在全球 “双碳” 目标落地与能源结构深度转型的背景下，可再生能源替代化石能源成为公共建筑节能改造的必然趋势。医院作为能耗密集型特殊建筑，其能源系统不仅需支撑 24 小时不间断的医疗设备运转、病房温湿度精准调控、生活热水稳定供应等多重负荷，且能耗强度远超普通公共建筑，其中暖通空调及热水供应能耗占总能耗的60%以上^[1][2]，供能可靠性直接关乎医疗服务质量与患者安全。传统医院能源供给模式以单一化石燃料为主，存在能耗高、碳排放量大、抗风险能力弱等弊端，既面临能源价格波动带来的运营成本压力，又难以适配极端气候下的负荷冲击，已无法满足现代医院绿色低碳、安全高效的运营需求。

1.1 研究背景

土壤换热器依托浅层地热能温度稳定、储量丰富、可再生的优势，成为医院能源站的核心清洁热源；空气能、光伏光热技术则具备适配性强、部署灵活的特点，可作为辅助能源弥补单一土壤换热器系统的负荷短板。构建“土壤换热器为主、空气能+光伏光热为辅”的多能互补系统，是医院实现清洁能源改造、提升能源自给率与运行稳定性的最优路径之一，兼具显著的节能效益、环保效益与社会效益。

1.2 国内外研究现状

国外对土壤换热器及多能互补系统的研究与应用起步较早，欧洲国家依托完善的政策体系与技术积累，广泛推广土壤源热泵与光伏、空气能的协同应用 ^[3]。瑞典、德国等国在医院建筑中采用 “土壤换热器 + 空气源热泵 + 光伏” 复合系统，实测数据显示可降低 40%~50% 化石能源消耗，系统年能效比稳定在 3.8 以上 ^[4]；美国通过智能化管控技术优化多能源负荷分配，实现医院能源自给率提升至35%以上，为多能互补改造提供了成熟经验 ^[5]。

我国医院清洁能源改造近年逐步推进，《地源热泵系统工程技术规范》《建筑光伏系统应用技术标准》等规范的完善，为多能源协同应用提供了技术保障 ^[6][7]。现有改造项目多聚焦单一清洁能源应用，如宁夏人民医院、嘉善县医院的土壤源热泵改造 ^[8][9]，或部分医院的光伏光热热水系统部署，但针对土壤换热器与空气能、光伏光热的深度耦合改造研究较少，存在系统集成性差、负荷分配不合理、辅助能源利用率低等问题，且缺乏针对医院特殊负荷的多能互补运行策略，亟需进一步深化研究 ^[10][11]。

1.3 研究意义与内容

本文研究旨在破解医院单一清洁能源改造的局限性，构建适配医院用能特性的多能互补系统。研究内容包括：土壤换热器的多源能源机房系统设计、关键施工问题识别与成因分析、针对性技术解决方案制定，以及系统运行策略与热工性能优化。通过系统设计、施工控制与运行模式的综合研究，完善医院多能互补供能系统的技术体系，为同类建筑清洁能源系统的设计与实施提供理论参考与技术支撑。

2工程概况

2.1 项目简介

本项目位于河南省原阳市，当地年平均气温15.9 ℃，1月平均最低气温-4℃，7月平均最高气温36℃。该医院项目自2020年投入使用。总建筑面积17万平方米，其中地上建筑面积12万平方米，地下建筑面积5万平方米。医院内设置门急诊医技楼、综合办公楼、后勤保障楼、病房楼、感染楼、洗衣房、锅炉房、污水处理站等建筑。

医院建筑室内末端形式为中央空调系统，夏季冷源为制冷机房内冷水机组，冬季热源与生活热水热源均为锅炉房内燃气锅炉。燃气锅炉在使用过程中存在环保排放受限、运行成本偏高、能源供应稳定性不足、安全管控严格以及碳排放不达标等诸多劣势，难以适配当前低碳环保与长期稳定运营的发展需求。基于上述问题，为响应节能减排政策、降低运维成本并提升供热系统的可持续性，对医院原有热源系统实施清洁能源改造。

2.2 项目系统设计

2.2.1室外设计参数（原阳）

2.2.2系统运行策略

本系统运行遵循“核心主导、多能互补、按需供能、节能高效”的原则，以地源热泵作为供暖核心热源，风冷热泵、太阳能集热系统、辅助锅炉及其他备用热源为补充，通过智能控制系统实现各热源的协同调度与高效运行，既保障医院供暖及生活热水的稳定供给，又最大限度提升能源利用率、降低运行成本，适配医院核心区域恒温、负荷波动大的用能特点。

系统运行以地源热泵为核心供能单元，土壤换热器通过地下埋管回路持续吸收土壤低位热能，为地源热泵提供稳定热源，经地源热泵机组做功提升热能品位后，满足全院主要供暖需求；多能源结合采用“优先可再生、辅助补缺口”的方式，太阳能集热系统优先利用太阳辐照补充生活热水及供暖负荷，风冷热泵在土壤取热不足或负荷波动时协同供能，辅助锅炉及其他备用热源仅在极端工况、核心热源故障时启动补位，同时智能控制系统实时监测土壤温度、热负荷需求及各热源运行参数，动态调节出力占比，维持土壤热平衡，确保系统全工况可靠、节能运行。

3施工问题及解决方案

以土壤换热器为核心主导能源，耦合空气能、光伏光热的医院清洁能源改造项目，区别于新建项目的核心难点的在于：医院需24小时不间断开展医疗服务，施工活动需在保障医疗运营安全、不中断核心医疗服务的前提下推进，且现场既有管线、地质条件、多能源系统集成等均存在不确定性。本章结合项目施工实践，针对改造过程中遇见的核心问题、共性问题进行系统梳理，提出科学可行的解决方案，为同类医院清洁能源改造项目施工提供技术参考与实践借鉴。

3.1 核心施工问题：地下管线复杂未知及解决方案

3.1.1 问题描述

本次改造项目实施时，医院已投入正常运营，尽管具备各专业原始管线图纸，但由于医院运营年限较长、后期多次局部改造、管线维护记录不完善等原因，现场强弱电管线、给排水管道、医用气体管道、消防管道等各类管线错综复杂，原始图纸与现场实际管线的走向、埋深、管径存在较大偏差。土壤换热器埋管施工需进行大面积地下开挖与钻孔作业，盲目施工极易破坏既有管线，引发医疗设备断电、医用气体泄漏、供水中断等安全事故，严重干扰核心医疗区域（手术室、ICU、检验科）的正常运转，甚至威胁患者生命安全，同时也会造成工期延误与经济损失。

3.1.2 解决方案

针对地下管线复杂未知的核心痛点，采用“图纸整合+设备探测+人工验证”的三重防控方案，确保施工安全，具体措施如下：

第一，多专业协同，编制管线综合图纸。组织暖通、强弱电、给排水、医用气体、消防等所有相关专业技术人员开展图纸会审，逐一核对各专业管线图纸信息，梳理管线冲突点与重叠区域，整合形成统一的地下管线综合图纸。图纸明确标注各类管线的走向、埋深、管径、材质及接口位置，重点标注与土壤换热器埋管、空气能机组安装、光伏组件敷设相关的管线冲突区域，经各专业确认无误后，作为施工的核心依据。

第二，配备专业探测设备，精准排查地下管线。购置地下管线探测仪等专业勘测装备，组建专项探测小组，对土壤换热器埋管区域、水平管线敷设区域及辅助能源设备安装区域进行全面探测。通过设备探测获取地下管线的实时位置信息，与管线综合图纸进行比对分析，修正图纸偏差，明确未在图纸中标注的隐蔽管线，形成探测报告，为施工点位规划提供精准支撑。

第三，人工探孔验证，筑牢施工安全防线。在正式开展机械钻孔、开挖作业前，对每一个计划施工点位（尤其是土壤换热器钻孔点、管线敷设转折点）进行人工探孔，探孔深度不小于3米，重点排查浅层隐蔽管线。经人工探孔确认无管线、无障碍物后，方可启动机械施工，杜绝盲目开挖带来的安全隐患。同时，在施工过程中安排专人全程监护，发现异常立即停工，核查确认后再继续作业。

3.2 共性施工问题及解决方案

3.2.1 医院运营与施工交叉干扰问题及解决

医院作为特殊公共建筑，需24小时不间断提供医疗服务，施工过程中产生的噪音、振动、粉尘，以及临时断电、停水等情况，极易干扰手术室、ICU、检验科等核心医疗区域的正常工作，影响医疗设备精度与患者康复环境，甚至引发医疗安全风险，这是改造项目施工过程中的主要共性问题之一。

对应的解决方案主要包括三个方面：一是制定分时段、分区域错峰施工方案。结合医院医疗工作规律，明确施工时段划分，白天医疗高峰时段（8:00-22:00）仅在非核心区域（如医院北侧绿化带、地下停车场闲置区域）开展低噪音作业；将噪音大、振动强的施工环节（如机械钻孔、路面破拆）安排在夜间（22:00-次日6:00）医院医疗负荷较低的时段进行，同时选用低噪音施工设备，设置隔音屏障、减震垫等降噪、减震设施，降低施工干扰。二是实施核心区域物理隔离。对手术室、ICU等敏感医疗区域周边的施工区域，采用高密度隔音围挡、防尘布进行全封闭隔离，划分明确的施工边界与医疗通道，严禁施工人员、设备进入医疗核心区域。施工期间安排专人与医院后勤管理部门、医务部门实时对接，实时监测施工区域及周边的噪音、振动、空气质量指标，一旦指标超标立即停工调整，确保符合医院运营环境要求。三是制定备用保障预案。针对施工过程中可能出现的临时断电、停水情况，提前与医院沟通协商，配备备用发电机、临时供水设备，明确备用设备的启动流程与责任分工，确保核心医疗设备、急救设备的供电、供水不受影响；同时，针对土壤换热器、空气能等系统安装过程中可能出现的临时供能缺口，制定临时供能方案，保障医院核心区域的基本供能需求，杜绝因施工导致医疗服务中断。

3.2.2 施工期间医疗安全与场地管理问题及解决

医院场地内存在医疗废弃物、医用污水等潜在生物污染风险，施工过程中若场地管理不当，可能导致医疗废弃物与施工垃圾混放、生物污染扩散，影响医院环境卫生与人员健康；同时，医院场地有限，施工材料、设备的堆放易占用急救通道、消防通道，影响医院应急救援工作开展，这也是改造项目施工过程中的重要共性问题。

对应的解决方案：一是实施严格的场地分区管理。结合医院场地布局，划分明确的施工区域、材料堆放区、垃圾清运区、医疗通道、急救通道，设置明显的标识牌，严禁施工材料、设备占用医疗通道、消防通道。施工区域与医疗活动区域、患者活动区域严格分离，设置隔离围挡，禁止无关人员、施工车辆进入医疗区域。二是规范垃圾与废弃物管理。建立施工垃圾与医疗废弃物分类收集、清运制度，配备专用的分类垃圾桶、清运车辆，施工垃圾与医疗废弃物分开存放、分开清运，严禁混放、乱堆乱放；施工垃圾每日清理，及时运输至指定垃圾处理场所，医疗废弃物由医院按照相关规范统一处理，施工单位配合做好衔接工作，杜绝环境污染与生物污染风险。三是加强施工区域消毒与环境监测。每日施工结束后，安排专人对施工区域、材料堆放区、垃圾清运区进行全面消毒，选用符合医院感控要求的消毒试剂；配合医院感染管理部门，定期对施工区域及周边环境进行采样监测，重点监测细菌、粉尘等指标，确保符合医院环境卫生标准，保障医护人员、患者及施工人员的健康安全。

4结论

项目实际运行结果表明，该系统运行稳定可靠，各项性能指标均达到设计要求，有效满足了医院各区域供暖、生活热水等用能需求，尤其适配核心医疗区域恒温、负荷波动大的特殊要求，运行效果良好。与传统医院供暖供能方式相比，该系统通过优先利用土壤热能、太阳能等可再生能源，优化多热源协同运行模式，大幅降低了化石能源消耗，同比节能30%以上^[14-16]，同时减少了污染物排放，兼具显著的节能效益、环保效益和经济效益。

综上，以土壤换热器为主导的多能互补清洁能源系统与医院用能场景高度适配，系统设计科学合理、运行策略高效可行，不仅有效解决了传统医院供能系统能耗高、环保性差、运行稳定性不足等问题，同时在工程实施中针对施工关键环节的技术难点、现场协调及质量管控等问题形成了成套解决方案，保障了系统安装质量与长期可靠运行。研究成果可为医院领域清洁能源替代、既有供能系统节能改造提供切实可行的技术参考与工程实践范例。