基于绿色理念的医院建筑中地源热泵技术应用

周建东

【摘要】 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，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。

【关键词】 绿色医院，建筑，空调，地源热泵

随着国民经济的迅猛发展，人们保健意识的日益提高，对医疗环境的要求也相应提高，营造生态保健型绿色医院就成为我们的努力方向。因此在现代医院的方案立项、规划、设计中，我们应结合人类生命科学、生态学、环境科学等新观念，在现代医院建筑中引入绿色节能的地源热泵技术，以改善医院的空气质量，优化医院的气流循环，降低医院能量消耗，扩大医院绿化覆盖率，使医院真正成为和谐舒适、环境优美、绿色生态的现代化疗养场所。

1.地源热泵技术的工作原理

1.1什么是地源热泵

地源热泵系统，又称地源中央空调，是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，即自然能源，经过逆向热力循环，提升为建筑能源的一种高效节能热力系统。地源热泵系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。

1.2 系统组成及分类

地源热泵系统，通常由地热能交换系统、热泵机房系统、建筑物内末端热交换系统三部分组成。我们按照安装位置（安装地点）可分为地上（室内）和地下（室外）两部分，地上部分主要由暖通设备组成。地下部分也称为地下耦合系统或地下热交换器，目前应用较多的有3种形式：开式循环系统、闭式循环系统、混合循环系统。地源热泵系统按地热能交换系统的不同可分为地表水地源热泵系统、地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统（图1）。

图1地源热泵系统

2.地源热泵技术在医院建筑的应用

2.1高效节能，绿色环保

地源热泵系统在夏季高温差的散热和在冬季低温差的取热，使得其地下部分的换热效率很高，因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何辅助热源和除霜系统，大大地减少了电能消耗和空调主机除霜的能耗损失，从而达到空调主机节能的目的，与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；同时地源热泵系统既不破坏地下水资源，又无任何污染，可以建造在人口密集的现代医疗区域内，没有燃烧，没有排烟，没有任何气体排放到大气中，也没有废弃物，即无污染物排放，无噪音及霉菌污染，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量，可大幅度降低温室气体的排放，既保护了环境，又可以大大降低温室效应，减缓全球变暖的进程，是一种理想的节能、环保的“绿色技术”。

2.2 机组运行稳定可靠

地源热泵系统的冷热源是地层，而地层温度一年四季相对稳定，远远小于环境的空气温度波动，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，温度波动范围一般为10℃～25℃，特别像浙江某新院这类的现代化医院，处于浙江温州湿地的岛屿内，冬暖夏凉，具有得天独厚的资源优势，地源热泵系统的冷热源很好；同时由于温度的恒定性，使得系统的压缩机工作稳定，不会出现传统设备中制冷剂压力过高或过低的现象，运行更加稳定。在系统机组设计和配置上，每台机组采用相对独立供冷或供热系统，只要地埋管道系统运行正常，个别机组故障将不影响整个系统的运行。机组的运行状况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更不会出现因结霜除霜时停机现象，即使系统处于严寒的冬季，机组也可以源源不断地向病房、门诊等用户供热。由于系统的工况稳定，所以可以设计简单系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，可无人值守；此外，机组使用寿命长，据国外统计，机组寿命在20年以上。

2.3 降低建筑和人力成本

投入地源热泵系统没有冷却塔、锅炉房和其他附属用房，省去了锅炉房，冷却塔及附属的油罐、煤场、渣场所占用的宝贵面积，节省了建筑空间和医院地皮，降低医院建筑的土地成本，产生附加经济效益，并改善了环境的外部形象。省去锅炉房，省去锅炉值班和维护人员，大大节省医院的人力成本， 排除锅炉房供暖后产生的噪声污染、烟尘危害等忧虑，符合现代医院减能节排，减员降耗，高效运转的后勤改革的发展趋势。同时地源热泵系统省去锅炉房和储油库等危险设施，排除了现代医院很大的安全隐患，是创建平安医院的有利条件。

3. 经济效益分析

由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10℃～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4 ，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。维修量极少，使用寿命和建筑物同期，折旧费和维修费也都大大低于传统空调。在工程的造价上，地下布管工程造价约占系统工程的总造价的三分之一。据估算，在初投资方面地源热泵系统比普通的热泵机组要大，约是普通成本的2倍，但在运行成本上有较大的优势，据美國环保署（EPA）估计，土壤源热泵系统的运行费比风冷热泵的运行费节约30%～40%，这主要在主机的运行效率上得以体现。地源热泵系统不仅一机多用，还可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统，不仅节省了大量能源，而且减少了设备的初投资。同时该系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。如上所述，地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点，它比传统空调系统的运行效率要高约40%～60%。另外，地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉-空调系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

结束语

虽然地源热泵技术的应用时间不长，在国内的基础性研究和医院建筑的实践经验还不足，所以有些内容只能引用国外文献。但相信随着国家政策的进一步引导，地源热泵技术的不断发展以及进一步完善成熟，其充分利用地下热能资源方面的生态环保优势会更加显著，此项技术在我国的应用必将越来越广泛。对于追求绿色生态的现代化医院建设者来说，地源热泵系统具有很大的应用价值，相信不久的将来它将成为我国医院建筑节能领域重点推广的技术之一。

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