由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。地源熱泵就是利用地溫恒定這一特點(diǎn)，在冬季把地能中的熱量;取;出來(lái)提高溫度后， 供給室內的熱用戶(hù)；在夏季，把室內的熱量取出來(lái)，釋放到地層中。

地源熱泵系統的基本結構可分為地上和地下兩個(gè)部分。地上部分主要是熱泵機組、補水箱和水泵。地下部分主要是與大地耦合的埋地換熱器，通過(guò)這個(gè)換熱器從大地中取熱和放熱。這就決定了埋地換熱器的換熱能力與當地的土壤、氣候的類(lèi)型有很大關(guān)系。LundJW詳細研究了地源熱 泵技術(shù),結果表明，地源熱泵的初期成本較空氣源熱泵的成本高約30%~50%。一旦埋管安裝完畢，年運行成本大大低于其它形式的熱泵系統(如空氣源熱泵系統)。

在地源熱泵應用系統中，由于從地下提取熱能是利用埋地換熱器(GHE)完成的，GHE和鄰近土壤之間的傳熱主要是通過(guò)熱傳導，并在一定程度上依靠水分遷移。因此,傳熱過(guò)程嚴重依賴(lài)于土壤類(lèi)型、溫度和土壤含水率。研究表明，在制冷模式下垂直閉環(huán)系統能更好地運行。垂直埋地換熱器通常是在垂直的鉆孔中插入一個(gè)或兩個(gè)高密度聚乙烯U型管充當接地環(huán)路。 OlympiaZogou研究還表明，盡管地源熱泵具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是地源也不是可以無(wú)限制的利用，氣候條件的變化對與系統運行有很大的影響。本文研究了制冷和供熱兩種模式下，氣候變化對于地源熱泵系統運行的影響。

 一、實(shí)驗裝置

    該實(shí)驗系統主要由兩個(gè)獨立的回路組成:(1)水回路;(2)制冷劑回路。水回路中的水箱可以保證足夠的水供應。制冷劑回路是由封閉的銅管組成，熱泵中制冷劑為R22。熱電偶的輸出溫度傳送到給一個(gè)數據記錄器，并記錄在計算機內。為了得到埋地換熱器的進(jìn)出口水溫以及冷凝器、蒸發(fā)器進(jìn)出口制冷劑的溫度，在管道內部每一個(gè)需要測試的位置都安裝了熱電偶。轉子流量計用來(lái)測量每一個(gè)埋地換熱器的流量，制熱循環(huán)到制冷循環(huán)的轉化通過(guò)熱泵機組的一個(gè)四通閥實(shí)現。集中井的設置既可以平衡3個(gè)埋地換熱器的壓力，同時(shí)可以減少鋪設管路。實(shí)驗裝置可以實(shí)現在夏季制冷，冬季供熱。

   埋地換熱器采用并聯(lián)方式工作。埋地換熱器總深度為30m，換熱器之間的間距是5m。埋地換熱器周?chē)怪狈植?/span>6組熱電偶以采集土壤溫度。熱電偶之間的距離從下到上依次為10、8、6、3和3m。

 二、結果分析

    為了確定系統的整體性能，本地源熱泵系統在穩態(tài)條件下進(jìn)行實(shí)驗。對于運行中由實(shí)驗得到的每個(gè)埋管周?chē)臏囟?span style="font-family:Times New Roman;">(土壤溫度)的變化情況，事實(shí)上反映了以下兩部分的溫度：首先也是主要方面反映了鉆孔中的線(xiàn)源(U型管換熱器)自身的運作造成溫度的升高/降低，另外是反映了由土壤的濕度(季節變化引起)變化而引起的土壤溫度變化情況。 在地下20m的深度條件下 地源熱泵運行在夏季(單純取冷)時(shí)，不同埋地換熱器周?chē)骄刻斓牡叵聹囟纫约安煌竦負Q熱器換熱量分布情況。溫度初始點(diǎn)是在熱泵啟動(dòng)運行40h后開(kāi)始采集。在夏季實(shí)驗開(kāi)始時(shí)的地下溫度約為28℃,隨著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)行，地下溫度很快上升。在運行20天到40天期間，溫度上升很快，在運行40天后直到結束實(shí)驗的第90天的時(shí)間段， 隨著(zhù)熱平衡的建立,溫度變換趨于平穩。對于不同的埋地換熱器，地下溫度最終基本停留在一個(gè)穩定的值，平均溫度超過(guò)了37℃。在最初運行的40天里，雙U的換熱能力大于單U的換熱能力，40天后傳熱開(kāi)始惡化，雙U和單U的換熱能力相當,套管的換熱能力最差。在這里需要說(shuō)明的是,實(shí)驗過(guò)程中，當夏季地下溫度上升到37℃，也就是運行40天后，熱泵機組開(kāi)始出現停機現象，說(shuō)明地下溫度已達到了傳熱極限，不適合熱泵機組繼續運行。

 受不同季節空氣溫度、濕度的影響，地下溫度也會(huì )發(fā)生變化。在冬季(單純取熱)，不同埋地換熱器周?chē)骄刻斓牡叵聹囟?/span>(20m下)以及不同埋地換熱器換熱量分布情況。 此時(shí)的實(shí)驗為夏季土壤溫度惡化后，系統停止運行兩個(gè)月后，受季節變化的影響，

土壤溫度有所變化，最初運行時(shí)土壤溫度為22℃，在運行20天后，土壤溫度降低到17℃左右。單U管和雙U管從地下提取熱量時(shí),換熱能力從初始運行的60W/m降到不足45W/m。套管的傳熱能力從45W/m降到不足25W/m。在運行30天后，熱泵機組又出 現停運情況。

 經(jīng)過(guò)4個(gè)月春季的系統停運后,到了第二年的夏天，重新進(jìn)行該實(shí)驗，發(fā)現地下溫度已經(jīng)恢復到熱泵可以重新運作的水平。取冷條件下，3種不同型式的埋地換熱器地下層的初始溫度為25℃?？梢钥吹?，相同的運行時(shí)，隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，土壤溫度升高幅度較小。

 三、結　論

 對地源熱泵系統進(jìn)行了一系列實(shí)驗，研究了不 同季節條件對地源熱泵系統的影響。結果表明，氣候條件顯著(zhù)影響著(zhù)地源熱泵系統的工作性能。如果單純從地下取熱，兩個(gè)月后，埋地換熱器附近的地下溫度將減少到不足20℃。如果單純從地下取冷，3 個(gè)月后，地下溫度將超過(guò)37℃，地源傳熱惡化，不再適合進(jìn)行空氣調節。為了保護好地源,使其成為可持續利用的土壤源，從地下取冷和從地下取熱應該相對平衡。