地埋管地源热泵工程应用及案例

地大热能地源热泵系统：地埋管地源热泵系统是利用土壤作为热源或热汇，由1组或多组埋于地下的地埋管换热器与热泵机组构成，称之为闭式环路，也称闭环地源热泵或土壤源热泵。根据地热热储的分类，将地埋管深度在0~200m范围内的系统称为浅层地埋管地源热泵系统，将埋管深度在200~3000m范围内的地源热泵系统称为中深层地源热泵系统。

天津首个地源热泵工程：梅江生态小区办公楼

天津市首个实用地源热泵工程的应用建筑为天津梅江生态小区综合办公楼。该工程建筑面积3715m²，于2001年开始筹划、预研、测试，自2003年冬季开始正式运行，目前已连续运行近18年。该工程以土壤作为冷热源，包括桩埋管、垂直埋管及水平埋管3种地埋管形式。

该工程建设了较为完善的自动监测系统，可实时采集并记录地下与地上温度、流量、电功率等关键运行参数。通过监测系统积累了较为丰富的实际运行数据，结果表明埋管地源热泵系统在冬季供热和夏季制冷的间歇运行中，性能稳定，效果良好，达到了设计要求。冬季室内保持18~22℃，夏季保持在25℃左右。地埋管换热器附近地温与地面空气温度相比冬高夏低，使得热泵机组可在较高效率下运行。针对该项目的经济性进行了详细计算，可知与煤炭、天然气、电等几种常规供暖空调方式相比，地埋管地源热泵技术具有很大的节能优势。

但是数据显示，该系统夏季排热负荷约是冬季吸热负荷的2.56倍，累计排热量是累计吸热量的2.96倍，排热量比吸热量多2.85×108kJ，使得地下土壤的冷热量不平衡，造成地下土壤温度升高。试验表明，经过1年冬、夏季供暖空调运行，地下土壤温度升高了2~4℃。这有利于热泵系统冬季吸热运行，但不利于夏季排热运行。长期的土壤热量收支不平衡，造成土壤温度的持续升高或者降低，不仅使系统的运行性能下降，也给生态环境带来极大的影响。针对冷热不均衡的问题，可采用“混合式系统”方案来解决，如“地埋管冷却塔”适用于排热量大于吸热量的情况，或“地埋管辅助热源”方式适用于吸热量大于排热量情况，通过这些手段来平衡地温。

中国最大的多能互补地源热泵工程：北京大兴国际机场

北京大兴国际机场于2019年9月正式通航的北京大兴国际机场，不仅拥有世界最大的单体航站楼，还拥有我国最大规模的地源热泵系统。该系统包括2座地源热泵供热站，仅供热站的建筑面积就超过了1.7万m²。该系统所布置的地埋管位于机场蓄滞洪区内，埋管总数达10680个，埋管面积达26.7万m²。系统合计冬季供热能力54.2MW，夏季供冷能力48.8MW。系统本期供能面积约100万m²，远期供能面积约250万m²。由于新机场要求设备制热出水温度达到50℃，机组运行压差比较大，本系统采用了全降膜变频离心式热泵机组等技术。此外，该系统还耦合了烟气余热、污水余热等可再生能源，形成了多能互补地源热泵系统，实现了可再生能源利用率10%的建设目标。