此前,写过一篇只取热不取冷,或取热量远大于取冷量,或只取冷不取热,或取冷量远大于取热量的地源热泵,都不具备持久性使用的文章,遭到无数该行业从业者的攻击,攻击者认为,我在故意危言耸听,误导消费者,称某某省已在大面积推广这一清洁取暖方式,且成绩斐然,取得了国家、企业、用户共赢的效果。

最早接触热泵是十五年前的事了,那时还没有空气能什么事(低温无法制热或制热能效比太低,基本上靠电辅),市场是水源热泵的天下,通过学习,我清楚的知道了水源热泵的弊端——回灌困难和冷/热堆积,一口取水井,至少需要两口回灌井才能把抽上来的水灌回去,而且回灌井每三年还得淘一次。不过,在地下水位浅且水源充足(必须是有地下河,沙窝水没处用)的地区,这种取暖方式确实很经济,比燃煤采暖费用低很多,除制热外,还能制冷,对既有制热又有制冷需求的地区,这种供暖/制冷方式不仅环保,又可持续性使用,而且还非常经济。

地源热泵钻井

水源热泵的冷/热堆积,主要取决于地下水流量的大小和建筑取冷/热量的比例。10年,我所在的小城一个小区做了水源热泵供暖(小城夏天气温低,无需制冷),采暖末端为地暖,采取的是一抽一灌的方式,当初效果非常好。11年,我为陕西省西安市周至县司竹乡油房头村一农户设计安装了套水源热泵采暖/制冷系统,采暖末端为地暖,制冷末端为风机盘管,也是一抽一灌(院子太小,3口井没地方打)。15年开始,小城小区用户因暖气不热开始上访,前年大部接入城市供热管网,我做的那户现在仍在使用。两个都没有回灌,回灌井太少也再没淘过,时间不长就都灌不下去了,只好排掉。小城那是一个小区,供暖面积几十万平方米,我做的只是一个农家小院,且方圆数十公里仅此一家,不是一个当量级,所以二者虽然都未回灌,但前者几年后水位、水温双降以至无法使用,后者却没有问题,陕西省西安市周至县,年制冷的冷负荷和年制热的热负荷基本持平。

水源热泵工作原理示意图

地源热泵,又叫土壤源热泵,它的热泵机组,其实就是水源热泵机组,两者的区别就在于地源热泵是只取热/冷量而不取水,水源热泵要取水,所以水源热泵被国家叫停了。相对而言,水源热泵的建设条件要比地源热泵苛刻的多,水源热泵必须有活水,地源热泵地下有没有水都行,活水死水也都行,当然活水更好。地源热泵取的是土壤、沙石、浅层地下水中的热量,这些热量来源于太阳光的辐射,太阳辐射量中约有50%时被地表吸收,这就是地源热泵可开采的热能。浅层地热井钻孔深度一般为80~100米,每延米地热管的换热功率仅为25~36(不同地区不同土层构造换热功率不同)。由于受到建设成本的制约,浅层地热井孔距非常小,一般在2~6米之间,这时如若只取热/冷不取冷/热,或取热/冷量严重大于取冷/热量时,就会造成地下热/冷量失衡,也就是我们常说的冷/热堆积,长此以往,致使地源热泵机组制热/制冷能耗增加,最终的结果是完全失去利用价值。

地源热泵系统示意图

相对而言,在农村推广地源热泵制热/制冷要比城市好一些,因为农村地广人稀,农村的建筑密度虽然比城市大,但是建筑容积率远低于城市,所以利用地源热泵制热/制冷,在分散式打井及安装主机的情况下,出现冷/热堆积现象的后果会比城市轻一些。考虑到农村建筑基本上无保温和层高比城市高的事实,农村单层建筑热/冷负荷约相当于同地区城市三层建筑的热/冷负荷。所以如果推广利用地区农村建筑多为二层以上小楼且建筑密度较大,且只取热/冷不取冷/热,或年取热/冷量远大于取冷/热量时,就不得不考虑冷/热堆积现象的发生及应对措施,在地源热泵制热/制冷中,地热井的建设成本远高于热泵机组本身,地热井能用多长时间才是重中之重。

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一旦造成冷堆积或热堆积,造成的后果恐怕会令我们无法承受。首先是花大价钱做的供暖/制冷系统会成为摆设。其次会造成地表植被死亡和土壤中的动物死亡或迁居,使土壤彻底失去活性。第三,或许还会造成一些我们现在无法预估的可怕后果。

应对措施在只取热不取冷或取热量严重大于取冷量的地区,可考虑利用太阳能向地下补热。在只取冷不取热或取冷量严重大于取热量的地区,可考虑利用热泵机组制备生活热水。总之一句话,凡事要多想想利弊,不能一窝蜂上,只考虑眼前利益,在这方面,我们已经吃过太多的亏,小城水源热泵项目的失败,不是个例,还有我们此前的沼气池以及这几年个别地方不切实际的“煤改电”“煤改气”。