工程概況

該項目工程為某醫院辦公樓，位于山西省太原市。1棟門診樓，高度為40.8 m, 樓層數為10層；1棟研究樓，高度為83.6 m, 樓層數為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。經地質勘探，地下120 m內無巖石，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系統解決該醫院的夏季制冷和冬季采暖問題。

依據的技術標準

方案設計依據的技術標準有：GB 50019—2015《采暖通風與空氣調節設計規范》、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》、GB 50243—2016《通風與空調工程施工質量驗收規范》和2009JSCS-4《全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調·動力》。

供熱及供冷設計參數

參照當地氣象統計資料，供熱、供冷計算參數見表1。

設備選型及方案設計

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

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

地源熱泵技術已使用5年。總體運行平穩，符合設計要求。夏季室內溫度可達到22～25 ℃;冬季室內溫度可達到22～26 ℃,全年滿足溫、濕度要求。由于機組及系統可以實現自動化控制，且不受外管網的影響，可自主決定供熱、制冷的時間。

與傳統空調相比較，其費用優勢如下：

(1)夏季所需總制冷量為1 371kW。根據空調制冷量標準計算，1P空調最大制冷量為2.5 kW,且1P功率為0.735 kW,空調的總輸入功率為：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, 低于空調制冷用電量。

(2)冬季所需總制熱量為1 790kW。1P空調最大制熱量為最大制冷量的1.2倍，空調的總輸入功率為：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、高效率的空調系統，且不需要室外壓縮機或冷卻水塔，對建筑外觀不會有影響；地源熱泵需要的制冷劑比空調機組少50%,CO2排放量低，對環境的影響較低；地源熱泵系統可靠性強，維護費用較低，以該醫院的地源熱泵系統運行為例，其每年的維護費用約為100 000元，僅為同規格傳統空調系統的1/3。

結語

地源熱是低污染和綠色環保的可再生能源之一，其設計靈活，可用于新建筑空調系統，也可以用于舊建筑改造，可以單一利用地源熱，也可以與其他工業余熱結合，或與太陽能系統結合，在我國實現“碳達峰、碳中和”的征途上地源熱泵必將發揮更大的作用。