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2021年湖南酷威集团医院长沙地源热泵空调系统的建筑应用
【发表时间:2021/1/21】 【阅读次数:80】

     随着人们保健意识的日益提高,人们自然对医疗环境的要求也相应提高,对于现代化医疗建筑建设者来讲,营造生态保健型绿色医院就成为我们的努力方向,在现代医院建筑中引入绿色节能的地源热泵技术,使医院真正成为人类和谐舒适,环境优美,绿色生态的现代化疗养场所.因此,长沙地源热泵系统在现代医院建筑中具有很大的应用价值,它将成为我国医院建筑节能领域重点推广的技术之一。

   医院长沙地源热泵系统的工作原理是通过深埋在地下岩土层的地埋管系统,与地源热泵钻孔周围的岩土层进行能量交换。例如在冬季,地源热泵地源侧的供水温度为2-5摄氏度,经过地下埋管的循环以后,回到地源热泵地源侧回水端的温度升温到7-10摄氏度。在主机内容将这7-10摄氏度的水在温度交换器中进行换热,铜管内的冷媒吸收热量,再由压缩机做功,产生高温高压气体,并进行放热,从而加热室内的水循环系统。地源热泵原理与一般中央空调类似,都是由空调的四大件构成。


    在节能减排的大背景下,国家倡导发展新能源和可再生能源,地源热泵空调系统技术作为可再生能源的利用,其应用的项目数量和规模近年来快速增加,以某医院项目为例,对医院项目应用地源热泵空调系统进行分析。

从系统合理、可靠、节能、减少系统初投资等综合因素出发,医院地源热泵空调系统冷热方案如下:

本工程由地源热泵负担整个项目的50%冷热负荷;由冷水机组负担剩余50%冷负荷;由锅炉提供热负荷。

    手术中心及CUU、ICU设置小型风冷冷热机组长期供冷(由于资料未显示此项负荷大小,本方案将其纳入总负荷中考虑)。净化空调所需蒸汽及生活热水热源由院区锅炉房供给。使用暖气片区域采用毛细管网。根据该项目占地面积进行地埋孔的打孔区域估算,按照5米间距120m孔深估算,地埋孔可布孔数为520口,需要钻孔区域约为12600平方米。参照该地段其他项目地源热泵地下岩土热物性参数,选择2台螺杆式热泵机组提供该项目50%冷热负荷,夏季辅助2台满液高效型水冷冷水机组提供冷负荷,冬季辅以2台燃油(气)热水锅炉。


2021年湖南酷威集团地源热泵空调系统设计:

1、空调系统冷热负荷

经计算,本工程夏季最大冷负荷为5010kw;冬季最大热负荷为3405kw。

2、空调主机选型

由于本项目冷热负荷相差较大,故选用2台螺杆式地源热泵机组以及一台水冷螺杆冷水机组,螺杆式热泵机组单台制冷量1727.2KW,制冷功率252.8KW,单台制热量1726.3KW,制热功率357.3KW;水冷螺杆式冷水机组制冷量1566.1KW,制冷功率265.1KW。热泵机组通过地埋管系统夏季散热及冬季取热,冷水机组夏季通过冷却塔散热。夏季冷冻水供回水温度为7/12℃,冬季热水供回水温度为45/40℃。

3、空调系统设置

系统配置采用地源热泵+单冷冷水机组+冷却塔混合新能源系统,地埋管数量按系统冬季空调热负荷进行垂直埋管,系统技术原理如下:

夏季,地源热泵空调机组由地埋管系统冷却制取7℃的冷冻水送至室内末端;

冬季,地源热泵空调机组由地埋管系统吸热制取45℃的空调热水送到室内末端;

4、地埋管换热器设计

地下土壤作为空调系统的冷热源,其作用相当于换热器,空调系统从土壤取冷/取热,因此地源热泵空调系统的核心技术是地埋管换热器的设计与施工,而地埋管换热器设计成功的关键在于取得可靠的工程所在地土壤热物性参数数据。根据本工程岩土热响应测试勘察报告分析可知,本工程延米取热量为:43.5W/m ;延米放热量为:62.5W/m。设计埋管深度为100m。

经计算本项目设计打孔数量为716口,地埋管设计孔间距4.5m×4.5m,地埋孔设置在周边绿化及基坑内。单口孔水流量为1.02m3/h,根据《地源热泵系统工程技术规范GB50366-2005》中地埋管换热器内管道推荐流速要求双U型埋管不宜小于0.4m/s,单U型埋管不宜小于0.6 m/s,本工程设计采用双U形式的地埋管,管材选择高密度聚乙烯(HDPE)管材,SDR11系列,垂直埋管直径为De25,垂直孔孔径Φ150,管内流速为0.45m/s。本工程钻孔回填材料采用原浆回填。

5、机组运行策略

由于本项目地源热泵系统能够提供的冷负荷略多于冷水机组系统。实际运行过程中,为保证本系统能够高效、稳定的运行,必须解决“优先开启冷水机组还是地源热泵机组”的问题。

1、主机性能比较

额定工况下,冷水机组与地源热泵机组的能效比基本相同,但冷水机组在部分负荷工况下的能效比具有一定的优势。

2、系统稳定性

采用地源热泵机组需充分考虑室外地埋换热器的热平衡问题,即夏季最大散热量与冬季最大吸热量应尽可能保持平衡,减少室外地埋换热器的热堆积现象。因此为保证室外地埋换热器的稳定性,确保系统正常运行,需根据室外地埋温度场的情况,控制地源热泵机组的使用。

根据上述分析可以得出,应优先开启冷水机组,既能保证系统在较高效率下运行,又能保证系统稳定性。

6、热平衡分析

通过模拟分析得出本项目全年取热量和释热量相差7.17%,满足江苏省《地源热泵系统工程技术规程》(DGJ32/TJ 89-2009)的要求。当地埋管换热系统全年取热量和释热量相差不大于10%时,对系统运行影响不大,不需要采取措施。当热平衡率大于10%时,则应增设辅助热源或冷却塔等满足建筑空调与供热需求。

四、系统经济性分析

本工程采用地源热泵混合冷水机组系统初投资为1679万元,空调造价经济指标为:273元/㎡(建筑面积),若采用传统冷水机组+热水锅炉系统初投资为1548万元,空调造价经济指标为:252元/㎡(建筑面积)。

空调系统的年运行费用计算公式如下:

式中Q为建筑年累计冷热负荷,C为电价(本项目电价按照宿迁市目前的商业电价0.882元/kWh计算)。本项目地源热泵系统实际运行时系统的性能系数COP分别为3.04(冬季)和3.42(夏季),通过计算使用地源热泵系统年运行费用为165.9万元。

冷水机组的运行费用:常规冷水机组系统性能系数COP选取为2.29。通过计算使用冷水机组+热水锅炉年运行费用为208.4万元。

从全年运行状况来看,与传统冷水机组+热水锅炉系统相比,地源热泵系统年节省运行费用42.5万元,节能率达20.4%,因此本项目采用地源热泵系统经济效益明显。结合投资回收期分析数据可知,3.1年就能回收增加的初投资。

湖南酷威集团是以长沙地源热泵为核心技术,是国内顶级非标冷暖设备定制专家,是建筑和工业节能及能源投资运维综合服务商,产品已广泛应用于学校、酒店、别墅、工厂、医院、用户侧、工农业等领域,为用户提供专业的节能冷暖解决方案。服务热线:0731-88826555。


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