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1、C hinese H ospital A r chitecture&Equipm ent htt p:/ / w ww . chaej. com 3 6 2005. N o 5 随着经济的发展和人民生活品质 的不断提高中国的能源消耗量也相 应地提高社会对医疗建筑的环保 节能要求越来越高在这种背景下 以环保和节能为主要特征的绿色建筑 及相应的空调系统应运而生而地源 热泵系统正是满足这些要求的新兴中 央空调无锡市政府重点项目无锡 市医疗中心项目就部分采用了该项技 术现将该技术介绍如下 其中在新建筑中占30美国热泵工 业已经成立了由美国能源部环保 署爱迪逊电力研究所及众多地源热 泵厂家组成的美国地源
2、热泵协会该 协会在近年中将投入一亿美元从事开 发研究和推广工作与美国的热泵 发展有所不同中北欧如瑞典瑞 士奥地利德国等国家主要利用浅 层地热资源地下土壤埋盘管埋深 40 米的地源热泵用于室内地板 地源热泵技术 在医疗建筑的应用前景 黄 培 陈中石 陈卫平 摘 要本文系统地回顾了地源热泵技术的发展与现 状描述了地源热泵技术的工作原理认为地源热泵 技术具有高效节能性运行成本低绿色空调环保 无污染舒适性低噪音等特点在我国的发展具有 其独有的优势从而得出地源热泵是一项值得在医疗 建筑推广的新型技术的结论 关键词地源热泵节能环保医疗建筑 一地源热泵技术的发展与现状 热泵的历史可以追朔到 1912 年 瑞
3、士的一个专利而热泵真正意义的 商业应用也只有近十几年的历史如 美国截止到1985 年全国共有14, 000台地源热泵而1997 年就安装了 45 000台 到目前为止已安装了400 000台而且每年以 10的速度稳步 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 设施与技术 C hineseH os pital A rchitecture & Equipm ent Em ai l : chae chaej . com 3 7 2005. N o 5 辐射供暖及提供生活热水据1999年 的统计在家用的供热装置中地源 热泵所占比例瑞士为96奥地利 为38丹麦为27 我国的地源
4、热泵事业近几年已开 始起步而且发展势头看好清华大 学天津大学分别与有关企业结成产 学研联合体开发出中国品牌的地源热 泵系统已建成数个示范工程越来 越多的中国用户开始熟悉热泵并对 其应用产生了浓厚的兴趣之所以对 中国的热泵市场发展前景持乐观态 度一方面是要节约常规能源充分 利用可再生能源的国内外大趋势另 一方面我国具有较好的热泵科研与 应用的基础早在50年代天津大学 热能研究所吕灿仁教授就开展了我国 热泵的最早研究1965年研制成功国 内第一台水冷式热泵空调机重庆建 筑大学天津商学院等单位对地下埋 盘管的地源热泵也进行了多年的研 究在中国科学院广州能源研究所等 单位还多次召开全国性的有关热泵技
5、术发展与应用的专题研讨会 二地源热泵技术的工作原理 地源热泵 G round Heat Pum p 是 一种利用地下浅层地热资源也称地 能 包括地下水 土壤或地表水等 的 既可供热又可制冷的高效节能空调系 统所谓热泵是一种从低温热源汲取 能量使其转换成有用热能的装置 地源热泵通过输入少量的高品位能源 如电能实现低温位热能向高温位 转移地能分别在冬季作为热泵供暖 的热源和夏季空调的冷源即在冬 季把地能中的热量取出来提 高温度后供给室内采暖夏季把 室内的热量取出来释放到地能中 去通常地源热泵消耗1kW的能量 用户可以得到 4k W以上的热量或冷 量 根据地源热泵从地下吸收热量的 方式不同即低温热源
6、的不同可分 为开式回路系统与闭式回路系统 开式系统的低温热源是直接利用水 井废弃的矿井的水及抽取地下水 闭式系统是通过二次流体水或以水 为主要成分的防冻液在封闭地下埋 管中的流动将热量传送到地下或 者从地下吸收热量我国很多地方地 下水资源匮乏抽取地下水的开式系 统不适合我国国情而且地下水的回 灌问题也比较难解决地球是一个巨 大的恒温体地下水蕴藏着无穷无尽 的能量据测试30米以下浅层地下 水的温度常年稳定在18左右远高 于冬季室外大气温度又远低于夏季 室外大气温度因此研究所致力研究 开发的地源热泵主要是闭式系统即 以地热为低温热源 三地源热泵特点 1高效节能性运行成本低 夏季高温差的散热和冬季低
7、温差 的取热使得地源热泵系统换热效率 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 除霜大大地减少了电能消耗和除霜 的损失从而达到节能的目的与锅 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 9 0 %的燃料内能为热量供用户使 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由于地源 热泵的热源温度全年较为稳定一般 为1025其制冷制热系数可达 3. 54. 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5060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
8、低于传统空调 2绿色空调环保无污染 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居民 区内没有燃烧没有排烟也没有 废弃物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 设施与技术 C hinese H ospital A r chitecture&Equipm ent htt p:/ / w ww . chaej. com 3 8 2005. N o 5 境又可遵守全球气候公约是一 种理想的绿色技术在夏季制冷时 也是将热量转移到地下没有任何气 体排放到大气中如果得到广泛应用 将可以大大降低温室效应减缓全球 变暖的进程 3舒适性低噪音 地源热泵系
9、统采用全空气系统 舒适性好空调系统送风均匀温度 分布合理气流速度小于0. 3米/ 秒 无吹风感噪音小采取降噪措施后 可小于40分贝可以在任何时间进行 制冷模式和供热模式的相互切换室 内温度可以根据个人的感受在一定的 设计范围内设定 4节省建筑空间低维护费 地源热泵系统没有中央机房冷 却塔锅炉房和其它室外设备省去 了锅炉房冷却塔及附属的煤场渣 场所占用的宝贵面积没有中央空调 集中占地问题节省了空间和地皮 产生附加经济效益并改善了环境外 部形象室内系统是分散式的系统 故每个区域内的主风管道截面高度较 小不会像传统空调系统那样过多占 用建筑内的吊顶空间从而保证每层 的使用空间压缩机工作稳定不会 出现
10、传统设备中制冷剂压力过高或过 低的现象其维护费用大大低于中央 空调 5运行灵活安全可靠 每台机组可独立供冷或供热个 别机组故障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无结霜除霜之 虑灵活性强可用于新建工程或扩 建改建工程可逐步分期施工热 泵机组可灵活地安置在任何地方节 约空间无储煤储油罐等卫生及安 全隐患 6控制设备简单 地源热泵系统采用将地源热泵机 组分散安装于各处所 居室 会所 办 公室等各用户的方式根据用户要 求设不同的体积很小的终端控制器 中央控制仅需选择水路控制除去了 一般中央空调集中控制所有参量的复 杂环节从而降低控制
11、成本实现从 最简单起停供暖制冷三档到 复杂的可编程智能控制方式 7一机多用应用范围广泛 地源热泵系统可供暖空调还 可供生活热水一机多用一套系统 可以替换原来的锅炉加空调的两套装 置或系统不仅节省了大量能源而 且减少了设备的初投资 四地源热泵在我国的发展具有 其独有的优势 1 初期投资费用少 在建设新建 筑之前并入集中地源热泵系统其成 本要远远低于旧建筑物的改造同 时我国的人工费用较低因此基建 费用也较低与发达国家相比初期 投资相对要少一些 2 可以提高城市环境质量 目前 我国的能源结构中有一个最为不利的 因素即长期以来在能源的生产和 消费中煤炭的比例占 70%左右根据 1997年中国环境状况公
12、报我国城 市空气质量仍处于较重的污染水平 加强空气治理已经到了刻不容缓的 时候地源热泵是以电力作为动力 不会因为燃料燃烧造成大气污染而 且由于厂家密封制剂使用过程中不 泄漏 减少了对臭氧层的破坏 可见 地源热泵的应用对于降低温室效应 起了积极作用可以有效缓解城市空 气污染问题 3能够缓解能源紧张问题 据统计我国总的能源利用率约 为30这仅相当于发达国家50年代 的水平我国建筑耗能约占总耗能的 25其中供热采暖能耗约占一半 能源短缺导致中国的能源价格越来越 接近发达国家的水平我国要在能源 每年增长率仅为35的条件下满 足国民经济持续每年增长 89 就必须重视节能技术和节能产品的开 发利用这决定了
13、我国必须在取暖这 一耗能大项上有所改进就地源热泵 技术而言由于热泵仅仅用来传输热 量而不是产生热量所需要的热量 有70来自地下夏天制冷时用来 将建筑物中的热量传入地下所消耗的 电力也非常少因此地源热泵这项节 辐射式与对流式的比较 设施与技术 C hineseH os pital A rchitecture & Equipm ent Em ai l : chae chaej . com 3 9 2005. N o 5 能技术应用于我国可以在一定程度上 缓解我国的能源压力 4受到国家相关政策的支持 1997年 为了减少我国由于冬季 采暖所造成的大气污染减低国内现 有制冷空调的能源消耗寻求新的低
14、能耗无污染的供暖制冷空调技术 全国八届人大常委会第二十八次会议 审议并通过了中华人民共和国节约 能源法其中第三十九条将热电冷 联产技术列入国家鼓励发展的通用技 术大大促进了地源热泵事业的发 展1998年国家科技部与美国能源 部分别代表两国政府签署了中美两国 政府地源热泵合作协议引进和推广 美国先进的地源热泵技术2003 年 由建设部主办的中美绿色建筑研讨 会在北京召开这些都对地源热泵 技术在中国的推广起到巨大的推动作 用 五结论地源热泵是一项值得 在医疗建筑中推广的新型技术 作者黄培陈中石陈卫平 单位无锡市医疗中心工程建设指挥部 随着社会的发展传统的生物医 学模式向生理心理社会医学模式的 转变
15、病人已不再仅仅满足于生病治 病更希望得到心理的尊重和愉悦 新技术的使用将增强医院的综合竞争 力建设部十五重点实施技术示 范工程北京友谊医院因为地源热泵空 调的良好环保效果已被奥委会评为 奥运会指定医院作为以救死扶伤为 己任的服务型行业医院使用环保 节能技术更具有重要的现实意义是 医院现代化发展的必然要求同时也 是医院可持续发展的重要保证 综上所述地源热泵这种可再生 能源利用技术高效节能且无任何污 染顺应了国际能源发展大趋势也 顺应了我国的能源与环保政策是一 项值得在医疗建筑推广的新型技术 当然由于在国内推广应用时间较 短我国有关地源热泵的现成技术资 料不多还缺少这方面的设计安装 和维护技术人员
16、生产地源热泵相关 设备的厂家少尚未形成统一的国家 使用标准人们对它还比较陌生大 多抱着观望的态度国家尚未出台促 进地源热泵技术开展的相关优惠政 策这使部分想采用地源热泵系统的 用户由于看不到眼前利益而采用其它 的空调系统 此外 我国幅员辽阔 地 处温带 冬季需供暖 夏季需供冷 而 且南北地区气象条件差异很大同样 的建筑在不同的地区其负荷情况可 能迥然不同因此我们不能照搬外 国的技术成果必须投入大量的科研 经费和研究人员进行研究使其适合 中国气候特点这也在一定程度上延 缓了此技术在中国的推广相信随着 国家政策的进一步引导地源热泵技 术的进一步完善成熟此项技术在我 国的应用必将越来越广泛 设施与技术
