地源热泵在某医院工程中的应用

许荣往

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摘 要

地源热泵是新型能耗低、可再生的环境友好型中央空调系统。其节能性较其它空调系统有着明显的优势。本文以某医院为例，介绍地源热泵空调系统的设计、运行及经济环境效益等，并通过数据分析地源热泵空调系统较其它空调系统的节能优势。

关键词：地源热泵；医院 ；节能

一、

习总书记在党的十九大报告中指出：“绿水青山就是金山银山。”党和政府越来越重视生态文明建设，大力推进节能减排，坚持可持续发展。地源热泵正是响应常的号召的新型中央空调系统，因其运行费用低、空调效果优异而受到越来越多的关注和应用。

地源热泵空调系统是利用地表浅层（通常在100米以内） 相对恒定的温度，通过介质（水）进行热交换来获取能量，夏季制冷时往地表浅层释放，冬季制热时从地表浅层吸收热量，从而达到调节建筑物室内的环境温度的目的。制冷时的排热量基本与制热时吸热量相等，从而保持地表土壤温度相对稳定。

地源热泵空调系统主要由能量采集系统、能量提升系统及能量释放系统组成：

1. 能量采集系统

即地埋管换热系统，采集地表浅层低品位可再生能源。制热时地埋管系统从地表浅层吸收热量，制冷时通过地埋管向地表浅层释放热量。能量采集系统包括：地源井、地埋管组成。地源井深度一般为80－120米，少数达到150，地埋管材质通常为PE管（聚乙烯塑料）。PE管具有良好的导热性、耐腐性、抗老化性。地埋管有水平埋管及垂直埋管两种方式，垂直埋管又分为单U和双U两种布管方式。

2. 能量提升系统

即空调机房系统，空调机房将地表浅层低品位能量进行提升，达到一定的温度后，与室内进行热交换，达到制冷制热的目的。　

2. 能量释放系统

即室内末端系统，通过盘管换热器向室内释放冷量或热量。包括风管盘管、空调箱、散热器、地板辐射管等。从地表浅层采集的低品味的能量经地源热泵主机进行能量提升后，由循环水泵通过介质（水）将提升后的冷（热）量输送至室内末端系统。室内末端系统与室内空气进行热交换，完成制冷制热的过程。

2. 系统设计

（一）工程概况

江苏省淮安市某医院工程总建筑面积12500m²地下一层、地上六层。地下一层为停车场及空调机房，一层为大厅、收费，二至六层为诊疗、病房及办公。其中门诊、办公空调时间为白天8小时，病房空调24小运行。

   依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012，根据每个空调房间的使用功能、面积，计算出每个房间需要的冷热量，经汇总得出：本工程总冷负荷为1100kw，空调冷负荷指标为120W/m²；总热负荷为898kw，空调冷负荷指标为96W/m²。

本项目选用两台螺杆式地源热泵机组，单台制冷量550KW，其中一台为全热回收型。能同时提供108m³/h的45℃的热水量，完全能满足医院病房楼的热水需求。

四

本工程地源热泵系统包括：机房工程：地源热泵主机、水泵、集分水器、水处理设备、管道敷设、仪表及控制系统等；

室内空调末端：风机盘箱、空气处理机、液晶控制器，通风管道、风阀风口、冷凝水系统、供回水管道敷设等；

新风系统：新风机组、新风风道管、新风风口、供回水管道等；

地埋管系统：地埋井打井，地埋管管道敷设、管廊敷设等。

（五）地埋管系统设计    

根据岩土壤换热性能测试勘察报告，经计算得出，本工程地埋井每米换热量为43.5 w ，井深为100m,即每口井的换热量为4.35KW。总冷负荷为1100KW，1100÷4.35＝252（口），即需打井252口方可满足总冷负荷需要。       地埋管井间距为4.5m×4.5m，设置在绿化区及入口广场内。单井水流量为1.03m3/h，采用双U的换热管，材质为高密度聚乙烯（HDPE）管材，其中垂直换热管管径为De25，地埋井口径为Φ150。布管完成测试合格后原浆回填。

三、效益

地源热泵冷热源温度相对恒定，一般为10－12℃，其运行能效比COP可达4.5以上，比传统空气源空调系统高35%左右，其运行费用约为其它空调系统的60%－70%，节能效果显著。但地埋管系统投资比其它空调系统高，机房部分投资约为其它空调系统的两倍。高出的部分利用节省的电能进行投资回收，回收期约为3－4年。地源热泵进行热回收运行，夏季完全可以提供免费的生活热水，减少了热水投资。同时，地源热泵空调系统由于冷热热温度的恒定，机组运行稳定可靠，维护费用也较其它空调系统低。下面就地源热泵系统与多联机系统运行费用作比较：

（一）计算依据及方法

1、按GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》中综合能效系数（IPLV）计算方法，中央空调系统在100%、75%、50%及25%的运行负荷下的运行时间占比分别为：2.3%、38.6%、47.2%及11.9%；即加权系数为：（100%*2.3%+75%*38.6%+50%*47.2%+25%*11.9%）＝0.57825

2、按空调系统运行时间按夏季运行150天，冬季运行90天，平均每天运行8小时计算；

3、按电价按1元/kwh计算；

4、空调冷负荷1100kw,热负荷898kw；

（二）地源热泵与多联机系统运行费用比较

1、地源热泵运行费用计算：主机制热额定功率为264.9KW，制冷额定功率为171KW；变频水泵平均功率为：16KW；全年运行运行总费用约为：241616元。

2、多联机系统运行费用计算：主机制热额定功率为305.5KW，制冷额定功率为283KW；全年运行总费用约为：331097元。

3、地源热泵经济效益

地源热泵系统能耗约为多联机系统的73%，年节约运行费用约为89481元。地源热泵系统夏季可以提供免费的生活用水，节能效益显著！

四、环境效益分析

本工程地源热泵空调系统替代传统空调系统中的冷却塔及锅炉，夏季可避免冷却塔室外噪声污染及冷却水蒸发，冬季可避免锅炉产生的大气污染物排放。

地源热泵节能减排评估表

项 目	年数值（吨）	全寿命数值（吨）
标准煤	39.6	990
烟尘	2.6	65
二氧化碳	9.6	240
二氧化硫	2.9	72.5
氮氧化合物	1.4	35

注：地源热泵空调寿命按25年计，每千瓦时电按0.4kg标准煤消耗，污染物排放：烟尘0.997kg、二氧化硫0.03kg、氮氧化合物0.015kg。

五、结 论

通过对地源热泵空调系统在江苏省淮安市某医院项目中的应用分析，得出以下结论：

1. 地源热泵空调系统利用的是地表浅层能量，可循环再生；

2. 地源热泵空调系统较传统空调系统能效比高，节能效果明显；

3. 地源热泵空调系统大幅减少了温室气体和有害粉尘排放，利于雾霾天气的控制，环境效益显著。

综上所述，在全面建设资源节约型、环境友好型社会的今天，低碳、绿色、可持续发展的理念深入人心，地源热泵中央空调系统较传统中央空调经济效益和环境效益都十分显著，值得大力推广和使用！

参考文献

[1]《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》GB/T18430.1-2001

[2]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

[3]《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101

[4]《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243

[5]《水源热泵机组》GB/T19409-2003

[6]周丽萍，刘志新，高建. 上海某大型医院建筑能耗审计和节能措施的分析[J]. 工业建 筑，2008（6）

[7]刘红卫， 徐贵来， 张晴， 等. 汉口地区影响热源井回灌量的主要因素[J]. 资源环境与工程，2010（12）

[8]于明志，方肇洪，李明钧.土壤冻结对地热换热器传热的影响地埋地质[J].山东建筑工程学院学报，2001（11）

[9]殷平.地源热泵在中国.现代空调，2001（8）

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