山西某医院地源热泵系统设计与实践

工程概况

该项目工程为某医院办公楼，位于山西省太原市。1栋门诊楼，高度为40.8 m, 楼层数为10层；1栋研究楼，高度为83.6 m, 楼层数为26层，两栋楼总建筑面积约为27 551 m2,带地下停车场，外加1栋3层的模具间。经地质勘探，地下120 m内无岩石，无其他建筑，土壤条件较好，符合地源热泵打孔条件，决定采用地源热泵空调系统解决该医院的夏季制冷和冬季采暖问题。

依据的技术标准

方案设计依据的技术标准有：GB 50019—2015《采暖通风与空气调节设计规范》、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》、GB 50243—2016《通风与空调工程施工质量验收规范》和2009JSCS-4《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调·动力》。

供热及供冷设计参数

参照当地气象统计资料，供热、供冷计算参数见表1。

设备选型及方案设计

根据建筑冷热量的需求，考虑地埋管所能提供的冷热量，经计算后推荐选择螺杆形式的地源热泵主机作为制冷制热主机，如图2所示。

地热源泵的工作原理为：在蒸发器和冷凝器两侧安装有8个转换阀门，通过转换阀门进行夏季和冬季切换。夏季时，用户侧和蒸发器连通，通过蒸发器散热，热量传给冷凝器，冷凝器和地源侧连通，通过冷凝器将热量储存到地源侧；冬季时，地源侧和蒸发器连通，地源侧的热量通过蒸发器散热，传递给冷凝器，冷凝器和用户侧连通，通过冷凝器将热量供给用户侧。蒸发器和冷凝器中流动的是经过软化处理的自来水，整个过程以水为媒介，与土壤进行热量交换。

地源热泵技术已使用5年。总体运行平稳，符合设计要求。夏季室内温度可达到22～25 ℃;冬季室内温度可达到22～26 ℃,全年满足温、湿度要求。由于机组及系统可以实现自动化控制，且不受外管网的影响，可自主决定供热、制冷的时间。

与传统空调相比较，其费用优势如下：

(1)夏季所需总制冷量为1 371kW。根据空调制冷量标准计算，1P空调最大制冷量为2.5 kW,且1P功率为0.735 kW,空调的总输入功率为：1 371×0.735/2.5=388 kW,使用效率为60%,则每月总用电量为：388×24×30×60%=167 616 kW·h。使用地源热泵夏季的耗电量每月约为70 000 kW·h, 低于空调制冷用电量。

(2)冬季所需总制热量为1 790kW。1P空调最大制热量为最大制冷量的1.2倍，空调的总输入功率为：1790×0.735/2 500×1.2=438 kW,使用效率为60%,则每月的总用电量为：438×24×30×60%=189 216 kW·h。使用地源热泵的冬季耗电量每月约为80 000 kW·h, 低于空调制热用电量。

通过对比可以看出，地源热泵是一种低能耗、高效率的空调系统，且不需要室外压缩机或冷却水塔，对建筑外观不会有影响；地源热泵需要的制冷剂比空调机组少50%,CO2排放量低，对环境的影响较低；地源热泵系统可靠性强，维护费用较低，以该医院的地源热泵系统运行为例，其每年的维护费用约为100 000元，仅为同规格传统空调系统的1/3。

结语

地源热是低污染和绿色环保的可再生能源之一，其设计灵活，可用于新建筑空调系统，也可以用于旧建筑改造，可以单一利用地源热，也可以与其他工业余热结合，或与太阳能系统结合，在我国实现“碳达峰、碳中和”的征途上地源热泵必将发挥更大的作用。