濟寧醫學院地源熱泵示范項目優勢解析

許可

（濟寧醫學院，山東 濟寧 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能和地熱能，并采用熱泵原理，既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。

1 項目概況

濟寧醫學院遷建項目位于濟寧市北湖新區，規劃內占地約800畝，總建筑面積22萬平米，由教學樓、信息圖書館、實驗樓、行政辦公樓、學生公寓等組成。濟寧醫學院把北湖新校區定位為一個高端院校的建設項目，采用了多項建筑節能技術。本項目總建筑面積約22萬m2進行可再生能源建筑應用示范，采用了地源熱泵為示范面積提供采暖和制冷。

2 示范目標

該項目為高校大面積使用地源熱泵供熱和制冷新能源示范項目，貫徹《可再生能源法》,按照《節能規劃》要求,充分利用淺層地熱能等可再生能源,通過先進、適用的科學技術手段，將其應用到該節能示范項目，實現建筑節能達到65%的國家標準，把濟寧醫學院建設成可再生能源綜合應用的示范區，以推動可再生能源綜合利用技術在濟寧地區的應用和發展。

3 傳統的空調系統的發展瓶頸

傳統的空調系統通常需分別設置冷源（制冷機）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大氣的污染，但排放的溫室效應氣體（CO2）仍造成環境問題，而且運行費用很高。隨著不可再生能源的逐漸開采，能源危機及可持續發展戰略已成為全球性的重要問題。

4 地埋管熱泵采暖制冷系統技術優點

根據地埋管熱泵系統的原理，其具有以下顯著優點：●節能：性能系數較高，地熱能可提供采暖能耗的70%以上，制冷時可節省運行費用25%-50%；●環保：減少CO2排量，不向室外排熱，不用地下水，減少城市熱島效應；●可持續發展：熱量冬取夏蓄循環利用，利用可再生能源；●無室外機：設備在專用機房內布置，不影響建筑外觀，使用壽命長；●一機多用：一套系統可同時實現采暖、空調功能，均衡用電負荷，節省建筑空間。●靈活：控制靈活，使用方便。●維護費用低：可靠性高，系統簡單，維護量少。

5 地源熱泵建設方案

5.1 冷熱負荷計算分析

濟寧醫學院采用采暖、制冷系統，由地源熱泵機組提供冷熱源，夏季向室內提供70C的冷水，冬季提供450C的熱水，采暖、制冷的終端為風機盤管,通過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，根據建筑設計所提供的資料和建筑所在地的氣象資料，冷熱負荷按面積來進行估算。夏冬季地下換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）采暖負荷估算。根據設計單位提供數據本項目平均單位面積熱負荷指標為50W/m2,整個示范項目制熱負荷為11000KW。（2）制冷負荷估算。本項目面積較大，人員密度較高，同時使用系數大。根據當地情況，本項目平均單位面積冷負荷指標估算為55W/m2,整個示范項目總冷負荷為12100KW。

5.2 示范項目采用的地埋管熱泵系統

（1）本示范項目采用垂直式地埋管熱泵系統。地源熱泵主機系統整體設置，采用8臺機組，根據整個校區使用情況自動調節，最大程度的節省運行費用。機房中設總分集水器,室外設置分區分集水器。每個鉆孔分別接入約200路地埋U型管集水器,再通過機房總分集水器與熱泵機組連接。(2)根據對現場鉆探材料熱物性測試結果、建筑施工圖和項目建設所在地的氣象地質條件，各地埋管換熱孔深100m,孔徑150mm，每個換熱孔地埋管材料安裝高密度聚乙烯管HDPE管材和管件型號為HDPE100管徑為DN25。換熱孔口位于地下車庫地面以下，項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日后的維護，整個地埋管系統采用一二級分集水器方式，室外地埋管系統的每個U型管在室外進室外二級集分水器，由二級分集水器進機房的一級分集水器。地埋孔中的U型管進入二級集水器（分水器）前安裝銅制球閥，二級分集水器水平管進機房一級分集水器前安裝閘閥，這樣2200個U型管回路都可以單獨控制，即使以后出現幾個回路損壞，也在可控范圍內，不影響整個系統的運行；每個U型管只在孔底部和U型接頭相連時有兩個接點（該接點在地埋管出廠前按標準化生產工藝生產），中間無接頭，其他接頭都在分集水器處，以后個別地埋管即便出現問題，也可以進行檢修，這樣做雖然增加了一定的施工難度，但提高了系統日后運行的可靠性。同時也節省了地埋管水平聯管施工的工程材料費用。

6 節能環保效益計算

6.1 采暖系統

與燃煤鍋爐相比，本項目如采用燃煤鍋爐供暖，需使用4臺5噸鍋爐。一個采暖季消耗標準煤7400噸。如采用地源熱泵，冬季每天平均運行20小時，按120天計,需消耗電753萬KWh，折合標準煤2462噸（1萬kWh=3.27t標煤）。地源熱泵系統比燃煤鍋爐節省標準煤4938噸 (工業鍋爐每燃燒一噸標準煤,就產生二氧化碳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

地源熱泵機組運行的直接費用主要為電費。運行電量為空調地源熱泵主機、空調水循環泵、地埋管循環水泵。由于水源熱泵機組根據天氣情況部分時間非滿負荷運行（按一般統計，空調負荷在80%以上時間僅占到全部時間的15%～25%，而60%以下負荷則占到50%～60%），此處綜合運行負荷系數取0.8；制冷季按90天計，夏季每天平均運行18小時。

夏季：地源熱泵機組：1872.8 KW

蒸發器循環泵8臺：45KW×8=360KW

冷凝器循環泵8臺：45KW×8=360KW

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

根據冷負荷估算計算結果，以整個示范面積全年耗冷量約359萬KWh,折合標準煤1174噸，地源熱泵的制冷COP值為5.7,根據國家標準GB12021.3-2004《房間空氣調節器能效限定值及能源效率等級》規定的五級標準（代表節能性產品的門檻（最小壽命周期成本））計，假定空調器制冷COP值為2.6,全年耗電量約787萬KWh，折合標準煤2574噸。節省標準煤1400噸。

綜合以上論述，參照系統全年耗能量折合節省標準煤6338噸。所以每年本項目減少排放二氧化碳16606噸，二氧化硫54噸，氮氧化物47噸。收到了顯著的節能環保效益，充分的起到了示范作用。隨著社會節能環保意識的增強和人們對地源熱泵認識的日益加深，相信地源熱泵將會有更為廣闊的發展空間。

[1]顏愛斌.地源熱泵應用的技術分析與思考.天津城市建設學院學報,2002,8(2):120-122.

[2]李軼,王海,李永安.地源熱泵空調系統的設計.制冷,2002,21(2):26-29.

[3]謝汝鏞.地源熱泵系統的設計.現代空調第三輯.2001，8:33-35.

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

[5]姜寶成,王永鏢,李炳熙.地源熱泵的技術經濟性評價.哈爾濱工業大學報,2003,35(2):195-198.

[6]許淑惠,邢云緋.地源熱泵-供熱空調特性及技術經濟分析.北京建筑工程學院學報,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系統的設計與安裝.現代空調第三輯,2001，8:101-105.

[8]陳超,王陳棟,伍品.地下水地源熱泵系統設計與應用討論[J].暖通空調.2008，07.

[9]李波濤.熱泵供熱空調系統淺議[J].科技信息.2011，12.

[10]崔海成,張劍.地表水水源熱泵系統的推廣應用[J].中國建設信息供熱制冷.2008，12.

[11]樓世竹,徐帆.地下水地源熱泵系統應用的若干技術問題[J].中國建設信息供熱制冷.2008，11.

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