地源热泵系统在大型建筑中的应用
地源热泵技术对降低建筑能耗及环境保护具有重要的意义。特别是近年来在大型公共建筑中，采用地源热泵技术的工程案例逐年增多，并通过在工程中的成功运用得到了社会的共识，成为我国大型建筑暖通空调的发展趋势。
位于北京中关村科技园区的北京永旺国际商城，是园区商业服务功能的重要配套项目。工程总建筑面积为15.6万m2，以商业用房为主，辅以一定数量的餐饮及后勤辅助用房。
根据建筑规模和采暖空调面积的负荷需求，该建筑的冬季采暖热负荷为11700KW,夏季空调冷负荷为14370KW。
2.冷热源方案选择和设计
该工程建筑规模较大，建设单位根据建设规划，提出建筑暖通空调系统采用可再生能源技术，以提高能源利用率和降低能源消耗，达到国家对建筑能耗的指标要求。
根据建筑工程的冷热负荷特性及建筑周边条件、配套功能特点、并考虑节能环保、运行及初投资等因素，确定采地源热泵加辅助冷热源的复合能源型式。
在设计上以冬季采暖热负荷确定地源热泵的设计容量，冬季由地源热泵机组和辅助热源作为采暖热源，夏季由地源热泵机组和冷水机组作为空调冷源。
地下换热器设计
通过对当地岩土热物性进行的热响应测试，试验所得土壤换热量为：冬季供热40W/m井深，夏季供冷70W/m井深。
根据该项目建设的实际状况及所能够提供的地下换热器的实施条件，在建筑周围设置了1060个双U型地下换热器，有效换热长度为123米，钻孔间距为4.5米，占地面积约3.48万平方米，地埋管上部地面使用功能为停车场和绿地。
地埋管换热器采用同程式连接，分组接入若干组分集水器，以并联方式接至地源热泵机房。
根据地下换热器的规模，确定地下换热器所提供的冷热负荷：冷负荷为7605kw，热负荷为6953kw。冬夏季冷热负荷基本达到平衡，保证了土壤长期热平衡状态不被破坏。
不足部分的冷热负荷由冷水机组和辅助热源补充解决，形成一个地源热泵的复合系统。
空调机组选择
共选用三台地源热泵机组，单机制热量2206KW，制冷量2388KW。此系统可供的总热量和总冷量可以满足地下换热器系统提供的冷热负荷。
为补充夏季冷负荷，另外设置两台冷水机组，单机制冷量为4571KW。
此系统可提供的总冷量为14374KW，可满足冷负荷高峰时段的负荷需求，并根据冷负荷情况决定冷水机组的运行方式。
3.地源热泵复合系统的意义
地源热泵系统是通过闭环式垂直埋管的地下换热器向土壤释放建筑物的冷负荷或从土壤中吸收热负荷，通过热泵实现对建筑物供冷供热功能。如果冷热负荷不能达到相对均衡，温度的变化对地埋管换热器的传热性能将产生一定的影响，常年运行将影响地源热泵系统的性能。
解决问题的关键在于减小冷热负荷的不平衡程度，只有使地下换热器的吸热量和放热量达到基本平衡，不使多余的热量（或冷量）在地下积累，才能保证地下常年平均温度不会变化，从而保证系统性能稳定。
切实可行的方法就是在系统中增加辅助冷热源设备，这种具有辅助冷热源设备的系统构成了地源热泵复合系统。
该工程在设计上，采用以冬季热负荷为设计依据，规划地下换热器的规模和设计参数，对地下换热器而言，冬夏季的取热和散热负荷要基本达到平衡，两季不足的负荷由辅助冷热源补充解决。
实践证明采用地源热泵+辅助冷热源系统的方式具有较高的实用价值。特别是针对大型建筑工程，合理地设置地源热泵辅助系统，可有效降低系统投资，提高系统的运行节能效果。依靠地源热泵系统可保证基本负荷需求，在峰值负荷或负荷较大时，使用地源热泵和辅助冷热源系统联合运行。
4.节能及环保效益分析
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。
地源热泵系统的另一个显著的特点是极大提高了能源的利用率，因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约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－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
该项目利用可再生能源中的地源热泵系统结合辅助冷热源作为建筑的空调采暖系统，供暖和制冷面积达到15.6万平方米。
根据中关村国际商城一期可再生能源应用可行性研究报告的分析，本项目冬季供热采用地源热泵系统，与传统的市政热力系统比较，可节约标准煤919.6吨。使用地源热泵系统，在运行过程中没有燃烧过程，每个采暖季可减排SO2达到68.97吨，减排等效CO2达到2298.9吨，减排NOX达到334.85吨，粉尘625.33吨，为北京市节能减排工作做出应有贡献。
5.结语
北京依科瑞德地源科技有限责任公司承建了该项目的冷热源工程。该项目的地源热泵工程被国家住房和城乡建设部、财政部评为2007年度可再生能源建筑应用示范项目。
该项目是目前国内单体建筑规模最大的采用地源热泵系统的建筑，无论从供能面积和供能负荷上都具有规模大、技术先进的特点，是地源热泵技术在大型建筑中的应用典范。
