地源热泵在公路融雪除冰中的应用

地大热能地源热泵专家：地源热泵作为一项可再生的、节能的和环保的技术，在国内正迎来前所未有的应用。

地源热泵应用过程中出现的热失衡问题和道路融雪化冰的需求，探索道路融雪化冰-地源热泵复合系统运行的可行性。

夏季根据建筑负荷的变化，采用地埋管直接供冷和机组供冷相结合的运行方式，冬季复合式系统为建筑供热的同时，在下雪天为路面融雪化冰。模拟结果显示夏季结束时，土壤温度升高了 4.1℃，机组平均运行效率为 5.0；冬季供热结束时，土壤温度降低到 12.5℃，机组平均运行效率为 3.3。而道路融雪化冰出口温度在 4℃左右，高于普通路面温度，采用乙二醇水溶液做循环介质，可以起到融雪化冰的作用。该复合式系统利用土壤的跨季节蓄热，不仅解决了地源热泵热失衡问题，同时提高了下雪天道路的安全系数，也有效地节约了能源。

传统的道路除冰雪方法只能在降雪之后进行，影响道路交通的正常运行，另一方面会对道路路面造成毁坏，并且还会对环境造成污染以及需要后续的处理。目前最热门、最环保节能的方法是循环热流体法，系统利用太阳能集热或地源热泵和路面内的管道进行热交换。这个系统既能在夏季降低路面温度，缓解城市微气候，还可在冬季实现道路融雪化冰，可谓是一举两得，同时还可在以地源热泵为建筑供冷供热系统中，作为辅助的换热设备平衡土壤的取/排热量，提高机组的运行效率。

采用地源热泵融雪化冰过程，土壤中储存了一定的冷量，而土壤本身就是一个巨大的蓄能体，考虑到这一点，研究者开始思考，目前大部分地源热泵为建筑供热供冷出现的问题是热堆积，由此道路融雪化冰耦合地源热泵供冷供热的复合式系统应用而生。

道路耦合地源热泵系统运行过程主要是利用土壤实现能量的跨季节利用，单纯的道路换热系统也称为道路太阳能系统，即道路在夏季作为集热系统，吸收辐射到路面的太阳光，通过地埋管将能量储存在地下，冬季循环流体将热量取出来供给建筑和路面，复合式道路融雪化冰-地源热泵系统在夏季吸收建筑的余热，通过地埋管将能量储存在土壤中，冬季取出供给建筑和路面热量，复合式系统中建筑供冷向土壤中排放热量过程代替道路太阳能系统太阳能集热过程。

根据建筑负荷、机组 COP、系统季节运行时间和每天供冷供热时间计算得：夏季机组排热量为 59MWh/a，冬季机组取热量为29MWh/a。夏季单纯采用地源热泵为建筑供冷，冬季地源热泵需承担建筑的热负荷和道路的融雪化冰热量，为了满足冬夏季冷热量的需求，地源热泵井数确定为8口井。

换热系统从夏季开始运行，过渡季节停止运行，冬季系统又重新开启，夏季系统吸收太阳辐射将热量储存在土壤中，冬季换热流体在地埋管和路面换热管中循环流动，不断的从土壤中取热释放给路面，实现融雪化冰。

道路融雪化冰系统只在下雪天运行，其余时间系统循环泵关闭，在此期间道路中的换热管中充满换热流体，而系统不运行这段时间道路的温度也有可能在0℃以下。

可再生能源的开发和利用是未来能源可持续发展的必然途径，也是人类改善居住环境的方式之一，而地源热泵利用浅层地热温度恒定这一特点，在建筑供冷供热发挥着重要作用。