- 寧夏人民醫院新區醫院地源熱泵系統設計
- 2015-09-28
一、引言
由于醫院功能的特殊性，其所需能源種類多、電能消耗大。有資料表明：醫院的能耗是一般辦公建筑的1.6～2倍，而醫院建筑空調通風的能耗占到整個建筑總能耗的65%。因此，現代化醫院應在確保服務質量的前提下，采用一種穩定、高效、節能、環保的冷熱源設備，降低能源消耗，為醫院可持續發展提供保障。地源熱泵系統作為打造綠色建筑中的一種新型技術在眾多公共建筑中得到應用，該系統利用淺層地下水溫度較為恒定的特性，以淺層地下水作為能量載體，通過壓縮機系統，在夏季將建筑物內的熱量轉移到地下水中，在冬季將地下水中的熱量轉移到建筑物內，實現了建筑物的制冷和供暖。但由于地源熱泵實施的技術難度大，且對水文地質條件有特殊要求，醫院基于銀川平原的地質水文條件及其經濟評價，確定了地源熱泵在醫院應用可行性的前提下實施了該項目，下面將對其運行過程中的系統測試與性能進行分析。
二、寧夏人民醫院新區醫院項目概況
(一)建筑規模
寧夏回族自治區人民醫院新區醫院于2007年6月21日開工建設，2008年主體工程完工，項目占地面積170000m2，建筑面積120000m2。
(二)節能措施
1.外墻構造
外墻體采用300厚加氣混凝土砌塊(或鋼筋混凝土梁柱)+35厚XPS板保溫層+鋁板幕墻(金屬氟碳噴涂)，K≤0.6W/(m2·k)；
屋面采用保溫防水一體化的50厚聚氨脂硬泡體，K≤0.55W/(m2·k)。
2.門窗構造本工程窗墻比南向為0.38，東向為0.36，西向為0.42，北向為0.39，外窗采用斷橋絕熱鋁合金加中空玻璃窗，外窗氣密性不應低于《建筑幕墻物理性能分級》GB/T15225規定的Ⅲ級。
外窗傳熱系數(包括透明幕墻)K≤2.3W/(m2·k)，東、南、西向遮陽系數SC≤0.60，玻璃的可見光透射比≥0.4；玻璃屋頂面積小于屋頂面積的20%，采用鋼化夾膠中空彩釉玻璃，K≤2.7W/(m2·k)，遮陽系數SC≤0.50。外門做門斗或熱風幕；當房間挑空時，在樓板底部粘貼30厚自熄型擠塑聚苯板保溫層，K≤0.6W/(m2·k)。
三、地源熱泵系統使用概況
在本項目中，醫院空調采用風機盤管加新風系統，供暖供回水溫度為40℃～45℃，制冷供回水溫度為7℃～12℃。冬季，經潛水泵抽取的溫度為12℃的地下水經過旋流除砂器，進入板式換熱器側換熱后，溫度降至2℃，然后回灌到地下同一含水層中。高溫型熱泵機組冷凝器側產生40℃～45℃的熱水，通過循環水泵被輸送到用戶末端供暖系統。
夏季，經潛水泵抽取的溫度為12℃的地下水經過旋流除砂器，進入板式換熱器，吸收熱量后溫度升至25℃，然后回灌到地下同一含水層中。熱泵機組蒸發器側產生7℃～12℃的冷凍水，通過循環水泵被輸送到用戶末端的空調系統。為降低輸送能耗，水系統采用變頻調速變流量系統。
本項目冷、熱負荷為：Q冷=10399kW，Q熱=11088kW。
系統采用地下水作為熱源，地下水出水量及回灌比例必須經現場抽回水實驗得出。
銀川地區水溫度為12℃左右，制冷工況下，按照8℃的供、回水溫差計算，需要井水量為1000.0m3/h，制熱工況下，按照10℃的供、回水溫差計算，需要井水量為1000.0m3/h。
根據當地出具的水文報告，單井抽水量為100m3/h。鑒于此，布置10口取水井，井間距為40m，10眼水井總抽水量應為1000m3/h。按照1∶1.5的回灌比例，設置15口回灌水井。
本項目水源熱泵系統的組成包括：水井工程，包括打井、井室砌筑、井水泵及其配電、井室內閥部件及儀表安裝等；井水外線工程，包括挖土方、室外井水管道敷設等；機房內設備安裝，包括熱泵機組、冷熱水循環水泵、集分水器、軟水器及水箱、補水與定壓裝置、井水深度潔凈裝置、電子水垢處理儀、管道、各類閥門、保溫、消聲降噪、自動控制等。
地源熱泵是一個成熟的技術，關鍵技術是水源井的成井工藝，如果技術不過關會導致井水含砂量過高和回灌不暢。在本設計中，除了強調成井工藝水平，成井隊伍素質外，重點解決好回灌阻塞、設備腐蝕、井水泵功耗過高和運行管理等環節。抽水井、回灌井分開設置，在沒有充分運行數據的情況下，不應采用同井回灌方式，消除短路隱患，保證溫差穩定。
四、項目主要設備
1.項目機組
本項目選配3臺半封閉螺桿滿液式水源熱泵機組，見表1。
2.附屬設備
機房中與主機相配套的附屬設備，見表2。
五、項目運行實測數據
檢測時間：2012年3月22日～23日。檢測工況：制熱。
1.檢測數據
(1)地源水系統地源水總管流量：1172m3/h，兩臺90kW水泵運行，流速：1.8m/s；流量：730m3/h，1臺90kW水泵運行，流速：1.2m/s。地源水機組出水溫度：6.3℃～8.9℃，回水溫度：5.2℃～7.8℃。
(2)空調循環水系統
空調水總管流量：756m3/h，1臺90kW+1臺55kW水泵運行，流速：1.3m/s。流量：530m3/h，1臺90kW水泵運行，流速：0.9m/s。
空調水機組出水溫度：42℃～45℃，回水溫度：39.6℃～41.9℃。
(3)機組工作電流：1060A。
(4)水泵工作電流：地源水泵1臺90kW，160A；2臺90kW同時運行，250A；空調水1臺90kW，140A。
2.系統檢測效率
根據實際檢測的數據，計算空調水運行1臺90kW水泵時，地源側開啟1臺水泵時系統的檢測效率，結果見表3。
地源熱泵系統在醫院應用中的性能分析
六、結束語
地源熱泵系統是住建部、財政部共同推廣應用的可再生能源建筑應用技術之一。寧夏人民醫院新區的地源熱泵系統是國家可再生能源建筑應用示范項目，對此技術在寧夏及廣大西部地區的推廣應用具有重要的示范意義。項目運行效果良好，現場測試系統效率COP達到3.7，在充分認識到地源熱泵系統的潛在風險的基礎上，科學設計、精心施工及專業管理可以保證地源熱泵系統的安全高效運行。
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