0 引言
在国家鼓励推广节能环保可再生能源利用项目以及大力推进浅层地热能开发利用的精神指导下，地源热泵技术以其节能、环保、可利用低位热源的特性，在我国快速发展起来。
2008年3月宁夏人民医院新区医院工程积极申报了地源热泵项目，并得到了国家发改委的批准及资金支持，设计者针对该工程及银川地区的特点，对地源热泵系统的两种形式：地下水源热泵系统及土壤源热泵系统进行选择，最终选择了更适合于银川地区的土壤源热泵作为空调系统的冷热源，并提出相应的对策及解决方法。
1 工程概述
宁夏人民医院新区医院地处银川市正源北街与贺兰山中路交叉口的东北侧，规划有门诊楼、医技楼、住院楼、行政办公楼、特需病房楼、肝炎病房楼、高压氧仓、专家宿舍楼等相应配套的功能建筑，为一座花园式现代化医院，总建筑面积约114700m2。
该工程于2008年5月完成设计，2010年10月投入试运行。
1.1银川地区室外主要气象参数
大气压力：冬季895.7mbar;夏季883.5mbar;夏季室外通风计算温度：27℃;夏季室外空调计算干球温度：30.6℃;夏季室外空调计算湿球温度：22℃;冬季室外通风计算温度：-9℃;冬季室外采暖计算温度：-15℃;冬季室外空调计算温度：-18℃
1.2室内采暖通风设计参数
参数
房间名称 |
温度(℃) |
相对湿度(%) |
噪声dB(A) |
新风量
（m3/h.人） |
|
夏季 |
冬季 |
夏季 |
冬季 |
|
病房 |
25-27 |
20-22 |
45-60 |
40-55 |
≤45 |
40 |
|
洁净手术部 |
25-27 |
22-26 |
40-60 |
40-60 |
≤50 |
按洁净等级要求
计算
|
|
ICU部 |
25-27 |
22-24 |
35-60 |
35-60 |
≤50 |
按洁净等级要求
|
|
妇产科、小儿科 |
25-27 |
23-25 |
45-60 |
40-55 |
≤45 |
40 |
|
检查室、诊断室 |
25-27 |
18-20 |
40-60 |
40-60 |
≤55 |
30 |
|
办公室、值班室 |
26-28 |
18-20 |
≤65 |
≤65 |
≤45 |
30 |
|
卫生间 |
|
16-18 |
|
|
≤60 |
|
|
后勤用房 |
|
16-18 |
|
|
≤65 |
|
2. 空调系统冷热源方案
该工程全部采用中央空调系统，夏季空调系统计算总冷负荷约为8029KW,冬季空调系统计算热负荷约为11223KW,夏季供冷，冬季供热，全年供应卫生热水。
本工程空调冷热源方案积极响应国家倡导推广节能环保可再生能源政策以及大力推广浅层地热能利用的精神，设计采用地源热泵系统作为本工程空调冷热源。
地源热泵系统分水源热泵系统和土壤源热泵系统，选用何种方式应根据两种系统各自的特点，并结合银川地区的实际，选择适应于本工程的空调系统。
2.1地源热泵系统选择
地源热泵系统是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)和土壤源中吸收的太阳能和地热能为低温热源，采用热泵原理，由地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。在行业内部，地埋管地源热泵系统也经常被称为土壤源热泵系统或大地耦合系统，地下水源热泵系统和地表水源热泵系统则有时被直接称为地下水系统和地表水系统。
在这里主要探讨土壤源热泵系统和地下水源热泵系统，目前，这两种系统都是比较成熟的技术，在全国有大量成功的工程案例，两种系统同为浅层地热能类热泵系统，各有利弊，各有适宜条件，应根据当地的地质、水文、气候等特点，选择适合本地区的方案。
2.1.1银川平原区域水文地质条件
在银川平原范围内，覆盖在第三系地层之上为第四系砂层与粘土层，厚度约1600余米。
银川平原是一个分布广阔的水文地质单元体，赋存多层的承压水。基底岩层的地质构造带中，赋存矿化度较高的热水资源。 在深度200米以上的第四系土层中，在细砂、粉细砂层中赋存丰富的承压水，除表层为(60m以上)为潜水一微承压水，水质稍差外，其它各砂层中的承压水的水量丰富、水质好。 地下水的补给主要为盆地周围的山区的侧向补给，表层潜水也接受大气降水补给，但由于大气降水量小，如人为开采量大，其开采量将远大于补给量，势必造成地下水水位下降。
2.2 地下水源热泵系统与土壤源热泵系统比较
2.2.1地下水源热泵系统
水源热泵的优势
1)地下水水源热泵机组能效高于土壤源热泵系统，水源热泵机组制冷COP：4.8～6.1,制热COP：4.0～4.2;土壤源热泵机组制冷COP：4.8～6.1,制热COP：3.5～4，，
2)适合于冲、洪积扇上游地区，例如卵石、沙砾石地区，地下静水位不宜太高;
3)水源热泵系统造价低于土壤源热泵系统;
水源热泵的劣势
1)银川地区地质构造以中、细砂为主，加之政府主管部门对取水深度有规定，单井出水量较小，且井水含砂量较大;
2)在静水位很高，地层以中、细砂为主的银川地区回灌存在技术风险，回灌难度较大，回灌井数量较多，据银川地区已运行的工程反馈，回灌都存在问题;
3)由于地下水情况变化较大和回灌的难度，所以稳定性比土壤源热泵差
4)会造成水资源浪费和污染;
5)潜水泵和加压泵功率比较大;
6)存在后期维护工作，在有细砂的银川地区，除砂和洗井的工作量加大;
7)根据国家新的水资源管理办法，要收取相应的水资源使用费，运行成本增大;
2.2.2土壤源热泵系统
土壤源热泵的优势
1)、供热时没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省了冷却塔，避免了噪音及霉菌污染;不抽取地下水，环保性优于水源热泵;
2)、地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，它不受地域、资源等限制，且地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，系统安全性较高;
3)地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，大大降低了运行成本;
4)、适合于中、细砂类水源热泵不适宜的地区;
土壤源热泵的劣势
1、初投资比水源热泵系统高约20%-30%;
2、地源热泵机组能效比比水源热泵略低，制冷COP：4.8～6.1,制热COP：3.5～4.0,但综合水泵功率后的系统能效和水源热泵持平。
3、室外占地面积大，须由专业队伍进行施工;
4、对于冬、夏季空调负荷差别大的地区，必须考虑土壤的热平衡，采用供热锅炉来进行调峰。
2.3结论
土壤源热泵系统和地下水源热泵系统是近年来国家大力推广的节能技术，比较两种系统形式，针对银川的地质条件和医院的使用性质更适宜采用土壤源热泵系统。
2.4自治区医院土壤源热泵空调系统具体实施方案
2.4.1土壤源热泵系统负荷及室外换热埋管系统长度确定，根据冬、夏负荷及投资运行费用进行比较来确定，本工程土壤源热泵系统负荷及室外换热埋管系统长度根据夏季空调冷负荷来确定。
为获得准确的土壤换热系数等参数，本工程打了两口测试井，经过多次测试并运用专业计算软件对土壤冬、夏热平衡进行分析，得到额定工况室外换热埋管系统换热器夏季平均放热能力为60.3W/m,冬季平均取热能力为34.6 W/m，根据以上数据及夏季冷负荷来确定室外换热埋管系统长度。
室外换热埋管系统换热器换热系统，采用双U型地埋管，地源侧水系统均为闭式系统，介质为清水，通过地埋管进行热量交换，夏季将热量排到地下土壤中，冬季从地下土壤中提取热量，为建筑提供冷热源。
2.4.2 针对本工程冷、热负荷相差较大的实际情况，为保证冬季热负荷要求，在冬季必须采用燃气锅炉来调峰，以保证土壤的热平衡及系统的稳定，拟采用环保超高能效地源热泵机组2台，全热回收螺杆式地源热泵机组1台，总制冷量约8090KW，冬季机组制热量约7840KW,冬季空调负荷缺2483KW,不足的热量由锅炉房燃气热水锅炉通过换热机组进行补充，设置2台1.4MW的燃气热水锅炉进行补热，保证系统的稳定;
2.4.3夏季制冷时1台全热回收螺杆式地源热泵机组可同时产生卫生热水，系统能效比更高，冬季卫生热水由消毒用蒸汽锅炉产生的蒸汽经换热器换热取得;
2.4.4 地源热泵系统集成设计及施工由专业公司进行实施，室外换热埋管系统长度按夏季冷负荷来确定，运用专业计算软件对地埋管长度进行详细计算并考虑修正;对土壤冬、夏热平衡进行分析，对土壤的逐年温度变化进行动态模拟分析，且须考虑到最不利因素的影响，确保土壤源热泵系统安全可靠运行。根据计算本工程需埋置De40双U型垂直孔1455口，孔深130米，孔间距不小于5米。
3. 结语
该空调系统已于2010年11月进入试运行阶段,通过一个冬季及一个夏季的运行，系统运行稳定，各种参数达到设计要求。空调系统还有待于进一步观测，检控，得出土壤源热泵系统的运行测试分析，并总结出实际运行经验，使该技术在银川地区得以推广应用。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院.GB50366-2005 地源热泵系统工程技术规范[S]北京:中国建筑工业出版社,2005
[2] 徐伟 主编 中国地源热泵发展研究报告(2008) [M]北京: 中国建筑工业出版社,2008
[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2008
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宁夏人民医院新区医院地源热泵冷热源系统选择
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