时 间：2016年12月29日晚8:00-9:00点
（中国地源热泵产业联盟微讲座群）
组 织 者：中国地源热泵产业联盟秘书处
演讲嘉宾：中国地源热泵产业联盟理事长、国际地源热泵协会中国分会会长 方肇洪教授
演讲题目：《地埋管地源热泵系统的技术关键之一：地热换热器全年冷热负荷平衡问题》
【研究背景】
地源热泵的应用实践
传热/蓄热理论vs大地热流理论
【影响因素】
冷热负荷的大小和比例
钻孔的数量和间距
埋管深度
地下水流动的影响
【解决办法：复合系统】
好处：冷热负荷平衡，可靠性，经济性
冷负荷占优的系统：供热水，冷却塔，地表水
热负荷占优的系统：燃气锅炉，电锅炉（蓄热），季节性蓄热（太阳能、余热）
以下内容是根据方肇洪教授2016年12月29日晚8:00点讲话录音整理而成：
各位地源热泵界的同仁们，各位网友们大家晚上好，大家知道我是过了七十了，学这些新技术可能是有点落后，但是我们《地源热泵》杂志社的年轻人，也是我们地源热泵产业联盟的年轻人，他们很有干劲，也愿意创新，创造的这些新的方式，我们当然理所当然地给予支持。
现在言归正传，可能想要讲的不少。地源热泵系统我在很多场合也都说过了，地源热泵有三个缺点，好处我先不说了，其中一个最重要的缺点是，除了地源热泵系统外别的都没有的，多出一个特别的问题叫做我们地下有一个叫冷热负荷平衡的问题，其它的供热系统都没有这个问题。
我们中国的地源热泵进入市场是在2005年。这个问题在开始的时候，大家认识并不是一致。我们地源热泵系统经过实际应用，进入市场，大概有十年多一点的时间，现在大家认识比较一致了。我可能现在讲这个问题比较好讲一点，那么说为什么要讲这个事？我想第一个是，由于我们地源热泵在应用的实践中发现了问题，我们不能不讲。
我们对这个问题的理解，这个地源热泵系统的热量是哪来的，那个热量是土和石头里来的，但是呢，它要求一个平衡，我们冬天用的那个热量，需要在全年的其他时间有热量的补充的，这是一个传热的理论，蓄热的理论。
大地热流理论对不对呢，大地热流当然是对的。这是学地质的人，他们讲这个理论比较清楚，我们隔着一行，多少不是特别清楚。但是根据我的理解，为什么有大地热流呢，因为地心是热的，可能6000°左右，我们地表那是0~20°这样一个地表的温度，所以当然它有热量传出来，那么这个传热呢，如果是固体导热，那么公式也非常简单，多少厚的一个地壳，或者叫地幔，有多厚，温差有多少，然后岩石导热系数有多少，我们可以算出大地热流来。大地热流在不同地方是不一样的，比如说那个地下熔岩在不同的地方离地面的深度是不一样的，所以各地的大地热流也会不同。
大地热流是有的，但是要靠大地热流来补，你是在上头把那个热量都抽走了，你要指望大地热流来补是补不上的，实际上在我们地源热泵系统里头那个热流，它不是从下面往上跑，是四面八方是水平地流过来的。我们做了一个钻孔埋管在那里，有温差，热流是水平方向往这个孔里头来导热，是这样的一个情况。大地热流从底下上来，平均的值大约在70mw/m2，地源热泵的热流是水平的，但折算成单位地面面积中抽取的热量，可能是250W/m2的量级，两者差3个数量级。我想关于这个问题，恐怕已经讲了不少了，要再讲的话后面就没有时间了，甚至还有人当时也在讨论说，地源热泵的热量是太阳能，是太阳晒到地下，我今天恐怕没有时间来展开讲了，要是再讲的话，后面的正题都没时间。
刚才说的，一点没有要跟我们主流唱反调的事，说地源热泵是浅层地热能，可再生能源，我非常赞成，我们要举这个旗帜，我们要争取政府的支持，政府给补贴当然最好，多多益善，这是对发展我们地源热泵产业有利，而且对老百姓也是有利的，把这个事早点做起来，这是有利的。
我想还是言归正传讲一些下面的事。第一就是说冷热负荷不平衡的问题，影响因素有哪些？第一个当然非常明显的是冷热负荷大小和比例，这就是说，比如山东的热冷负荷怎么样，到了黑龙江又是怎样，到了上海又是怎样。当然在山东也不一样，就说在济南，你是居住建筑和一个办公楼也是不一样的，和商业建筑也是不一样的，那么这个冷热负荷大小比例要怎么办呢，照理说是要算出来的。照理说我们在建筑空调设计里头有一个动态负荷计算软件。动态设计软件就是可以把建筑物的逐时负荷都给算出来。当然一个很大的楼，其实算起来是很费劲的，一个一个房间要算，据我所知一般我们中国的建筑设计院里头，其实都不是这样算，算起来太麻烦，而且恐怕也算不准，因为这个楼将来到底怎么用，其实他们也是没有把握的事，将来的变量太多。所以大家一般都用一个叫做热负荷指标、冷负荷指标，一平方米大概算多少瓦，冬天算个三十瓦， 大概就这样，夏天我们说凭经验，一百瓦，八十瓦，加上一共楼的面积有多少，就算出来了，但是这样算的，只是一个峰值负荷。
地源热泵的设计来说，其实峰值负荷当然是很重要的，但是我们重要的是一个全年累积的负荷，这件事，严格来说非得要动态负荷一个小时一个小时算，才能算出来。但是我刚才也说了，其实说实话，真要用软件算，也是算不很准的，这个地方怎么办？我有时候给学生讲课，对这个事儿有两种来考虑问题的思路，一种叫科学，一种叫技术。科学叫我们是要认识世界，说这个事到底有什么规律。还有一种叫技术，是说怎样改造世界。当科学还没有完全认知规律的时候，还能不能改造世界呢？所以科学家算不准是很难避免的，但还有一种办法就是工程师的办法。工程师第一是在实践中试，在试错中学习；第二是在算不准的时候会留有余地，所以我们有很多空调的设计，留的余地太大，这个地方放大百分之十，这个地方放大百分之二十，五个地方放大了以后，放了一倍还不止了啊。这种情况大家在很多实际空调工程里发现了很多，机房里头放了四台机器，开两台的时候都很少。在设计地源热泵系统时也免不了要适当留有余地。那么还有一种办法其实我们可以用，还有其它的思路，比如我们的复合系统，一会我会讲。所以说第一个，应该怎么算，其实从道理上来说，就是你要动态负荷，全年的负荷，一个小时一个小时算，你把它累积起来，冬天一共要吸收多少热量，夏天要放出去多少热量。
这个地方，我其实要告诉大家一个稍微好点的消息，刚才说了算不准怎么办。因为我们主要在山东，我们做地源热泵其实开始的时候，首先要解决的是北方的供热问题，南方的空调问题要不要用地源热泵或者说其他技术都很成熟，真正开始要推地源热泵其实是为了解决北方的供热问题。北方的供热问题，我们碰到的建筑，最怕是冬天热不够了，夏天热多了一点不怕。所以我们在北方做地源热泵项目的话，我就是怕冬天不行，冬天出问题。我要告诉大家一个稍微好一点的消息，根据我的一个基本的简单的估算，我们所谓要平衡，并不是说我们夏天放出来的热量，和冬天建筑物所需要的热量要1:1，这叫平衡，不是的。我们说的是地下，是地下换热器，要求冷热负荷平衡，地下岩土，要求冷热负荷平衡，这个时候，因为夏天建筑物的热量，还要加上压缩机的功，加上水泵的功，都要送到地下去。冬天我们建筑需要的热量，有一部分是从地下来的，还有一部分是压缩机的功，水泵的功等，都会变成热量。所以夏季建筑累计的冷负荷（放热量）和冬季累计的热负荷（需热量）之比大致在1:1.8时地下就可以平衡。所以夏季开空调哪怕少一点，对平衡也绝对有好处。
第二，当然是和钻孔的数量和间距有关系，我在一些场合也说过，比如像北欧，人家用的也很多，像德国。德国那个地方，夏天其实很凉快，根本用不着空调，人家的地源热泵就是解决冬天的供热问题，人家单供热怎么就行呢，人家是一家一户，两三百个平方，就是钻两孔，人家的规范要求两孔间距拉到十米以上，这种情况，它的影响会小得多，在一年的其他时间里头。四面八方，孔周围的岩土对它的导热就会起到一个很好的补助作用。我们中国就不一样，中国一弄就是一百个孔是小的，一千个孔是正常的。这个时候考岩土的导热来补充就不行了。
在这个地方，我要告诉大家，其实在外国，我看到的一些资料，在严寒地区，人们更多的不是用竖直埋管，用水平埋管。有的人就觉得不理解了，严寒地区怎么用水平埋管，地表的温度很低，你打深一点温度好啊，温度高了好几度，你水平埋管不就完了吗？我后来理解到了，在严寒地区它就是光供热，它不要供冷。光供热，如果用水平埋管的话，它一年的时间就会恢复，这个恢复，主要不是靠水平热流，而是靠地表和地表的传热就可以对它恢复，所以它总体来说，冷热负荷不平衡的影响会比较小。当然不是说它的系统整个效率会高，它的COP是高不了的，它肯定是要用防冻液的，但是总比电锅炉会要好一点，只要你初投资肯投，那么我用热泵总要比电锅炉或电直接加热效率会高一点。
地下水流动的影响，我还要讲快一点，我还是希望要给大家留一点时间来讨论这些问题。地下水的流动影响很大是说什么意思呢，是说两个意思，第一个是说，地下水流动速度很小的地方，和地下水流动很大的地方，这个差别可以很大，因为地下水流动的速度可能会差几个数量级。关于这方面也是搞水文地质的人他们最明白了，说到底这个地方地下水流动大概是多少啊，我真是不知道，小到多少，大到多大，我真是没有数。小的话我们可以知道，有很多地方黏土，或者是砂岩，那个渗透率是非常小的，可以接近于零；大的话，当然也有，所谓的大，我想根据我读到的文件，大概也就是每年能够到了几十米的话，这个速度，每年几十米就算不小。
但是现在的问题是，怎样确定这个地下有没有地下水，地下水的流速有多大，这也许我们可以把这个问题提出来，我们希望和搞水文地质的人一起来把这个事来好好谈谈。我们在设计的时候，我们怎么样来知道地下水的情况怎么样，因为至少在搞暖通空调的人的设计手册或者推荐办法里头，我不知道有多少地下水的流动，当然包括地下水层的厚度，我们钻了一百米，这个地方有十米的含水层，或者只有两米的含水层，当然有不一样。这些情况不能确定，那么工程师，做暖通空调的工程师他怎么办呢。所以现在地埋管换热器的设计通常是按纯导热来设计的，也就是不考虑地下水渗流的作用，这样偏于保守。有反映说有些项目是单供热，但运行了几年还不错，性能没有明显的衰减。我首先想到的原因是这个地方地下水的渗流相当好。这些经验需要总结。
再说一说地下冷热不平衡怎样解决。解决办法当然叫做复合系统了。第一个解决办法可以是什么呢，我尽量地多埋管行不行啊，当然行，你不怕花钱，说我很不平衡的，本来埋一百个孔就够了，我埋五百个孔行不行啊，行，大概你用二十年，它都可以满足需求了，我完全可以设计得这样，但是这个事恐怕不是一个好的办法，大家都不喜欢用。
我们可以考虑的是复合系统，什么叫复合系统，就是有地源热泵，地埋管系统加上其它的，比如说冷却塔，比如说在上海我们用冷却塔，在北方我们加个燃气锅炉，这种叫复合系统。复合系统的好处，当然说，如果上海热量太多，我当然是加个冷却塔，我不会去上海加个燃气锅炉，这个太明白了，所以这叫根据我的负荷。假如说在我们济南来做吧。如果是一个居住建筑，我们说它的冬天取热量比较多，夏天空调开的很少，老百姓住在家里不经常开，所以是不大平衡的，我们心里没把握，怎么办呢，我的负荷又算不准怎么办，我最好的办法，我们做的话，可以跟业主讲，要是有燃气，你用一个燃气锅炉做后备。这个比较好，第一个冷热负荷平衡比，第二个就是系统的可靠性。如果是医院，我更会推荐你搞一个燃气锅炉，万一那个坏了呢，还有这一套垫着呢。第三个叫经济性，看起来多花了一点钱，其实没有多花，拿整个生命周期的费用来比较的话，它的经济性也是很好的。
地源热泵系统，我们把它叫做可再生能源系统也好，节能系统也好，这些东西都是要花钱的，它是初投资高，但是它运行费用比较低，所以它经济性合理是在这。但是因为我初投资投了很多钱，我希望它尽量地多用，一年里用的时间越长，我的回收周期越短。但是我们的供热供冷都有一个特点，全年的负荷是很不平衡的，一年最冷的时候也就十天八天，一年最热的时候也就是那十天八天，我们如果要用地源热泵系统来满足这些高峰负荷，我的初投资就会比较大，或者我设计的系统就会比较大，我的初投资就会比较高。
那么我们如果换一个思路，我们叫地源热泵系统来承担它的基础负荷，百分之七十的负荷，高峰负荷的百分之七八十，剩下的那个怎么办呢，我就用常规的能源，燃气锅炉或者电锅炉，这些常规的能源它的特点是，初投资要比地源热泵少得多，但是它的运行费用比较高。但是辅助系统的好处是它运行的时间可能很短，一年里头就那么短时间的运行，而且理论上来说，它不是承担全部负荷，它只要承担高峰负荷就行，所以运行费用贵，在这里就那么没有严重的问题，总算起来，可能是这种复合系统技术上是最合理的，经济上也是最合理的。
链接：
“地热/地源热泵微讲座”简介
所谓微直播就是依托于微博、微信、QQ群以及互联网上的SNS基础，通过汇集实时信息展现活动或播报新闻事件进程的直播平台。在微直播中，普通网友可通过参与现场播报，与嘉宾在线互动是其最大的优势。中国地源热泵产业联盟借助这一最新的网络及互联网交互技术，为广大地源热泵、地热能行业同仁及爱好者开展专业的“地热/地源热泵微讲座”，为行业提供一个优秀便利的“零”距离在线专业交流平台和学习机会。
中国地源热泵产业联盟每月会不定期的组织“地热/地源热泵微讲座”活动，您只需关注地源热泵网或地热能网官方微信，我们会在第一时间通过微信公众号对外发布活动时间、主题内容、主讲嘉宾。根据您的需要和兴趣选择加入中国地源热泵产业联盟“微讲座意向群”，就可以在线参与“地热/地源热泵微讲座”活动，并在线和专家交流（每次讲座均有在线答疑环节，参与人员可提前准备）。
责编：dhl
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直线电话：18515158288（同微信）
