解决土壤热平衡问题的措施

土壤热平衡问题虽然是土壤源热泵系统的隐患，但重在事前解决，完全可以通过事先系统的合理设计、优良的施工质量以及规范化的运行管理进行规避。

具体可采用以下技术手段缓解土壤热平衡问题：

1）将土壤换热器与热泵机组对应设置成多个回路轮流使用，在部分负荷时优先使用土壤换热器布置的周边回路，以延长土壤换热器的温度自然恢复时间，避免中心局部过热。

2）对冬夏季节土壤热负荷差异较大的项目可以通过设置辅助冷却系统调峰、采用热泵机组热回收技术减少夏季排热等措施，以抵消多余的负荷，解决热平衡问题。

3）在土壤换热器布置场地中心位置布置温度传感器对空调季土壤温度变化进行实时检测，当土壤温升超过规定数值后，启动调峰系统运行。

以上技术手段的前提是需要针对实施的项目进行有针对性的建筑空调动态负荷计算，对建筑动态负荷特性进行准确的预测，分析冬夏季节的冷热不平衡率，然后根据现场条件分析合适的技术组合消除冷热不平衡。

对于土壤的冷热不平衡现象采用以下两种措施：一、采用全热回收热泵机组；二、采用冷却塔辅助冷却。当采用全热回收热泵机组时，可采用如下的优化处理方法解决系统的热平衡问题：

1、系统按照满足冬季空调负荷和生活热水负荷设计地埋管换热器，冬季空调热负荷和生活热水负荷全部由地埋管承担，系统从土壤提取热量；

2、在短暂的过渡季节，生活热水需求由地埋管承担，系统从土壤提取热量；

3、在夏季，由于同时有生活热水需要和空调供冷需要，因此优先启用全热回收机组承担热水需求和空调供冷需求。在满足热水，并且夏季冷负荷不大的情况下，系统无需向土壤提取或释放热量；

4、在夏季空调冷负荷较大时，由大型热泵机组承担冷负荷，该部分的冷源由土壤承担，同时启用热回收机组满足热水需求和剩余空调冷负荷需求。由于夏季的热水需求将远远低于冬季，在使用热回收机组制取足够热水的同时，还考虑了使用冷却塔来承担夏季尖峰时节的冷负荷，以缓解土壤热不平衡。

结论

（1）本文分析了地源热泵系统土壤热平衡问题的根源：由于建筑所处地区气候环境的不同，将会导致建筑的冷热负荷不相等，从而向土壤取热和排热存在差异，土壤热平衡出现问题。

（2）通过对常州某办公建筑土壤源热泵系统夏季工况下冷却水进出口温度及机组COP的测量指出：如果不采取有效措施，“热堆积”问题将会导致土壤温度逐年上升，使得地源热泵系统机组效率下降严重，对机组的正常运行造成影响，违背节能的初衷。

（3）采用复合式系统是解决土壤热平衡问题的较好途径，根据系统构成制定土壤换热器的全年取放热平衡方案有助于从根本上减小出现土壤热失衡，而设置有效的土壤温度检测系统和相应的调节控制系统是实现这一措施的关键。在夏热冬冷地区，采用全热回收热泵机组或采用冷却塔辅助冷却是解决“热堆积”现象的有效手段。