工程概況

該項目工程為某醫(yī)院辦公樓，位于山西省太原市。1棟門診樓，高度為40.8 m, 樓層數(shù)為10層；1棟研究樓，高度為83.6 m, 樓層數(shù)為26層，兩棟樓總建筑面積約為27 551 m2,帶地下停車場，外加1棟3層的模具間。經(jīng)地質(zhì)勘探，地下120 m內(nèi)無巖石，無其他建筑，土壤條件較好，符合地源熱泵打孔條件，決定采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)解決該醫(yī)院的夏季制冷和冬季采暖問題。

依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

方案設(shè)計依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有：GB 50019—2015《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》、GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50243—2016《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和2009JSCS-4《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-暖通空調(diào)·動力》。

供熱及供冷設(shè)計參數(shù)

參照當(dāng)?shù)貧庀蠼y(tǒng)計資料，供熱、供冷計算參數(shù)見表1。

設(shè)備選型及方案設(shè)計

根據(jù)建筑冷熱量的需求，考慮地埋管所能提供的冷熱量，經(jīng)計算后推薦選擇螺桿形式的地源熱泵主機(jī)作為制冷制熱主機(jī)，如圖2所示。

地熱源泵的工作原理為：在蒸發(fā)器和冷凝器兩側(cè)安裝有8個轉(zhuǎn)換閥門，通過轉(zhuǎn)換閥門進(jìn)行夏季和冬季切換。夏季時，用戶側(cè)和蒸發(fā)器連通，通過蒸發(fā)器散熱，熱量傳給冷凝器，冷凝器和地源側(cè)連通，通過冷凝器將熱量儲存到地源側(cè)；冬季時，地源側(cè)和蒸發(fā)器連通，地源側(cè)的熱量通過蒸發(fā)器散熱，傳遞給冷凝器，冷凝器和用戶側(cè)連通，通過冷凝器將熱量供給用戶側(cè)。蒸發(fā)器和冷凝器中流動的是經(jīng)過軟化處理的自來水，整個過程以水為媒介，與土壤進(jìn)行熱量交換。

地源熱泵技術(shù)已使用5年。總體運行平穩(wěn)，符合設(shè)計要求。夏季室內(nèi)溫度可達(dá)到22～25 ℃;冬季室內(nèi)溫度可達(dá)到22～26 ℃,全年滿足溫、濕度要求。由于機(jī)組及系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化控制，且不受外管網(wǎng)的影響，可自主決定供熱、制冷的時間。

與傳統(tǒng)空調(diào)相比較，其費用優(yōu)勢如下：

(1)夏季所需總制冷量為1 371kW。根據(jù)空調(diào)制冷量標(biāo)準(zhǔn)計算，1P空調(diào)最大制冷量為2.5 kW,且1P功率為0.735 kW,空調(diào)的總輸入功率為：1 371×0.735/2.5=388 kW,使用效率為60%,則每月總用電量為：388×24×30×60%=167 616 kW·h。使用地源熱泵夏季的耗電量每月約為70 000 kW·h, 低于空調(diào)制冷用電量。

(2)冬季所需總制熱量為1 790kW。1P空調(diào)最大制熱量為最大制冷量的1.2倍，空調(diào)的總輸入功率為：1790×0.735/2 500×1.2=438 kW,使用效率為60%,則每月的總用電量為：438×24×30×60%=189 216 kW·h。使用地源熱泵的冬季耗電量每月約為80 000 kW·h, 低于空調(diào)制熱用電量。

通過對比可以看出，地源熱泵是一種低能耗、高效率的空調(diào)系統(tǒng)，且不需要室外壓縮機(jī)或冷卻水塔，對建筑外觀不會有影響；地源熱泵需要的制冷劑比空調(diào)機(jī)組少50%,CO2排放量低，對環(huán)境的影響較低；地源熱泵系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，維護(hù)費用較低，以該醫(yī)院的地源熱泵系統(tǒng)運行為例，其每年的維護(hù)費用約為100 000元，僅為同規(guī)格傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的1/3。

結(jié)語

地源熱是低污染和綠色環(huán)保的可再生能源之一，其設(shè)計靈活，可用于新建筑空調(diào)系統(tǒng)，也可以用于舊建筑改造，可以單一利用地源熱，也可以與其他工業(yè)余熱結(jié)合，或與太陽能系統(tǒng)結(jié)合，在我國實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的征途上地源熱泵必將發(fā)揮更大的作用。