大地自然调节能力的表现，但这种调节能力已受到负荷时间和负荷总量的限制，该工程从土壤吸收热量远远超过大地的自然调节能力，为了系统的正常高效运行，必须增加辅助热源。
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2.竖直地埋管换热器布置太集中
由于竖直地埋管换热器布置太集中，埋管中心区域四面均有热干扰，又由于低温水地板辐射采暖的连续性，原埋管间距不能满足地源热泵主机的连续运行，而且当埋管区域土壤环境温度下降到一定程度，中心区域的竖直地埋管换热器无法从外界获取热量，有效地埋管换热器数量相对减少，这更加需要增加辅助热源在不采暖的季节向地埋管区域土壤蓄热，从而适当提高地埋管区域土壤温度，提高主机运行效率。
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3.热泵机组要提供该系统联合运行的温度
要同时满足低温地板辐射采暖所要求的供水温度和风机盘管要求的供水温度，就必须要求热泵机组提供不低于40℃供水温度，也就是要求地埋管换热器要有较高的供水温度和地埋管区域的土壤要有较高的温度。这就要求地埋管区域的土壤必须从外界获取满足冬季使用。
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竖直地埋管的土壤环境温度自然恢复周期长、竖直地埋管换热器布置太集中、热泵机组要提供系统联合运行所必需温度，地源热泵作为独立热源系统的上述局限性，决定了为该系统配置辅助供热系统是非常有必要的。
太阳能作为地源热泵空调系统的辅助热源切实可行
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一、该工程引入太阳能作为辅助热源的必要性
该建筑物冬季热负荷较大，若完全采用地源热泵来供暖，则地埋管换热器和机组的初投资均比较高，连续运行的效率也较低。而在夏季运行时，机组容量过大，比较浪费。而且该工程冬季从大地提取的热量远大于夏季释放到大地的热量，长期运行将造成大地温度降低，热泵系统的COP值也比较低，系统将无法满足设计要求，热泵的节能效果就体现不出来。而采用太阳能作为辅助热源，不采暖的季节向大地蓄热，冬季由太阳能集热器承担一部分热负荷，以调节采暖峰值负荷，这样不但能提高热泵机组的效率，而且能大大降低地源部分的初投资。
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二、太阳能作为辅助热源的可行性
该工程所在地区（山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、台湾、北京、天津）拥有较丰富的太阳能资源。这些地区年日照时间都超过2200小时，为热泵系统提供了宝贵的太阳能资源。太阳能是一种绿色环保能源，不受任何人控制和垄断，它的利用也比较灵活，规模可大可小。
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三、该工程采用的太阳能-地源热泵空调系统的运行方式
该工程中太阳能作为辅助热源与地源热泵以并联方式运行。该工程由于冬、夏两季逐时动态负荷相差甚远，即冬季供暖从地下取热的累计热量远大于夏季使用空调释放到地下的累计热量，也就是负荷总量的变化特征是累积取热型，这就意味着地埋管换热器周围岩土温度会逐年下降，最终将不能运行，而对此进行调整的关键措施是增加排热。此系统在过渡季节和夏季开启土壤蓄热水泵，提高埋管区域土壤温度；冬季需要供热的时候，也就是白天高负荷时将太阳能供热系统和地源热泵系统同时启用，夜间只以小负荷开启热泵机组为公寓和值班室供暖。在初冬或初夏时节,可以直接利用太阳能与地热能直接供暖以延迟热泵启动时间。
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四、该工程采用的太阳能-地源热泵空调系统的特性
该建筑属于办公建筑，建筑负荷的持续性弱，即在白天处于高负荷；在中午较短的时间内转为低负荷；下午上班后恢复到高负荷；下午下班到第二天上班前和节假日负荷降低至最小或者为零，这个时段为地源热泵地埋管换热器的恢复期，太阳能与地源热泵系统联合运行，灵活性很强，弥补了热泵作为单独热源的不足。太阳能一年四季可以利用，提高了装置的利用系数。太阳能的总量虽然很大，但其能流密度较低，如果本工程单独采用太阳能供暖系统或者地源热泵与太阳能交替使用，势必会造成采集热量所需的集热器面积较大。同样如果单独采用地源热泵系统，也会势必造成地埋管地下换热器投资巨大；同时由于太阳辐射强度随着季节、早晚、昼夜会有规律地变化，因此太阳能利用还存在着间歇性及不稳定性的问题，这些问题都可通过与地源热泵系统的联合运行得到解决。太阳能－地源热泵空调系统优势明显
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一、太阳能集热器作为辅助热源供热时，机组的蒸发温度提高，使得热泵压缩机的耗电量减少，可节省运行费用。
二、在冬季运行时由于蒸发温度提高，使得用户供暖系统的出水或空气出口温度上升，从而使居室的舒适性提高。
三、在系统设计时，地源热泵系统可以按照夏季工况进行设计，从而减小了地下换热器的容量，减少了地源热泵地下部分的投资。
暖通空调在线 地源热泵系统在这所学校的应用情况显示，地源热泵技术在我国设计和应用方法上的研究还很不够，受基础研究及实践经验限制，有些内容只能引用国外文献，以致很多国内地源热泵系统工程设计只能靠经验和文献，搞暖通的人没有与搞地质地勘的人很好结合，从而导致系统设计不完善，系统无法正常运行。
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通过该工程的调试运行，笔者找出了该工程出现问题的原因，结合该工程的应用，笔者认为，太阳能作为辅助热源是解决问题的主要方式，而我国处于利用太阳能较有利的区域内，只要具有一定的技术水平和必要的资金投入就可以自由利用。因此采用太阳能－地源热泵技术不仅会极大地减少我国石化能源的消费量，使我国的能源结构得到优化，实现可持续发展计划；而且将是解决我国能源和环境问题的重要措施之一，将会成为21世纪暖通行业的主流方向。同时太阳能作为地源热泵的辅助热源与低温水地板辐射供暖以及风机盘管及空调机组冬季联合运行在工程中的应用实例，对今后该技术的推广和借鉴具有参考价值。还望在今后的运行中积累经验，提高管理水平，为业主提供优质服务的同时节约运行成本。期待着该系统的使用能达到社会效益、环境效益和经济效益兼赢的局面。
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