地源熱泵在公路融雪除冰中的應用

地大熱能地源熱泵專家：地源熱泵作為一項可再生的、節能的和環保的技術，在國內正迎來前所未有的應用。

地源熱泵應用過程中出現的熱失衡問題和道路融雪化冰的需求，探索道路融雪化冰-地源熱泵復合系統運行的可行性。

夏季根據建筑負荷的變化，采用地埋管直接供冷和機組供冷相結合的運行方式，冬季復合式系統為建筑供熱的同時，在下雪天為路面融雪化冰。模擬結果顯示夏季結束時，土壤溫度升高了 4.1℃，機組平均運行效率為 5.0；冬季供熱結束時，土壤溫度降低到 12.5℃，機組平均運行效率為 3.3。而道路融雪化冰出口溫度在 4℃左右，高于普通路面溫度，采用乙二醇水溶液做循環介質，可以起到融雪化冰的作用。該復合式系統利用土壤的跨季節蓄熱，不僅解決了地源熱泵熱失衡問題，同時提高了下雪天道路的安全系數，也有效地節約了能源。

傳統的道路除冰雪方法只能在降雪之后進行，影響道路交通的正常運行，另一方面會對道路路面造成毀壞，并且還會對環境造成污染以及需要后續的處理。目前最熱門、最環保節能的方法是循環熱流體法，系統利用太陽能集熱或地源熱泵和路面內的管道進行熱交換。這個系統既能在夏季降低路面溫度，緩解城市微氣候，還可在冬季實現道路融雪化冰，可謂是一舉兩得，同時還可在以地源熱泵為建筑供冷供熱系統中，作為輔助的換熱設備平衡土壤的取/排熱量，提高機組的運行效率。

采用地源熱泵融雪化冰過程，土壤中儲存了一定的冷量，而土壤本身就是一個巨大的蓄能體，考慮到這一點，研究者開始思考，目前大部分地源熱泵為建筑供熱供冷出現的問題是熱堆積，由此道路融雪化冰耦合地源熱泵供冷供熱的復合式系統應用而生。

道路耦合地源熱泵系統運行過程主要是利用土壤實現能量的跨季節利用，單純的道路換熱系統也稱為道路太陽能系統，即道路在夏季作為集熱系統，吸收輻射到路面的太陽光，通過地埋管將能量儲存在地下，冬季循環流體將熱量取出來供給建筑和路面，復合式道路融雪化冰-地源熱泵系統在夏季吸收建筑的余熱，通過地埋管將能量儲存在土壤中，冬季取出供給建筑和路面熱量，復合式系統中建筑供冷向土壤中排放熱量過程代替道路太陽能系統太陽能集熱過程。

根據建筑負荷、機組 COP、系統季節運行時間和每天供冷供熱時間計算得：夏季機組排熱量為 59MWh/a，冬季機組取熱量為29MWh/a。夏季單純采用地源熱泵為建筑供冷，冬季地源熱泵需承擔建筑的熱負荷和道路的融雪化冰熱量，為了滿足冬夏季冷熱量的需求，地源熱泵井數確定為8口井。

換熱系統從夏季開始運行，過渡季節停止運行，冬季系統又重新開啟，夏季系統吸收太陽輻射將熱量儲存在土壤中，冬季換熱流體在地埋管和路面換熱管中循環流動，不斷的從土壤中取熱釋放給路面，實現融雪化冰。

道路融雪化冰系統只在下雪天運行，其余時間系統循環泵關閉，在此期間道路中的換熱管中充滿換熱流體，而系統不運行這段時間道路的溫度也有可能在0℃以下。

可再生能源的開發和利用是未來能源可持續發展的必然途徑，也是人類改善居住環境的方式之一，而地源熱泵利用淺層地熱溫度恒定這一特點，在建筑供冷供熱發揮著重要作用。