常溫?zé)岜脵C(jī)組配套3臺（兩用一備）空調(diào)水循環(huán)泵，高溫?zé)岜脵C(jī)組配套2臺（一用一備）空調(diào)水循環(huán)泵，鍋爐熱水配套2臺換熱器及2臺熱水循環(huán)泵，所有水泵都采用高效節(jié)能變頻水泵。

 

　　地源熱泵機(jī)房及換熱站系統(tǒng)原理圖見圖5。

　　2.5、末端系統(tǒng)方案

　　該項(xiàng)目門診、醫(yī)技及辦公區(qū)末端為常規(guī)的風(fēng)機(jī)盤管加動力集中新排風(fēng)系統(tǒng)，病房末端為雙面地板輻射加動力分布新排風(fēng)系統(tǒng)，輻射系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷及部分顯熱負(fù)荷，新風(fēng)系統(tǒng)采用雙冷源新風(fēng)機(jī)組，其功能段設(shè)置見圖6。

　　病房采用的地板輻射系統(tǒng)與常規(guī)集中空調(diào)系統(tǒng)相比，從能耗角度，輻射傳熱效率更高且供/回水溫度要求低（15℃/20℃），能夠充分利用可再生的地源熱，更為節(jié)能；從室內(nèi)環(huán)境角度，地板輻射系統(tǒng)無吹風(fēng)感和噪聲，從而更為舒適，最重要的是無回風(fēng)避免了空氣的交叉感染，更為安全。動力分布式新排風(fēng)系統(tǒng)在節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)控制等方面相較動力集中式通風(fēng)系統(tǒng)更有優(yōu)勢，具體新排風(fēng)系統(tǒng)布置如圖7所示，病房內(nèi)設(shè)新風(fēng)口與排風(fēng)口，新風(fēng)從每層新風(fēng)機(jī)房引入，房間內(nèi)排風(fēng)與衛(wèi)生間排風(fēng)串聯(lián)，通過衛(wèi)生間排風(fēng)豎井排出屋面。圖中EMV35S、EMV35P為直流型智能風(fēng)量調(diào)節(jié)模塊，可進(jìn)行無級調(diào)速。排風(fēng)的EMV帶有空氣品質(zhì)傳感器，可根據(jù)空氣品質(zhì)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，且?guī)в嘘P(guān)斷閥，具有防倒流功能。

　　病房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時可根據(jù)需求智能調(diào)節(jié)各區(qū)域的送、排風(fēng)量大小，形成梯級壓差，使得室內(nèi)空氣流向?yàn)閺那鍧崊^(qū)到過渡區(qū)再到污染區(qū)，避免交叉感染。在近年新冠疫情反復(fù)的背景下，有力地保障了醫(yī)院的正常運(yùn)行。

 

　　2.6、控制系統(tǒng)方案

　　該項(xiàng)目地源熱泵能源系統(tǒng)采用直接數(shù)字式（DDC）監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測或控制，中央控制中心可根據(jù)監(jiān)控及設(shè)定參數(shù)對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。監(jiān)控項(xiàng)目如表6所示。

　　節(jié)能控制邏輯為：

　　1）熱泵主機(jī)。主機(jī)自帶智能控制系統(tǒng)，顯示主機(jī)制冷（熱）循環(huán)工況。并根據(jù)實(shí)際供回水溫差，自動增減冷（熱）量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)能運(yùn)行目的。

　　2）空調(diào)側(cè)水泵?？稍O(shè)定供回水溫差，當(dāng)實(shí)際溫差大于設(shè)定值時，自動加泵并聯(lián)運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際溫差小于設(shè)定值時，自動減泵或降頻運(yùn)行。頻率上限為50Hz，下限為35Hz。

　　3）地源側(cè)水泵?？稍O(shè)定供回水溫差，當(dāng)實(shí)際溫差大于設(shè)定值時，自動加泵并聯(lián)運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際溫差小于設(shè)定值時，自動減泵或降頻運(yùn)行。頻率上限為50Hz，下限為35Hz。

 

　　PART 03、空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

　　3.1、運(yùn)行基本情況

　　該項(xiàng)目2020年10月開始試運(yùn)行，11月投入使用。由于門診就診人數(shù)不飽和、住院樓有一層空置樓層、后勤辦公樓入住率較低，未啟用手術(shù)室和ICU的單獨(dú)冷熱源，僅運(yùn)行地源熱泵制冷與供熱。該項(xiàng)目供冷季為6月15日至9月30日，供熱季為11月15日至次年3月15日。醫(yī)院全年無休運(yùn)行，病房區(qū)域每日24h運(yùn)行，門診區(qū)域及后勤辦公樓每日運(yùn)行時間為08:00—17:30。供冷季和供熱季每日開啟1臺離心式機(jī)組及對應(yīng)的循環(huán)水泵24h運(yùn)行，螺桿式機(jī)組及其對應(yīng)的循環(huán)水泵由負(fù)荷側(cè)供回水溫度反饋控制啟停。地埋管換熱器支路冬季由于防凍需求全部開啟，夏季根據(jù)供回水溫度手動選擇開啟支路。

 

　　室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為夏季25~26℃、冬季20~22℃。實(shí)際運(yùn)行時，夏季實(shí)測溫度在26.0℃左右，冬季實(shí)測溫度在20.5~24.2℃之間，滿足設(shè)計(jì)及用戶的使用要求。

 

　　3.2、熱泵機(jī)組運(yùn)行水溫分析

　　1）供熱工況。

　　供熱季每日開啟1臺離心式機(jī)組保持全天24h運(yùn)行，偶爾停機(jī)進(jìn)行檢查保養(yǎng)。分析水溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，除啟停時刻水溫發(fā)生變化外，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時地源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的供回水溫波動較小。為便于展示，選取2021年1月每日12:00的供回水溫度進(jìn)行分析，供回水溫度見圖8。從圖8可以看出：冬季負(fù)荷側(cè)供水溫度約為45.0℃，滿足設(shè)計(jì)要求；地源側(cè)回水溫度平均值為10.3℃，且無波動，地源側(cè)換熱穩(wěn)定。供回水溫差見圖9，地源側(cè)供回水溫差約為2℃，負(fù)荷側(cè)供回水溫差約為3℃，低于設(shè)計(jì)溫差（5℃）。

　　由于螺桿式機(jī)組的服務(wù)末端為雙面地板輻射供能末端，具有一定的蓄熱功能，故螺桿式機(jī)組采用了負(fù)荷側(cè)供水溫度反饋控制的運(yùn)行策略，設(shè)定供水溫度為（38±3）℃，即當(dāng)供水溫度高于41℃時停機(jī)，當(dāng)供水溫度低于35℃時開機(jī)，機(jī)組處于間斷運(yùn)行狀態(tài)。1月螺桿式機(jī)組總計(jì)運(yùn)行了約332.0h，平均每天運(yùn)行約10.7h，運(yùn)行時間集中在20:00至次日08:00。1月供回水溫度見圖10，地源側(cè)供/回水溫度平均值為10.7℃/10.3℃，負(fù)荷側(cè)供/回水溫度平均值為38.9℃/40.3℃。供回水溫差見圖11，地源側(cè)供回水溫差約為0.4℃，負(fù)荷側(cè)供回水溫差約為1.5℃。

　　2）供冷工況。

　　選取2021年6月14日（開始供冷時間）至7月底運(yùn)行時段的水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，該時段內(nèi)離心式機(jī)組水溫見圖12。6月14—20日開啟了多個地埋管換熱器支路，地源側(cè)平均回水溫度為21.4℃，負(fù)荷側(cè)平均回水溫度為14.4℃，該工況下螺桿式機(jī)組（設(shè)計(jì)工況地源側(cè)供/回水溫度為25℃/30℃，負(fù)荷側(cè)供/回水溫度為7℃/12℃）出現(xiàn)故障停機(jī)，機(jī)組設(shè)備廠家解釋出現(xiàn)故障的原因?yàn)槔渌疁囟群屠鋮s水溫度太接近，無法建立機(jī)組運(yùn)行需要的油壓差。由于離心式機(jī)組和螺桿式機(jī)組地源側(cè)水系統(tǒng)連通，為保證螺桿式機(jī)組的正常運(yùn)行，6月21日起減少地埋管換熱器支路，同時開通地源側(cè)旁通水閥提高地源側(cè)供水溫度。此后運(yùn)行中手動調(diào)節(jié)旁通閥門，控制地源側(cè)回水溫度在30~35℃之間波動，供回水溫差見圖13。6月21日調(diào)整之后，負(fù)荷側(cè)的供回水溫差有所提升，地源側(cè)約為2.2℃，負(fù)荷側(cè)約為2.3 ℃。

　　螺桿式機(jī)組采用回水溫度反饋控制運(yùn)行策略，設(shè)定負(fù)荷側(cè)回水溫度為（20±4）℃，即當(dāng)回水溫度高于24℃時開機(jī)，當(dāng)回水溫度低于16℃時停機(jī)。2021年7月螺桿式機(jī)組總計(jì)運(yùn)行了約143h，平均每天運(yùn)行約4.6h，運(yùn)行時間集中在10:00—22:00。運(yùn)行時段的供回水溫度見圖14，7月地源側(cè)回水溫度由于人為調(diào)節(jié)旁通閥控溫呈波動趨勢。供回水溫差見圖15，地源側(cè)供回水溫差約為1.6 ℃，負(fù)荷側(cè)供回水溫差約為2.4℃。

　　根據(jù)上述熱泵機(jī)組冬夏季地源側(cè)和負(fù)荷側(cè)供回水溫度的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析如下：

 

　　1）常溫離心式冷水地源熱泵機(jī)組和高溫螺桿式冷水地源熱泵機(jī)組冬季和夏季地源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的設(shè)計(jì)供回水溫差均為5℃。而實(shí)際運(yùn)行時，常溫離心式冷水地源熱泵機(jī)組地源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的供回水溫差為2~3℃，小于設(shè)計(jì)供回水溫差；高溫螺桿式冷水地源熱泵機(jī)組地源側(cè)冬季和夏季供回水溫差為1.5℃左右，冬季負(fù)荷側(cè)的供回水溫差僅為0.4℃左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，但水泵已處于最低頻率（35Hz）運(yùn)轉(zhuǎn)。分析認(rèn)為，雖然醫(yī)院所有科室都已搬遷，但就診人數(shù)不飽和、住院樓有空置樓層、后勤樓入住率較低導(dǎo)致集中空調(diào)系統(tǒng)負(fù)載較低，而系統(tǒng)設(shè)備的選型搭配未充分考慮項(xiàng)目負(fù)荷率較低狀態(tài)下的運(yùn)行需求。

 

　　2）夏季運(yùn)行策略存在問題，由于6月14—20日地源側(cè)回水溫度過低（21.4℃），冷水和冷卻水溫度接近導(dǎo)致螺桿式機(jī)組報(bào)警停機(jī)，運(yùn)行人員采取了減少地埋管換熱器支路開啟數(shù)量并手動調(diào)節(jié)地源側(cè)旁通閥的措施，將地源側(cè)回水溫度調(diào)節(jié)至30℃以上，高于離心式機(jī)組和螺桿式機(jī)組的設(shè)計(jì)冷卻水溫度要求（25℃），運(yùn)行水溫甚至超過常規(guī)冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)供回水溫度，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行制冷性能系數(shù)降低。系統(tǒng)的運(yùn)行控制手段有待進(jìn)一步完善，運(yùn)行控制水平有待進(jìn)一步提高。

 

　　3.3、能耗分析

　　表7給出了該項(xiàng)目自投入運(yùn)行以來的地源熱泵機(jī)房能耗數(shù)據(jù)。據(jù)了解，由于地源熱泵系統(tǒng)供熱穩(wěn)定，工程自投入使用以來冬季未采用過鍋爐進(jìn)行補(bǔ)充供熱。

　　根據(jù)表7，該工程2020年11月至2021年10月地源熱泵系統(tǒng)共耗電261.7萬kW·h，單位面積耗電41.9kW·h/m2。地源熱泵機(jī)房電耗分布見圖16。

　　地源熱泵系統(tǒng)采用輻射末端情況下，熱泵機(jī)組+水泵的能耗與末端能耗的比值約為12.5∶1，估算得到該項(xiàng)目暖通空調(diào)單位面積電耗約為45.3 kW·h/m2，折算標(biāo)準(zhǔn)煤（電力折算系數(shù)取0.3kg/（kW·h））約為13.6kg/m2。

 

　　根據(jù)寧宇對山東地區(qū)綜合醫(yī)院能耗的調(diào)研，6家與該工程同等規(guī)模的二級及以下綜合醫(yī)院空調(diào)能耗（不含供暖）指標(biāo)均值約為50.6kW·h/m2，折算標(biāo)準(zhǔn)煤為15.18kg/m2，供暖能耗指標(biāo)均值約為8.9 kg/m2，暖通空調(diào)總能耗約為24.1kg/m2。

 

　　根據(jù)以上對比可知，該項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)相較傳統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)，暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能約10.5kg/m2，建筑全年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤656t，約減少碳排放2000t。

 

　　PART 04、結(jié)語

　　該工程集中空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合了可再生地源熱利用、雙面輻射地板技術(shù)、動力分布式通風(fēng)系統(tǒng)、分體式能量回收技術(shù)及高效節(jié)能設(shè)備等多項(xiàng)技術(shù)，響應(yīng)了國家的減碳號召，并給醫(yī)院應(yīng)對疫情提供了有力的基礎(chǔ)設(shè)施支撐。雖然系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制還存在一定的優(yōu)化空間，但通過對運(yùn)行能耗的分析可知，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比常規(guī)的冷水機(jī)組和鍋爐或市政供暖，仍然有一定的節(jié)能效果，有較好的環(huán)境效益。針對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行，總結(jié)并提出以下建議：

 

　　1）通風(fēng)空調(diào)供暖冷熱源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型應(yīng)調(diào)研分析建筑的冷熱負(fù)荷特性，根據(jù)全年動態(tài)建筑冷熱負(fù)荷進(jìn)行冷熱源機(jī)組的選型搭配，不僅考慮設(shè)計(jì)工況下空調(diào)設(shè)備的高效率運(yùn)行，同時考慮低負(fù)荷率下設(shè)備的高效率運(yùn)行。

 

　　2）寒冷地區(qū)全年平均氣溫較低，巖土恒溫層的平均溫度也較低，對于采用了地源熱泵+末端供冷供暖輻射系統(tǒng)的項(xiàng)目，可考慮設(shè)置板式換熱器，過渡季及供冷初期可不開制冷機(jī)組，通過板式換熱器直接采用地下?lián)Q熱器的水系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)行免費(fèi)輻射供冷。

 

　　3）該項(xiàng)目夏季運(yùn)行時為了維持螺桿式機(jī)組冷凝側(cè)和蒸發(fā)側(cè)的壓差，調(diào)整地埋管換熱器的開啟數(shù)量及地源側(cè)旁通閥將冷卻水溫度調(diào)節(jié)得過高（33 ℃），造成熱泵機(jī)組運(yùn)行效率降低，在目前的機(jī)械旁通閥條件下，建議加強(qiáng)旁通水閥的精細(xì)化管理，調(diào)節(jié)地源側(cè)回水溫度使之接近25℃。新項(xiàng)目設(shè)計(jì)有條件時可考慮電動旁通調(diào)節(jié)閥，以便自動控制水溫。

 

　　4）該項(xiàng)目能源管理平臺未與項(xiàng)目同步完善，空調(diào)末端電耗自動計(jì)量系統(tǒng)暫未運(yùn)行，升級改造計(jì)量系統(tǒng)又導(dǎo)致地源熱泵機(jī)房月電耗數(shù)據(jù)丟失，這對能耗分析造成了影響。建議建設(shè)單位重視能耗計(jì)量系統(tǒng)的同步建設(shè)，運(yùn)行單位重視能耗數(shù)據(jù)的記錄、保存與分析，及時控制不合理的能源消耗。