1　引　言
土壤源热泵技术是一种节能、环保的实用空调技术,在北美和欧洲已非常成熟,应用了近几十年,是一种广泛采用的供热空调系统。自20世纪90年代后期,土壤源热泵空调技术在我国的研究和应用有了发展,理论和实践研究活跃,工程应用逐年增加[1]。
土壤源热泵与其它形式的热泵和空调系统的最大区别是其冷热源为土壤。以土壤作为冷热源和以空气作为冷热源相比较,其优点是土壤的温度比较恒定,冬季土壤温度大于室外空气温度,夏季土壤温度低于室外空气温度,因此地源热泵的制冷、制热系数高于空气源热泵,一般可高于40%[2]。由于大地的换热性能远远高于空气,土壤源热泵系统能够显著的降低能耗,与传统空调系统相比在运行费用方面有很大的优势。由于土壤源热泵只用浅层岩土层中的热量,不存在浪费或破坏水资源的隐患,真正实现了环境友好,并可在全年较好地实现冬储夏用、夏储冬用。从全年的角度看,能量可以在一定程度上得到循环利用。因此,得到越来越多的企业、用户的关注,应当推广应用。
笔者针对大连地区某疗养院改造工程,详细分析了该工程的实际条件,提出了利用土壤源热泵的空调系统改造方案。
2　工程概况
该工程为大连市某疗养院空调系统改造工程。疗养院始建于1987年,占地面积3·4万m2,总建筑面积近2万m2,现有建筑物10座。根据社会发展和市场需求要进行改造。改造前疗养院的空调系统为燃油锅炉+分体空调,改造后将采用集中空调系统。由于目前能源短缺、原油价格上涨,计划拆除原有的燃油锅炉,该疗养院所处的地区附近没有集中供热外网。在空调系统方案研究初期对该工程附近的地质结构进行了勘察。院区地表覆盖第四纪或晚第三纪坡残积层。地表至地下10m为亚砂土(由粘性土和变质岩碎块组成),地下10~400m为石英岩与板岩互层,上部石英岩浅灰色,下部灰白色,上部板岩灰黄色,下部深灰色,其走向大致垂直于海岸。岩土体平均导热系数为4·4W/(m·K),热扩散率为3·6~5·4×10-3m2/h。地下岩石(土壤)中的能量蕴含丰富,10m以下,四季恒温,温度在13℃左右。据调查资料和钻孔揭露,中浅层地下水主要以碳酸盐岩溶液裂隙(空洞裂隙)水为主。地下水主要赋存在青白口系南芬组碳酸盐岩溶洞裂隙中,分布范围比较广泛。最大冻土深度0·93m,无霜期170~190d,始于11月,终于翌年4月上旬。
经地质勘测结果分析可知,测区内地表水系极不发育,为流程短的季节性溪流,流域面积小,雨季河水瀑满,旱季河水干枯。受新构造运动的影响,溪沟流程短而坡陡,溯源侵蚀强、冲刷严重,地表径流快、滞留时间短,积水坑中的地表水以潜流补给地下水为主;附近的海岸线又被养殖场所租用,无法利用地下水和地表水水源热泵,经综合考虑该工程采用地埋管换热系统的地源热泵。
3　系统方案设计
3·1　负荷分析
该工程改造过程中,外围护结构将进行保温处理,因此供冷和供热指标不能取用原有建筑物的设计冷热指标,但建筑尚不能达到节能建筑的标准。根据建筑条件对全年(8760h)的负荷进行逐时模拟计算,该工程的建筑功能和负荷分布见表1。

设计初期对疗养院进行了实测调查,由疗养院工作人员提供的例年营业资料显示,该疗养院的最大客流量为一、二百人左右,所以娱乐活动中心的冷负荷与其它类型娱乐场所的冷负荷相比小一些。对于办公建筑,白天气温高、日照强,室内热源多集中在白天,冷负荷大部分集中在白天;对于旅馆类建筑高峰负荷在白天出现,但夜间有较大的基载负荷。因此由于建筑功能、建筑朝向、建筑高度、窗墙比不同,建筑物峰值负荷出现的时间不同,建筑群的负荷应为各建筑逐时负荷叠加的最大值,即空调峰值冷负荷为997