濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院地源熱泵示范項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)解析

許可

（濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000）

地源熱泵是利用地球表面淺層水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮?，并采用熱泵原理，既可供熱又可制冷的高效?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

1 項(xiàng)目概況

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院遷建項(xiàng)目位于濟(jì)寧市北湖新區(qū)，規(guī)劃內(nèi)占地約800畝，總建筑面積22萬(wàn)平米，由教學(xué)樓、信息圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)樓、行政辦公樓、學(xué)生公寓等組成。濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院把北湖新校區(qū)定位為一個(gè)高端院校的建設(shè)項(xiàng)目，采用了多項(xiàng)建筑節(jié)能技術(shù)。本項(xiàng)目總建筑面積約22萬(wàn)m2進(jìn)行可再生能源建筑應(yīng)用示范，采用了地源熱泵為示范面積提供采暖和制冷。

2 示范目標(biāo)

該項(xiàng)目為高校大面積使用地源熱泵供熱和制冷新能源示范項(xiàng)目，貫徹《可再生能源法》,按照《節(jié)能規(guī)劃》要求,充分利用淺層地?zé)崮艿瓤稍偕茉?通過(guò)先進(jìn)、適用的科學(xué)技術(shù)手段，將其應(yīng)用到該節(jié)能示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能達(dá)到65%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，把濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院建設(shè)成可再生能源綜合應(yīng)用的示范區(qū)，以推動(dòng)可再生能源綜合利用技術(shù)在濟(jì)寧地區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展。

3 傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸

傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)通常需分別設(shè)置冷源（制冷機(jī)）和熱源（鍋爐），燃煤鍋爐是最主要的大氣污染源，中小型燃煤鍋爐在城市中已被逐步淘汰；燃油和天然氣的鍋爐雖然減輕了對(duì)大氣的污染，但排放的溫室效應(yīng)氣體（CO2）仍造成環(huán)境問(wèn)題，而且運(yùn)行費(fèi)用很高。隨著不可再生能源的逐漸開(kāi)采，能源危機(jī)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球性的重要問(wèn)題。

4 地埋管熱泵采暖制冷系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)地埋管熱泵系統(tǒng)的原理，其具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：●節(jié)能：性能系數(shù)較高，地?zé)崮芸商峁┎膳芎牡?0%以上，制冷時(shí)可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用25%-50%；●環(huán)保：減少CO2排量，不向室外排熱，不用地下水，減少城市熱島效應(yīng)；●可持續(xù)發(fā)展：熱量冬取夏蓄循環(huán)利用，利用可再生能源；●無(wú)室外機(jī)：設(shè)備在專用機(jī)房?jī)?nèi)布置，不影響建筑外觀，使用壽命長(zhǎng)；●一機(jī)多用：一套系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)采暖、空調(diào)功能，均衡用電負(fù)荷，節(jié)省建筑空間?！耢`活：控制靈活，使用方便?！窬S護(hù)費(fèi)用低：可靠性高，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)量少。

5 地源熱泵建設(shè)方案

5.1 冷熱負(fù)荷計(jì)算分析

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院采用采暖、制冷系統(tǒng)，由地源熱泵機(jī)組提供冷熱源，夏季向室內(nèi)提供70C的冷水，冬季提供450C的熱水，采暖、制冷的終端為風(fēng)機(jī)盤(pán)管,通過(guò)其為每一房間提供均勻、舒適的制冷和采暖，其制冷和采暖效果非常均勻、舒適。地源熱泵吸熱量與放熱量平衡分析，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)所提供的資料和建筑所在地的氣象資料，冷熱負(fù)荷按面積來(lái)進(jìn)行估算。夏冬季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。（1）采暖負(fù)荷估算。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供數(shù)據(jù)本項(xiàng)目平均單位面積熱負(fù)荷指標(biāo)為50W/m2,整個(gè)示范項(xiàng)目制熱負(fù)荷為11000KW。（2）制冷負(fù)荷估算。本項(xiàng)目面積較大，人員密度較高，同時(shí)使用系數(shù)大。根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，本項(xiàng)目平均單位面積冷負(fù)荷指標(biāo)估算為55W/m2,整個(gè)示范項(xiàng)目總冷負(fù)荷為12100KW。

5.2 示范項(xiàng)目采用的地埋管熱泵系統(tǒng)

（1）本示范項(xiàng)目采用垂直式地埋管熱泵系統(tǒng)。地源熱泵主機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)置，采用8臺(tái)機(jī)組，根據(jù)整個(gè)校區(qū)使用情況自動(dòng)調(diào)節(jié)，最大程度的節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。機(jī)房中設(shè)總分集水器,室外設(shè)置分區(qū)分集水器。每個(gè)鉆孔分別接入約200路地埋U型管集水器,再通過(guò)機(jī)房總分集水器與熱泵機(jī)組連接。(2)根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆探材料熱物性測(cè)試結(jié)果、建筑施工圖和項(xiàng)目建設(shè)所在地的氣象地質(zhì)條件，各地埋管換熱孔深100m,孔徑150mm，每個(gè)換熱孔地埋管材料安裝高密度聚乙烯管HDPE管材和管件型號(hào)為HDPE100管徑為DN25。換熱孔口位于地下車庫(kù)地面以下，項(xiàng)目完成后不影響地下與地面的正常使用。

5.3 各埋管管路的控制措施

考慮到地源熱泵系統(tǒng)日后的維護(hù)，整個(gè)地埋管系統(tǒng)采用一二級(jí)分集水器方式，室外地埋管系統(tǒng)的每個(gè)U型管在室外進(jìn)室外二級(jí)集分水器，由二級(jí)分集水器進(jìn)機(jī)房的一級(jí)分集水器。地埋孔中的U型管進(jìn)入二級(jí)集水器（分水器）前安裝銅制球閥，二級(jí)分集水器水平管進(jìn)機(jī)房一級(jí)分集水器前安裝閘閥，這樣2200個(gè)U型管回路都可以單獨(dú)控制，即使以后出現(xiàn)幾個(gè)回路損壞，也在可控范圍內(nèi)，不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；每個(gè)U型管只在孔底部和U型接頭相連時(shí)有兩個(gè)接點(diǎn)（該接點(diǎn)在地埋管出廠前按標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝生產(chǎn)），中間無(wú)接頭，其他接頭都在分集水器處，以后個(gè)別地埋管即便出現(xiàn)問(wèn)題，也可以進(jìn)行檢修，這樣做雖然增加了一定的施工難度，但提高了系統(tǒng)日后運(yùn)行的可靠性。同時(shí)也節(jié)省了地埋管水平聯(lián)管施工的工程材料費(fèi)用。

6 節(jié)能環(huán)保效益計(jì)算

6.1 采暖系統(tǒng)

與燃煤鍋爐相比，本項(xiàng)目如采用燃煤鍋爐供暖，需使用4臺(tái)5噸鍋爐。一個(gè)采暖季消耗標(biāo)準(zhǔn)煤7400噸。如采用地源熱泵，冬季每天平均運(yùn)行20小時(shí)，按120天計(jì),需消耗電753萬(wàn)KWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2462噸（1萬(wàn)kWh=3.27t標(biāo)煤）。地源熱泵系統(tǒng)比燃煤鍋爐節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤4938噸 (工業(yè)鍋爐每燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤,就產(chǎn)生二氧化碳2620千克,二氧化硫8.5千克,氮氧化物7.4千克。因此燃煤鍋爐排放廢氣為大氣的主要污染源之一)，所以每年本項(xiàng)目冬季減少排放二氧化碳12937噸，二氧化硫42噸，氮氧化物36.5噸。

6.2 制冷系統(tǒng)

地源熱泵機(jī)組運(yùn)行的直接費(fèi)用主要為電費(fèi)。運(yùn)行電量為空調(diào)地源熱泵主機(jī)、空調(diào)水循環(huán)泵、地埋管循環(huán)水泵。由于水源熱泵機(jī)組根據(jù)天氣情況部分時(shí)間非滿負(fù)荷運(yùn)行（按一般統(tǒng)計(jì)，空調(diào)負(fù)荷在80%以上時(shí)間僅占到全部時(shí)間的15%～25%，而60%以下負(fù)荷則占到50%～60%），此處綜合運(yùn)行負(fù)荷系數(shù)取0.8；制冷季按90天計(jì)，夏季每天平均運(yùn)行18小時(shí)。

夏季：地源熱泵機(jī)組：1872.8 KW

蒸發(fā)器循環(huán)泵8臺(tái)：45KW×8=360KW

冷凝器循環(huán)泵8臺(tái)：45KW×8=360KW

夏季運(yùn)行電量：(1872.8×0.8+360+360)×18×90=3593549KW

根據(jù)冷負(fù)荷估算計(jì)算結(jié)果，以整個(gè)示范面積全年耗冷量約359萬(wàn)KWh,折合標(biāo)準(zhǔn)煤1174噸，地源熱泵的制冷COP值為5.7,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12021.3-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級(jí)》規(guī)定的五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（代表節(jié)能性產(chǎn)品的門(mén)檻（最小壽命周期成本））計(jì)，假定空調(diào)器制冷COP值為2.6,全年耗電量約787萬(wàn)KWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤2574噸。節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤1400噸。

綜合以上論述，參照系統(tǒng)全年耗能量折合節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤6338噸。所以每年本項(xiàng)目減少排放二氧化碳16606噸，二氧化硫54噸，氮氧化物47噸。收到了顯著的節(jié)能環(huán)保效益，充分的起到了示范作用。隨著社會(huì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和人們對(duì)地源熱泵認(rèn)識(shí)的日益加深，相信地源熱泵將會(huì)有更為廣闊的發(fā)展空間。

[1]顏愛(ài)斌.地源熱泵應(yīng)用的技術(shù)分析與思考.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,8(2):120-122.

[2]李軼,王海,李永安.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).制冷,2002,21(2):26-29.

[3]謝汝鏞.地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì).現(xiàn)代空調(diào)第三輯.2001，8:33-35.

[4]王景剛,馬一太,等.地源熱泵的運(yùn)行特性模擬研究.工程熱物理學(xué)報(bào),2003,24(3):361-366.

[5]姜寶成,王永鏢,李炳熙.地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià).哈爾濱工業(yè)大學(xué)報(bào),2003,35(2):195-198.

[6]許淑惠,邢云緋.地源熱泵-供熱空調(diào)特性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2002,18(4):26-29.

[7]方肇洪,刁乃仁,等.豎直U型埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝.現(xiàn)代空調(diào)第三輯,2001，8:101-105.

[8]陳超,王陳棟,伍品.地下水地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用討論[J].暖通空調(diào).2008，07.

[9]李波濤.熱泵供熱空調(diào)系統(tǒng)淺議[J].科技信息.2011，12.

[10]崔海成,張劍.地表水水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷.2008，12.

[11]樓世竹,徐帆.地下水地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的若干技術(shù)問(wèn)題[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷.2008，11.

[12]張文宇,龍惟定.上海世博園地表水地源熱泵的應(yīng)用及環(huán)境影響分析[J].暖通空調(diào).2007，02.