隨著人們保健意識的日益提高,人們自然對醫療環境的要求也相應提高,對于現代化醫療建筑建設者來講,營造生態保健型綠色醫院就成為我們的努力方向,在現代醫院建筑中引入綠色節能的地源熱泵技術,使醫院真正成為人類和諧舒適,環境優美,綠色生態的現代化療養場所.因此,地源熱泵系統在現代醫院建筑中具有很大的應用價值,它將成為我國醫院建筑節能領域重點推廣的技術之一。

醫院地源熱泵系統的工作原理是通過深埋在地下巖土層的地埋管系統，與地源熱泵鉆孔周圍的巖土層進行能量交換。例如在冬季，地源熱泵地源側的供水溫度為2-5攝氏度，經過地下埋管的循環以后，回到地源熱泵地源側回水端的溫度升溫到7-10攝氏度。在主機內容將這7-10攝氏度的水在溫度交換器中進行換熱，銅管內的冷媒吸收熱量，再由壓縮機做功，產生高溫高壓氣體，并進行放熱，從而加熱室內的水循環系統。地源熱泵原理與一般中央空調類似，都是由空調的四大件構成。

在節能減排的大背景下，國家倡導發展新能源和可再生能源，地源熱泵系統技術作為可再生能源的利用，其應用的項目數量和規模近年來快速增加，以某醫院項目為例，對醫院項目應用地源熱泵系統進行分析。

從系統合理、可靠、節能、減少系統初投資等綜合因素出發，醫院地源熱泵系統冷熱方案如下：

本工程由地源熱泵負擔整個項目的50%冷熱負荷；由冷水機組負擔剩余50%冷負荷；由鍋爐提供熱負荷。

手術中心及CUU、ICU設置小型風冷冷熱機組長期供冷（由于資料未顯示此項負荷大小，本方案將其納入總負荷中考慮）。凈化空調所需蒸汽及生活熱水熱源由院區鍋爐房供給。使用暖氣片區域采用毛細管網。根據該項目占地面積進行地埋孔的打孔區域估算，按照5米間距120m孔深估算，地埋孔可布孔數為520口，需要鉆孔區域約為12600平方米。參照該地段其他項目地源熱泵地下巖土熱物性參數，選擇2臺螺桿式熱泵機組提供該項目50%冷熱負荷，夏季輔助2臺滿液高效型水冷冷水機組提供冷負荷，冬季輔以2臺燃油（氣）熱水鍋爐。

一、前言

有資料表明醫院的能耗是一般辦公建筑的1.6～2倍，而在整個建筑能耗中空調系統的能耗占到整個建筑總能耗的65%。在當今能源需求不斷增長的情況下，“節能”話題成為人們討論和關注的熱點。越來越多的設計師及企業在尋找綠色節能的方法。而地源熱泵技術是利用儲存在地表淺層的清潔可再生能源---地熱，作為冷熱源，沒有任何污染物排放，是當今最清潔、經濟節能的能源方式之一。

二、工程介紹

江蘇宿遷市某醫院一期工程該項目總用地面積53041.50m2，一期門診醫技病房綜合樓，地上十六層，地下一層，總建筑面積61520m2，其中地上面積49520m2，地下面積12000㎡。地下室主要功能為地下停車庫，空調機房、水泵房、消防水池；一至五層為門診辦公、手術室等；六-十六層均為普通病房，每層一個護理單元。本項目空調系統采用地源熱泵系統+冷水機組的混合式系統。

三、系統設計

1、空調系統冷熱負荷

經計算，本工程夏季最大冷負荷為5010kw；冬季最大熱負荷為3405kw。

2、空調主機選型

由于本項目冷熱負荷相差較大，故選用2臺螺桿式地源熱泵機組以及一臺水冷螺桿冷水機組，螺桿式熱泵機組單臺制冷量1727.2KW，制冷功率252.8KW，單臺制熱量1726.3KW，制熱功率357.3KW；水冷螺桿式冷水機組制冷量1566.1KW，制冷功率265.1KW。熱泵機組通過地埋管系統夏季散熱及冬季取熱，冷水機組夏季通過冷卻塔散熱。夏季冷凍水供回水溫度為7/12℃，冬季熱水供回水溫度為45/40℃。

3、空調系統設置

系統配置采用地源熱泵+單冷冷水機組+冷卻塔混合新能源系統，地埋管數量按系統冬季空調熱負荷進行垂直埋管，系統技術原理如下：

夏季，地源熱泵機組由地埋管系統冷卻制取7℃的冷凍水送至室內末端；

冬季，地源熱泵機組由地埋管系統吸熱制取45℃的空調熱水送到室內末端；

4、地埋管換熱器設計

地下土壤作為空調系統的冷熱源，其作用相當于換熱器，空調系統從土壤取冷/取熱，因此地源熱泵空調系統的核心技術是地埋管換熱器的設計與施工，而地埋管換熱器設計成功的關鍵在于取得可靠的工程所在地土壤熱物性參數數據。根據本工程巖土熱響應測試勘察報告分析可知，本工程延米取熱量為：43.5W/m ；延米放熱量為：62.5W/m。設計埋管深度為100m。

經計算本項目設計打孔數量為716口，地埋管設計孔間距4.5m×4.5m，地埋孔設置在周邊綠化及基坑內。單口孔水流量為1.02m3/h，根據《地源熱泵系統工程技術規范GB50366-2005》中地埋管換熱器內管道推薦流速要求雙U型埋管不宜小于0.4m/s，單U型埋管不宜小于0.6 m/s，本工程設計采用雙U形式的地埋管，管材選擇高密度聚乙烯（HDPE）管材，SDR11系列，垂直埋管直徑為De25，垂直孔孔徑Φ150，管內流速為0.45m/s。本工程鉆孔回填材料采用原漿回填。

5、機組運行策略

由于本項目地源熱泵系統能夠提供的冷負荷略多于冷水機組系統。實際運行過程中，為保證本系統能夠高效、穩定的運行，必須解決“優先開啟冷水機組還是地源熱泵機組”的問題。

1、主機性能比較

額定工況下，冷水機組與地源熱泵機組的能效比基本相同，但冷水機組在部分負荷工況下的能效比具有一定的優勢。

2、系統穩定性

采用地源熱泵機組需充分考慮室外地埋換熱器的熱平衡問題，即夏季最大散熱量與冬季最大吸熱量應盡可能保持平衡，減少室外地埋換熱器的熱堆積現象。因此為保證室外地埋換熱器的穩定性，確保系統正常運行，需根據室外地埋溫度場的情況，控制地源熱泵機組的使用。

根據上述分析可以得出，應優先開啟冷水機組，既能保證系統在較高效率下運行，又能保證系統穩定性。

6、熱平衡分析

通過模擬分析得出本項目全年取熱量和釋熱量相差7.17%，滿足江蘇省《地源熱泵系統工程技術規程》（DGJ32/TJ 89-2009）的要求。當地埋管換熱系統全年取熱量和釋熱量相差不大于10%時，對系統運行影響不大，不需要采取措施。當熱平衡率大于10%時，則應增設輔助熱源或冷卻塔等滿足建筑空調與供熱需求。

四、系統經濟性分析

本工程采用地源熱泵混合冷水機組系統初投資為1679萬元，空調造價經濟指標為：273元/㎡（建筑面積），若采用傳統冷水機組+熱水鍋爐系統初投資為1548萬元，空調造價經濟指標為：252元/㎡（建筑面積）。

空調系統的年運行費用計算公式如下：

式中Q為建筑年累計冷熱負荷，C為電價（本項目電價按照宿遷市目前的商業電價0.882元/kWh計算）。本項目地源熱泵系統實際運行時系統的性能系數COP分別為3.04（冬季）和3.42（夏季），通過計算使用地源熱泵系統年運行費用為165.9萬元。

冷水機組的運行費用：常規冷水機組系統性能系數COP選取為2.29。通過計算使用冷水機組+熱水鍋爐年運行費用為208.4萬元。

從全年運行狀況來看，與傳統冷水機組+熱水鍋爐系統相比，地源熱泵系統年節省運行費用42.5萬元，節能率達20.4%，因此本項目采用地源熱泵系統經濟效益明顯。結合投資回收期分析數據可知，3.1年就能回收增加的初投資。

五、結論

本項目空調系統的設計，保證了系統的的合理性、高效性特別是節能性。與傳統空調相比地源熱泵空調系統的節能優勢突出，實際工程中擬采用地源熱泵作為冷熱源時，應該對地埋系統設計、地埋管換熱系統熱平衡、冷熱負荷構成比例等方面綜合考慮，以便提高地源熱泵系統的可靠性及經濟性。