地源热泵技术在医院建筑工程中的应用

一、地源热泵的起源和发展

地源热泵的名称最早出现在1912年瑞士研发的一份专利文献中，它的应用源于欧洲。地源热泵是利用浅层地热能和太阳能作为冷热源进行能量转换的供热制冷技术。它既是一种可再生能源技术，也是一项重大的节能环保技术。

真正意义的工程应用历史很短但发展相当迅速，截止1985年美国共有14000套地源热泵能源。而到1997年，十几年时间就增加到45000套。目前为止已安装了40万套。而且每年以10%的速度在增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建建筑占30%。欧洲部分特别是中欧、北欧地区，如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家均利用浅层地热资源，采用地下水加埋管和垂直埋管技术，埋深在400米以上的地源热泵，用于室内地板辐射采暖或提供生活热水。据1999年的统计，家用供热装置中，地源热泵所占比例较高，瑞士为16%、奥地利为38%，丹麦为27%，同时中、北欧地源热泵的研发和应用也比较多。

在我国，地源热泵的应用起步较晚，发展潜力十分巨大。一方面，随着城市环境问题被日益重视，如北京地区新建小区一般不能使用燃煤锅炉进行供热，在此背景下如何有效的解决小区的供热需求成为目前住宅建设中的大问题。另一方面，能源结构需要调整，近年来我国住宅空调安装率迅速增长，借鉴发达国家的经验，采用地源热泵供暖、供冷或成为满足这种要求的最佳长远发展。

二、目前地源热泵在我国的发展趋势

近年来在国家科技部、国家环保总局、国家质监局等五部委的大力支持和推荐下，地源热泵技术受到了广泛的关注和重视。地源热泵中央空调已经在一些国家机关、企业、公共建筑和住宅广泛推广使用，效果显著，并显示出了广阔的应用前景。目前，我国的地源热泵市场日趋活跃，逐渐成为本世纪最有效，最具影响力和竞争力的空调技术。

目前我国的城市建设步伐已在加快，每年城镇新建住宅2.4亿平方米，如果这些建筑都配备地源热泵空调技术，这对我们这个需采暖面积占国土面积70%的国家而言，节省的能源是巨大的。而且地源热泵的初期投资与建筑成本的投资比例相对较低，地源侧工程施工平均每平方米投资在120元到200元。由此可见，我国与发达国家相比，地源热泵的初期投资是较低的。这对于提高环境质量，缓解紧张能源有很大的推进作用。

近几年各类数据显示，世界大气污染最严重的10个城市排名，我国基本占了7成，这也从一个侧面反映出我国城市空气质量不容乐观。加强空气质量的治理已到了刻不容缓的时候。为了彻底整治环境，减少温室气体的排放，我国政府已经实施了相关的政策，例如在北京等一些大、中城市已经开始了以电和新型能源代替煤来解决城市污染问题。由于每千瓦电能带来4-5千瓦热量，并且电能也是地源热泵唯一的驱动动力，因此没有燃烧分散所造成的大气污染。有资料调查表明，大力推广地源热泵的应用，对降低温室效应和降低城市空气污染问题起到了积极的作用。

三、大力推进地源热泵技术对能源与环保是个不争的事实

在我国，能源的缺失是个不争的事实，能源的利用率仅为30%，这仅相当于发达国家50年代的水平，而我国建筑能耗约占总能耗的25%，其中城市供热能耗占50%，由于能源的短缺导致中国的能源价格越来越接近和超越发达国家水平。为此重视和节约能源的开发和利用，决定了我国必须在空调和采暖这一高耗能上有所大力改进。就地源热泵技术而言，由于热泵仅仅是用来传输热量，而不是产生热量，所需要的热量有70%来自于地下。夏天制冷时，用来将建筑物中的热量传入到地下；所需要的电力消耗非常少。因此地源热泵这项节能技术应用在我国可以在一定程度上缓解我国的部分能源压力。通过实现对地源热泵的利用，不但能够实现对燃煤及天然气资源的节约，还能有效的避免臭氧的排放，减少颗粒雾霾的扩散，从根本上降低颗粒物的组成，为雾霾天气的驱散作出贡献。

四、地源热泵是最好的精品能源 也是最理想的绿色空调

精品能源、绿色空调成为当下建筑领域发展的主流方向，而地源热泵成为最新的选择而走进了我们的视野中。绿色无污染、环境效益显著、应用范围广、优势众多。从保护环境效益、能源的长期利用来讲，地源热泵技术是最好的替代产品。

运行可靠、效果显著

地源热泵是利用地下土壤中的能源，由于土壤中的温度较为稳定，常年平均处于15℃-18℃之间，冬季比外界环境温度高，夏季比环境温度低。这样就使得机组的吸热和放热不受外界温度变化的影响，所以与其他空调系统相比运行更加可靠稳定，无须担心夏季温度过高导致制冷效率不足、制冷效果差的问题，以及冬季温度过低机组外机结霜，制热不好产生的问题。

舒适性强、运行费用低

地源热泵与普通的中央空调相比，不受环境与气候的影响，所以在每个季节里都能正常高效的运行，给使用者提供足够的冷热量。不存在极端天气下制冷制热效果不足影响使用的现象。并且地源热泵采用的是水循环供暖、制冷系统，所以送风相对温和不干燥，提高了室内环境温度的舒适度，地源热泵安装时采用的是独立的机房，并还可做相对的隔音处理，不会对用户和建筑物内产生噪音。地缘热泵的温度波动较小，因此为地源热泵提供了更加稳定的换热环境，运行时的制冷制热效果，与传统中央空调相比要高出40%左右，而用电量仅是电锅炉供暖的30%左右，可节省一半的运行费用。

使用寿命长、前景广阔

地源热泵运行稳定，不容易对机组造成严重损耗，使用寿命也远远高出普通空调，地源热泵的使用寿命可长达50年。机组使用寿命在合理保养、安全运行下可长达20年。从整体使用时间上有着显著的优势，从目前来看，地源热泵的发展前景十分广阔，符合我国空调行业未来的发展趋势，十分值得选择。

五、地源热泵空调在医院建筑中使用的优势

医院建筑是建筑行业中最复杂、专业设计最多、功能最完善的建筑。特别是空调系统，它不但要供热、供冷、提供热水，还要不受季节影响。例如冬季的手术室区域，在全院供热的同时还要供冷，如果采用城市供暖，仅能提供热源并且供热时间固定，会给医院工作带来很多不便。所以安装地源热泵可满足医院的多种需求，制冷、供热、生活热水三供一体功能，被一套系统代替了。节省了建筑面积，降低了投资费用，节能显著。

通过对地源热泵的使用，减少了不可再生能源的消耗，根据用户使用验证得出消耗每千瓦的电能就可实现4千瓦的制冷或制热重复提取，节省了对电能的消耗。邢台市第三医院在改扩建工程中，整体建筑中采用了地源热泵垂直打井、埋管技术。总建筑面积132028平方米，设计能耗夏季11200千瓦.冬季9850千瓦.打井1587眼，井深设计100米，到目前为止，平稳运行三个采暖季，运行状况良好。一期工程总建筑面积106000平方。2016年冬季4个月制热平均每平方米消耗用电 13.5元，2017年夏季4个月制冷平均每平方米消耗用电费用12.43元。纯电制冷中央空调方面，以邯郸某医院为例，制冷期平均每平米用电费用为22.16元，冬季医疗集中供热每平米费用为33.6元，邢台市第三医院冬季医疗集中供热每平米费用为38元。

费用对比

夏季制冷：

地源热泵相较于邯郸某医院纯电用中央空调每平米节约电费22.16-13.5=8.66元。

冬季制热：

地源热泵相较于邯郸某医院集中供暖在每平米节约电费33.6-12.43=21.17元

地源热泵相较于邢台市三院集中供暖在每平米节约电费38-12.43=25.57元

按10万平米用能建筑核算，与邯郸某医院相比每年制冷费用节省86.6万元，冬季集中供暖费用节省211.7万元，与自身若使用集中供暖相比节省255.7万元。（作者：王保林）