济宁医学院地源热泵示范项目优势解析

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（济宁医学院，山东 济宁 272000）

地源热泵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，并采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。

1 项目概况

济宁医学院迁建项目位于济宁市北湖新区，规划内占地约800亩，总建筑面积22万平米，由教学楼、信息图书馆、实验楼、行政办公楼、学生公寓等组成。济宁医学院把北湖新校区定位为一个高端院校的建设项目，采用了多项建筑节能技术。本项目总建筑面积约22万m2进行可再生能源建筑应用示范，采用了地源热泵为示范面积提供采暖和制冷。

2 示范目标

该项目为高校大面积使用地源热泵供热和制冷新能源示范项目，贯彻《可再生能源法》,按照《节能规划》要求,充分利用浅层地热能等可再生能源,通过先进、适用的科学技术手段，将其应用到该节能示范项目，实现建筑节能达到65%的国家标准，把济宁医学院建设成可再生能源综合应用的示范区，以推动可再生能源综合利用技术在济宁地区的应用和发展。

3 传统的空调系统的发展瓶颈

传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉），燃煤锅炉是最主要的大气污染源，中小型燃煤锅炉在城市中已被逐步淘汰；燃油和天然气的锅炉虽然减轻了对大气的污染，但排放的温室效应气体（CO2）仍造成环境问题，而且运行费用很高。随着不可再生能源的逐渐开采，能源危机及可持续发展战略已成为全球性的重要问题。

4 地埋管热泵采暖制冷系统技术优点

根据地埋管热泵系统的原理，其具有以下显著优点：●节能：性能系数较高，地热能可提供采暖能耗的70%以上，制冷时可节省运行费用25%-50%；●环保：减少CO2排量，不向室外排热，不用地下水，减少城市热岛效应；●可持续发展：热量冬取夏蓄循环利用，利用可再生能源；●无室外机：设备在专用机房内布置，不影响建筑外观，使用寿命长；●一机多用：一套系统可同时实现采暖、空调功能，均衡用电负荷，节省建筑空间。●灵活：控制灵活，使用方便。●维护费用低：可靠性高，系统简单，维护量少。

5 地源热泵建设方案

5.1 冷热负荷计算分析

济宁医学院采用采暖、制冷系统，由地源热泵机组提供冷热源，夏季向室内提供70C的冷水，冬季提供450C的热水，采暖、制冷的终端为风机盘管,通过其为每一房间提供均匀、舒适的制冷和采暖，其制冷和采暖效果非常均匀、舒适。地源热泵吸热量与放热量平衡分析，根据建筑设计所提供的资料和建筑所在地的气象资料，冷热负荷按面积来进行估算。夏冬季地下换热量分别是指夏季向土壤排放的热量和冬季从土壤吸收的热量。（1）采暖负荷估算。根据设计单位提供数据本项目平均单位面积热负荷指标为50W/m2,整个示范项目制热负荷为11000KW。（2）制冷负荷估算。本项目面积较大，人员密度较高，同时使用系数大。根据当地情况，本项目平均单位面积冷负荷指标估算为55W/m2,整个示范项目总冷负荷为12100KW。

5.2 示范项目采用的地埋管热泵系统

（1）本示范项目采用垂直式地埋管热泵系统。地源热泵主机系统整体设置，采用8台机组，根据整个校区使用情况自动调节，最大程度的节省运行费用。机房中设总分集水器,室外设置分区分集水器。每个钻孔分别接入约200路地埋U型管集水器,再通过机房总分集水器与热泵机组连接。(2)根据对现场钻探材料热物性测试结果、建筑施工图和项目建设所在地的气象地质条件，各地埋管换热孔深100m,孔径150mm，每个换热孔地埋管材料安装高密度聚乙烯管HDPE管材和管件型号为HDPE100管径为DN25。换热孔口位于地下车库地面以下，项目完成后不影响地下与地面的正常使用。

5.3 各埋管管路的控制措施

考虑到地源热泵系统日后的维护，整个地埋管系统采用一二级分集水器方式，室外地埋管系统的每个U型管在室外进室外二级集分水器，由二级分集水器进机房的一级分集水器。地埋孔中的U型管进入二级集水器（分水器）前安装铜制球阀，二级分集水器水平管进机房一级分集水器前安装闸阀，这样2200个U型管回路都可以单独控制，即使以后出现几个回路损坏，也在可控范围内，不影响整个系统的运行；每个U型管只在孔底部和U型接头相连时有两个接点（该接点在地埋管出厂前按标准化生产工艺生产），中间无接头，其他接头都在分集水器处，以后个别地埋管即便出现问题，也可以进行检修，这样做虽然增加了一定的施工难度，但提高了系统日后运行的可靠性。同时也节省了地埋管水平联管施工的工程材料费用。

6 节能环保效益计算

6.1 采暖系统

与燃煤锅炉相比，本项目如采用燃煤锅炉供暖，需使用4台5吨锅炉。一个采暖季消耗标准煤7400吨。如采用地源热泵，冬季每天平均运行20小时，按120天计,需消耗电753万KWh，折合标准煤2462吨（1万kWh=3.27t标煤）。地源热泵系统比燃煤锅炉节省标准煤4938吨 (工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳2620千克,二氧化硫8.5千克,氮氧化物7.4千克。因此燃煤锅炉排放废气为大气的主要污染源之一)，所以每年本项目冬季减少排放二氧化碳12937吨，二氧化硫42吨，氮氧化物36.5吨。

6.2 制冷系统

地源热泵机组运行的直接费用主要为电费。运行电量为空调地源热泵主机、空调水循环泵、地埋管循环水泵。由于水源热泵机组根据天气情况部分时间非满负荷运行（按一般统计，空调负荷在80%以上时间仅占到全部时间的15%～25%，而60%以下负荷则占到50%～60%），此处综合运行负荷系数取0.8；制冷季按90天计，夏季每天平均运行18小时。

夏季：地源热泵机组：1872.8 KW

蒸发器循环泵8台：45KW×8=360KW

冷凝器循环泵8台：45KW×8=360KW

夏季运行电量：(1872.8×0.8+360+360)×18×90=3593549KW

根据冷负荷估算计算结果，以整个示范面积全年耗冷量约359万KWh,折合标准煤1174吨，地源热泵的制冷COP值为5.7,根据国家标准GB12021.3-2004《房间空气调节器能效限定值及能源效率等级》规定的五级标准（代表节能性产品的门槛（最小寿命周期成本））计，假定空调器制冷COP值为2.6,全年耗电量约787万KWh，折合标准煤2574吨。节省标准煤1400吨。

综合以上论述，参照系统全年耗能量折合节省标准煤6338吨。所以每年本项目减少排放二氧化碳16606吨，二氧化硫54吨，氮氧化物47吨。收到了显著的节能环保效益，充分的起到了示范作用。随着社会节能环保意识的增强和人们对地源热泵认识的日益加深，相信地源热泵将会有更为广阔的发展空间。

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