王炳智　楊星林　張海波

[摘要] 當前在全國各地綠色醫(yī)院建設的浪潮中，地源熱泵系統(tǒng)作為一種新型中央空調選型，逐漸在新醫(yī)院建設中得到應用與推廣。該研究結合新院區(qū)建設采用的地埋管地源熱泵系統(tǒng)，對中央空調主機的類型、地源熱泵系統(tǒng)含義、分類作了解析，特別是針對新醫(yī)院地源熱泵系統(tǒng)室外地源換熱管的鉆孔、下管、回填、連管做了詳細的施工工藝描述，最后全面總結了地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

[關鍵詞] 中央空調主機；地源熱泵系統(tǒng)；施工工藝；優(yōu)點；缺點

[中圖分類號] R197 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2018）08（a）-0033-02

近年來，隨著人們生活水平的日益提高和國家醫(yī)改配套政策的執(zhí)行，全國各地市新醫(yī)院建設可謂方興未艾，如何建設好一所綠色醫(yī)院成為當今醫(yī)院建設的主題。中央空調系統(tǒng)的能耗，一般占建筑總能耗的50%～70%[1]，可見中央空調系統(tǒng)主機運行模式的選取對大型醫(yī)院運行所需的能源消耗與后期成本維護等方面均起著至關重要的作用。

1 中央空調主機形式

中央空調主機形式分為水冷冷水機組（包括冰蓄冷系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)），直燃機機組形式（溴化鋰）；風冷熱泵冷（熱）水機組；多聯(lián)機系統(tǒng)和水環(huán)熱泵系統(tǒng)等4種形式，當前醫(yī)院主要采用第一種形式內的各種水冷機組。

2 綠色醫(yī)院與地源熱泵系統(tǒng)

2.1 綠色醫(yī)院的概念

綠色醫(yī)院是指在醫(yī)院的全壽命周期內（規(guī)劃、設計、建造、運行、維護和拆解等）對周圍環(huán)境的有害影響較小，對資源的需求相對較少，但是在節(jié)省資源（比如節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材等）的情況下并不減少醫(yī)院內部使用人員（包括病人、醫(yī)務人員以及訪客）的良好體驗，能夠達到這樣的目標的醫(yī)院可以稱之為綠色醫(yī)院[2]。依照我國現(xiàn)行《綠色醫(yī)院建筑評價標準》（GB/T51153-2015），對綠色醫(yī)院進行等級劃分，最高為5星級、最低為3星級。

濟寧市第一人民醫(yī)院西院區(qū)（以下簡稱新院區(qū)）規(guī)劃總建筑面積16.13萬m2，主要建設門急診樓、病房樓、保健樓、餐廳、制劑樓及配套用房。該項目從設計階段就參照綠色三星建筑標準規(guī)范，采取了一系列節(jié)能降耗的綠色措施，例如采用了BIM技術（建筑信息模型）、屋面太陽能、中水處理、雨水回收、地源熱泵等系統(tǒng)。

2.2 地源熱泵系統(tǒng)的概念

1912年瑞士專家首次提出地源熱泵系統(tǒng)的概念，1946年美國建成第一個地源熱泵系統(tǒng)，20世紀80年代后期，地源熱泵技術已經(jīng)趨于成熟。

地源熱泵系統(tǒng)（ground-source heat pump system）是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用系統(tǒng)。地源熱泵系統(tǒng)通常是轉移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方，還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內，一個年度形成一個冷熱循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能減排的功能[3]。地源熱泵系統(tǒng)分室外地源換熱系統(tǒng)、地源熱泵主機系統(tǒng)和室內末端系統(tǒng)三部分。

從地熱能交換系統(tǒng)的角度，地源熱泵系統(tǒng)分為地下水地源熱泵系統(tǒng)、地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

3 地源熱泵系統(tǒng)的施工工藝

新院區(qū)采用地埋管式地源熱泵系統(tǒng)，室外地源換熱系統(tǒng)是指在建筑物周圍豎向打孔埋管布置地埋U型換熱器。新院區(qū)共設計換熱孔2000眼，每孔有效換熱深度為120 m（相對于地面高度為-3～-123 m），孔間距為4 m，孔直徑為140 mm，每6孔為一個最小回路單元；施工工藝大致分為鉆孔、下管、回填、連管等四個施工環(huán)節(jié)。

鉆孔：首先，會審施工圖紙，詳細了解打孔區(qū)域是否有地下管線、樁基和構筑物；其次，對鉆孔區(qū)域進行場地平整，測量放線，定位管孔，用木樁進行標記并編號，在附近挖泥漿池和泥漿溝；再次，鉆機進場后落位安裝，連接鉆機電源和水源，具備條件后進行試鉆。鉆機在操作過程中應注意鉆機的水平和鉆桿的垂直；最后，要控制好鉆孔的直徑和深度，鉆頭的大小決定孔的直徑，根據(jù)鉆桿的節(jié)數(shù)來計算鉆孔深度，鉆孔的直徑和深度均應滿足設計要求。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，一臺鉆機要配置3名工人，每天按工作10 h來計算的話，能完成4孔（120 m/孔）的工作量，施工現(xiàn)場應根據(jù)工作面大小及工期安排，合理配置鉆機的臺數(shù)。

下管：當鉆孔達到設計深度時，要及時撤出鉆桿，開始下PE管。首先，要做好PE管（含預制雙U型頭）進場驗收、沖洗、試壓、編號工作；其次，下管時要采用鉆桿輔助，不得用力壓制鉆桿下管；為防止地埋管U型頭在下管中受到機械損傷，在靠近U型頭部位連續(xù)安裝管卡，這樣即不損害PE管，也可避免U型頭直接受力；如出現(xiàn)下管困難時必須提管后再清孔（或擴孔）；再次，U型管必須帶壓下管，下管過程中應時刻注意壓力表刻度；發(fā)現(xiàn)泄壓后必須重新試壓，確保垂直的埋管完好無損；PE管保壓至灌漿后1 h；最后，將提前預制好長度（一般比孔深多2～3 m）的PE管垂直埋管敷設完畢后，用管帽對地面管進行封堵，避免泥沙進入管道。

回填：通過灌漿管將原漿回填（灌漿管通過管卡中間孔洞與垂直的埋管同時插入孔中到孔底），從孔底逐漸灌至孔口（灌漿管隨灌隨抽，直至抽出孔外）；嚴禁使用現(xiàn)場的混合泥漿（泥漿隨意排放的混合泥漿）回填；當上翻泥漿密度與灌漿密度一致時，灌漿完成；如采用人工回填原漿，必須多次回灌，每次回填時應隨時輕微搖動孔內PE管，確保原漿沉入底部；當原漿回填至孔口位置時，應清除孔口周圍的積水或泥漿，為其干燥收縮創(chuàng)造條件，并應補灌封孔。當孔內地下水較多時，原漿回填料應摻入膨潤土或粗砂。

連管：在連接之前要保證現(xiàn)場沒有多余的液體泥漿存在，多余泥漿可以外運或者自然晾干，水平連管管溝溝底應鋪填細砂，水平管敷設完后，其上應再鋪設一層細砂，然后回填原土并夯實。每一次連管完成之后都應該打壓一次，保證系統(tǒng)的密閉性。每6孔為一個最小組合單元連接到13通，13通匯集在二級分、集水器上（設置在室外檢查井），最后通過主管連接到一級分、集水器上（設置在空調主機機房），一級集水器通過循環(huán)水泵與6臺螺桿式地源熱泵冷熱水機組相連進行冷熱交換。從換熱孔到二級分、集水器采用聚乙烯塑料管連通，該管（不保溫）采取直埋的方式；二級分、集水器到一級分、集水器室內部分采用無縫鋼管（保溫）連接。為保證二級系統(tǒng)水力基本平衡，一級分、集水器的各支路設置靜態(tài)水力平衡閥；為彌補空調水損耗，還需設置定壓補水裝置。

此外，所有的鉆孔位置及其水平連管均在建筑物輪廓線的3 m以外，以防影響建筑物安全。

4 地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點

4.1 綠色環(huán)保、高效節(jié)能

①地源熱泵系統(tǒng)不直接消耗不可再生資源（煤、燃油或天然氣等），沒有任何排放污染；②地源熱泵將室內的熱量轉移到地下土壤中存放，從源頭上根除了空調系統(tǒng)對城市熱島的效應；③該系統(tǒng)的COP（制熱量/制冷量和所消耗的電功率之間的比值）值最高達到4以上，高效的一次能源利用率，是地源熱泵系統(tǒng)環(huán)保效果的最直接體現(xiàn)；④地源熱泵利用了地球表面淺層地熱資源（通常不大于400 m深），屬于可再生能源利用技術。

4.2 維護費用低、使用壽命長

①地源熱泵系統(tǒng)運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，維護設備少，設備都在機房和檢查井內，也方便維護；②省去了冷卻塔、鍋爐房、室外機組和其他配套設備，節(jié)約了屋面空間，避免了不必要的初次投資和后期維護更換支出費用，同時也改善了院區(qū)特別是屋面的外部形象；③地源熱泵的地下埋管為聚乙烯管（PE管），而且深埋地下，很少受外力作用，壽命可達50年。

5 地源熱泵系統(tǒng)的缺點

地源熱泵系統(tǒng)也不是完美無瑕的，也有其缺點。①土壤熱不平衡的問題，中國南部以供冷為主，常年向地下注入熱量；而北方地區(qū)冬季供暖需求大，從土壤中大量吸熱，長此以往將導致土壤溫度失衡，系統(tǒng)效率降低，影響周圍生態(tài)；②打孔埋管必須有足夠的空間；③設計及運行中對全年冷熱平衡有較大要求，要做到夏季往地下排放的熱量與冬季從地下取用的熱量大體平衡，長期使用效果會變差；④室外打孔往往在新醫(yī)院建設初期，后期院區(qū)管網(wǎng)、綠化等配套工程施工時容易對原來預埋管和檢查井造成破壞，施工階段不容易被發(fā)現(xiàn)，往往院區(qū)道路、鋪裝或綠化完工后才發(fā)現(xiàn)，維修不方便而且增加了維修成本；第五，室外打孔會產生大量泥漿，在院區(qū)內不好堆放，外運又會給市政道路產生一定的污染隱患。

6 結語

地源熱泵系統(tǒng)作為一種環(huán)保節(jié)能的新型中央空調系統(tǒng)，總體來看，其優(yōu)點遠遠大于缺點，在新建綠色醫(yī)院中逐漸得到應用與推廣。建設單位如想采用該系統(tǒng)作為主要空調冷熱源的話，在新院建設初期一定要做好該系統(tǒng)的前期論證工作，并不是所有的醫(yī)院都適合該系統(tǒng)。①不同地區(qū)的能源政策、能源價格對其影響；②一次性投資及運行費用不同地區(qū)也不同；③建設單位必須提前對擬打孔的地下土壤、水文等地質條件進行判斷，通過打實驗井采集實驗數(shù)據(jù)、模擬分析、科學計算等一系列論證工作后得出答案。

[參考文獻]

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（收稿日期：2018-05-10）