濟寧醫(yī)學院地源熱泵示范項目優(yōu)勢解析

許可

（濟寧醫(yī)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(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。

1 項目概況

濟寧醫(yī)學院遷建項目位于濟寧市北湖新區(qū)，規(guī)劃內(nèi)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(yī)學院把北湖新校區(qū)定位為一個高端院校的建設項目，采用了多項建筑節(jié)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(jié)能規(guī)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(jié)能示范項目，實現(xiàn)建筑節(jié)能達到65%的國家標準，把濟寧醫(yī)學院建設成可再生能源綜合應用的示范區(qū)，以推動可再生能源綜合利用技術在濟寧地區(qū)的應用和發(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(huán)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(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球性的重要問題。

4 地埋管熱泵采暖制冷系統(tǒng)技術優(yōu)點

根據(jù)地埋管熱泵系統(tǒng)的原理，其具有以下顯著優(yōu)點：●節(jié)能：性能系數(shù)較高，地熱能可提供采暖能耗的70%以上，制冷時可節(jié)省運行費用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；●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；●無室外機：設備在專用機房內(nèi)布置，不影響建筑外觀，使用壽命長；●一機多用：一套系統(tǒng)可同時實現(xiàn)采暖、空調(diào)功能，均衡用電負荷，節(jié)省建筑空間?！耢`活：控制靈活，使用方便?！窬S護費用低：可靠性高，系統(tǒng)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(yī)學院采用采暖、制冷系統(tǒng)，由地源熱泵機組提供冷熱源，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(jù)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?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）采暖負荷估算。根據(jù)設計單位提供數(shù)據(jù)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(shù)大。根據(jù)當?shù)厍闆r，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(tǒng)

（1）本示范項目采用垂直式地埋管熱泵系統(tǒng)。地源熱泵主機系統(tǒng)整體設置，采用8臺機組，根據(jù)整個校區(qū)使用情況自動調(diào)節(jié)，最大程度的節(jié)省運行費用。機房中設總分集水器,室外設置分區(qū)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(jù)對現(xiàn)場鉆探材料熱物性測試結(jié)果、建筑施工圖和項目建設所在地的氣象地質(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(tǒng)日后的維護，整個地埋管系統(tǒng)采用一二級分集水器方式，室外地埋管系統(tǒng)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(xiàn)幾個回路損壞，也在可控范圍內(nèi)，不影響整個系統(tǒng)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(chǎn)工藝生產(chǎn)），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(xiàn)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(tǒng)日后運行的可靠性。同時也節(jié)省了地埋管水平聯(lián)管施工的工程材料費用。

6 節(jié)能環(huán)保效益計算

6.1 采暖系統(tǒng)

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(tǒng)比燃煤鍋爐節(jié)省標準煤4938噸 (工業(yè)鍋爐每燃燒一噸標準煤,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)

地源熱泵機組運行的直接費用主要為電費。運行電量為空調(diào)地源熱泵主機、空調(diào)水循環(huán)泵、地埋管循環(huán)水泵。由于水源熱泵機組根據(jù)天氣情況部分時間非滿負荷運行（按一般統(tǒng)計，空調(diào)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(shù)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(fā)器循環(huán)泵8臺：45KW×8=360KW

冷凝器循環(huán)泵8臺：45KW×8=360KW

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

根據(jù)冷負荷估算計算結(jié)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(jù)國家標準GB12021.3-2004《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級》規(guī)定的五級標準（代表節(jié)能性產(chǎn)品的門檻（最小壽命周期成本））計，假定空調(diào)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(jié)省標準煤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(jié)能環(huán)保效益，充分的起到了示范作用。隨著社會節(jié)能環(huán)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(fā)展空間。

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