创信工程咨询股份有限公司 四川省成都市 610000
摘要：绿色建筑在全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，是我国建筑产品发展的方向。但我国建筑业还处于传统设计占主流，绿建相关技术未得到大规模应用，其造价也处于高位。本文以成都市某绿建三星住宅项目为例，尝试对绿色建筑技术的地源热泵与毛细管辐射空调系统的造价与传统对流式中央空调进行了对比分析。
关键词：绿色建筑技术；地源热泵与毛细管空调系统；造价对比分析
0 引言
地源热泵毛细管辐射空调系统是一种利用浅层地热能作为冷热源，毛细管辐射系统与置换通风系统作为末端的温湿度独立控制空调系统。该系统将土壤作为空调系统的冷热源，末端采用高辐射低对流的热交换方式实现对室内环境进行温度调节，湿度则由独立的置换新风系统进行调节。相对于传统的对流式空调系统，它具有高效、节能、舒适、环保等特点，地热能是无污染的可再生能源。在提倡绿色建筑的今天，该技术符合绿色建筑评价标准的节能与能源利用，是较为成熟的绿色建筑应用技术。但因绿色建筑的发展尚处于起步阶段，地源热泵与毛细管空调技术尚未实现大规模应用，目前造价水平还处在高位。
1 项目概况
成都市某住宅项目，规划用地面积27424㎡，由10栋11~12层小高层住宅组成，规划建筑面积约109504㎡，计容建筑面积71845㎡，共396户，户均建筑面积在180㎡左右。地下2层（局部1层），主要由机动车库、住宅地下储存间、设备用房及蓄水池等组成。
该项目考虑成都地区冬冷夏热，地下水丰富且有较厚卵石层，单位换热量高的特点，结合目前切实可行的绿色建筑技术，应用地源热泵及毛细管空调系统，其中地源热泵系统由前端系统、制冷/热系统、热交换系统及控制系统组成，毛细管辐射空调系统作为入户末端。
2 系统设计
前端系统系采用U型换热管埋置于地下土壤层，基础筏板下水平埋管和垂直埋管相结合，钻井390口，每井孔径150mm，深度130米，埋置4根DN25的HDPE管，水平管采用PE管，管径DN32~DN75，设置8~14路分/集水器14台。测温系统设置测温井9口，井内埋设测温管、测温电缆、温度采集箱并与控制系统相连。
制冷/热系统采用2台螺杆式地源热泵机组（制冷量：832kW，制热量：925.7kW，COP≥6.5）作为主要供冷供热设备，2台螺杆式风冷热泵（制冷量：1473kW）作为冷量补充设备，1台螺杆式冷水机组（制冷量1011kW）和1台超低噪声方形横流冷却塔（冷却水量：246m³/h）作为调节设备。供冷供暖季正常运行时，优先开启地源热泵机组，供暖不足时开启风冷热泵，供冷不足时优先开启离心冷机+冷却塔，最后开启风冷热泵；过渡季负荷较小时，可开启冷却塔板换免费制冷，或逐时开启风冷热泵，一方面室外温度相对较低风冷热泵效率较高，一方面节省地下的冷量，可以有效缓解地埋管系统温度过早升高的问题。
热交换系统采用8套板式换热器（单套总换热量290kW~340kW，流量46~54m³/h）将地源热泵产生的冷/热量交换至毛细管辐射空调系统。
系统连接管道，地源侧采用无缝钢管，一次侧采用内外镀锌钢管和无缝钢管，二次侧采用衬塑钢管。
毛细管辐射空调系统末端采用毛细管，于室内墙面、天棚抹灰铺设毛细管席（主管Φ20mm*2.0，支管4.3mm*0.8，间距20mm），各路分/集水支管将毛细管席连接起来，由各户独立的毛细管分/集水器进行控制。
冷冻水管道采用B1级橡塑保温。
本项目空调自控系统控制室设置于地下二层，贴临冷、热站机房。整套系统由中央管理电脑、便携式电脑、网络控制器、系统软件、UPS不间断电源、网络接入设备、现场控制器（DDC）、协议转换器、传感器及执行机构等组成。系统采用集散控制方式的两层网络结构，管理层建立在以太网络上，控制层则采用BACNET总线技术，两个网络层面均可以自由拓扑，灵活的结构为系统实施和维护提升便利性。
3 造价对比分析
地源热泵毛细管辐射空调系统与传统中央空调系统从系统构成看，差异主要在前端系统、制冷/热系统、热交换系统及末端系统，控制系统差异较小。因此我们主要从前端系统、制冷/热系统、热交换系统及末端系统与传统中央空调进行造价对比分析。
3.1 前端系统的造价对比
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注：单位指标以建筑面积为基数计
由上表可知，地源热泵前端系统造价相较于传统中央空调大大增加，主要原因在于地源热泵需要打井埋管，本项目打井共计5万余米，埋管20万余米，此部分造价达62.92元/平米，且基本无下降空间。但地源热泵前端系统为闭式循环，运行过程中耗水量极小，传统中央空调冷却塔耗水量较高，经测算，该项目若采用传统中央空调，按一半时间开启计算，冷却塔年耗水量约30000~40000m³。
3.2 制冷/热系统的造价对比
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注：单位指标以建筑面积为基数计
由上表可知，地源热泵制冷/热系统相对于传统中央空调造价增加约39%，主要原因在于增加了备用制冷/热设备（本项目备用制冷/热设备为螺杆式风冷热泵）及配套水泵、管道及阀门等水循环设备材料。
依据本项目热响应试验结果计算后，对制冷/热空调设备选型，因热响应试验结果为基于特定工况下的模拟计算值，仅能作为空调设备选型参考，为保证中央空调系统的稳定运行和制冷/热效果，须增加备用制冷/热设备。随着地埋管式地源热泵工程数量增加，浅层地热能换热数据的积累，地源热泵制冷/热设备选型参考数据逐步完善，届时地源热泵制冷/热设备选型将更加准确，备用制冷/热设备的制冷/热量占比将逐渐减少，从而降低造价及运行费用。
3.3 热交换系统的造价对比
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注：单位指标以建筑面积为基数计
相对于传统中央空调，地源热泵系统新增了热交换系统，地源热泵侧产生的冷/热量通过板式换热器转移到毛细管空调系统，原因是毛细管系统末端管径较小，必须设置为独立式的末端净水循环系统，以防结垢、滋生藻类与细菌。
3.4末端系统的造价对比
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注：单位指标以建筑面积为基数计
毛细管辐射末端系采用毛细管席，毛细管席为4.3*0.8mm的PP聚丙烯毛细管组成间距在10mm～30mm的网栅，主要铺设于户内天棚与墙面（面积比约7：3），户均铺设面积约110平米。此项初始投资较传统风机盘管高出约1.5倍。但毛细管席面积轻薄，不占用层高，且运行无电力消耗，风机盘管电力消耗较高，经测算，本项目若采用风机盘管，年耗电量约2~3万KW.h。
本项目毛细管席采用德国进口品牌clina，每平米材料单价160元。随着应用规模的扩大，国内技术成熟，该类产品价格有望降低至60~80元/平米，届时毛细管辐射末端的造价水平可实现与传统风机盘管持平甚至更低。
3.5 总造价对比
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注：单位指标以建筑面积为基数计
由上表得知，就本项目而言，地源热泵毛细管空调系统相较于传统中央空调系统，每平米建筑面积增加造价119.51元，主要增加在前端系统、制冷/热系统、末端系统和热交换系统。随着技术的成熟与市场规模扩大，其中备用制冷/热设备、毛细管末端均有较大的下降空间。
4 结语
地源热泵毛细管辐射空调系统具有运行无噪音、人体舒适度高、使用寿命长，运行负荷低、节电节水、无环境污染（地埋管不污染地下水），降低碳排放等众多优点，随着技术的成熟与市场规模扩大，初始投资也将逐步降低，相对于传统中央空调，造价的经济性将会进一步凸显。采用地源热泵与毛细管辐射空调，是符合经济发展，人民生活水平提高，同时对环境友好、能耗降低的未来趋势的。
参考文献：
【1】高波.地源热泵与毛细管辐射空调系统的设计应用.制冷与空调，2011-2
【2】周华慧.地源热泵岩土热响应现场测试及分析.制冷与空调，2012-5
【3】黄翔.绿色建筑与暖通空调设计.制冷与空调，2001-5