醫(yī)院建筑暖通空調節(jié)能思路及措施 - 沈晉明 - 圖文-

1、特別策劃|FEATURES492013.04|醫(yī)院建筑暖通空調節(jié)能思路及措施文|沈晉明俞衛(wèi)剛近年來我國新建醫(yī)院已經(jīng)完全改變了傳統(tǒng)醫(yī)院建筑的能耗比例,空調與供熱(包括供熱水與蒸汽已成為最大能耗,其次是照明。下面將重點討論醫(yī)院建筑暖通空調方面的節(jié)能。暖通空調系統(tǒng)節(jié)能措施分析醫(yī)院節(jié)能這項工作已經(jīng)做了許多年,有許多文獻介紹了這方面的工作,目前應該清醒地分析過去得到的經(jīng)驗與教訓。在滿足醫(yī)療與感染控制要求的前提下,暖通空調節(jié)能降耗的措施可從冷熱源、輸送系統(tǒng)、暖通空調設備、控制系統(tǒng)與運行管理等方面考慮。目前適用于醫(yī)院的一些成熟節(jié)能方法與措施、運用的可能性以及可能存在的問題,如表1所示。系統(tǒng)名稱節(jié)能方法與措施

2、在醫(yī)院中運用的可能性及效果可能存在的問題冷熱源系統(tǒng)選擇適當容量、適當臺數(shù)機組,使各個季節(jié)機組能保持高效率運行由于機組絕大部分時間在非設計工況下運行,提高部分負荷運行的效率意義重大設備臺數(shù)偏多,將增加投資和機房面積選擇高性能系數(shù)的設備(冷熱源設備等取決于性能、價格、維護費用與效益之比價格較貴利用自然能 (太陽能、地熱、風能、地下水與室外大氣或作為能源、能匯(空氣、土壤、水源等直接利用地下(表水、室外新風,密閉冷卻塔供冷水,太陽能供熱水,或自然能源(空氣、土壤、水源等熱泵取決于該地區(qū)自然能狀況及可能引起的風險有效利用水(冰蓄熱(冷利用晝夜電費差蓄熱(冷,白天使用,移峰填谷取決于所占建筑空間、電費差

3、價與收益廢熱回收(廢汽、排風、冷凝水、冷卻水、污水等適合有排水(氣、風規(guī)劃的場合,可針對性利用不同種類的熱(冷回收型裝置防交叉感染;當廢熱源分散時難以采用系統(tǒng)回收利用裝機容量季節(jié)差、晝夜差進行制冷或蓄冰利用夏季的多余蒸汽或燃氣用吸收式制冷機組,利用夜間多余冷量蓄冰等不節(jié)能合理匹配不同能位的冷熱源,避免用高能位的媒介做低能位的處理對不同空氣(水處理要求采用相應適合能位的媒介冷熱源種類增多輸送系統(tǒng)輸送冷熱源采用水(制冷劑系統(tǒng)輸送水(制冷劑比輸送空氣節(jié)能非全空氣系統(tǒng)不利于無菌狀態(tài)控制根據(jù)用戶負荷特點,提高冷出水溫度可提高冷水機組COP,通常適用無濕度控制要求的科室要評估對濕度控制要求較高的關鍵科室的

4、影響加大輸送溫差,減少輸送量應盡量采用,效果顯著,可利用蓄冷降低輸送介質溫度注意末端裝置的性能選擇高性能輸送設備,變流量(VAV,VWV,VRV運行有條件積極推廣,尤其是水系統(tǒng)。但潔凈無菌要求的區(qū)域常要求定風量系統(tǒng)價格較貴,注意低流量時段對醫(yī)療與衛(wèi)生的負面影響合理選擇流量(風、氣、水從設計到運行選擇合適流量,注意醫(yī)療與衛(wèi)生要求降低輸送管道、管件與過濾器等阻力,尤其是高效過濾器管道系統(tǒng)布置平、順、直;選擇低阻過濾器、管材、管件特別要關注低阻過濾器效率輸送管道保溫采用最佳保溫層厚度注意保溫材料的防火等綜合性能加強輸送管道(空調機組氣密性采用合適的結構、管道接口與接縫特別注意凈化系統(tǒng)與空調機組滲漏表

5、1醫(yī)院節(jié)能方法及可能性(表未完見下頁ENERGY SA VING METHODS OF HOSPITALBUILDING HA VC SYSTEMCHINESE HOSPIT AL ARCHITECTURE & EQUIPMENT|50醫(yī)院節(jié)能的創(chuàng)新思路與措施對醫(yī)院節(jié)能要有創(chuàng)新思路,要從可持續(xù)發(fā)展的定義出發(fā),節(jié)能不是簡單地提高效率、抑制需求、降低能耗,而是合理利用能量,降低的僅僅是不可再生能源的消耗,同時將對環(huán)境的影響降低到最小。結合醫(yī)院全年能耗高、供熱量大、晝夜負荷差異大、大體量醫(yī)院需全年供冷、關鍵科室與一般科室控制要求不同(特別是濕度控制等特點,近年來在醫(yī)院節(jié)能方面探索和總結了一些

6、行之有效的思路與措施*規(guī)劃與均衡整幢醫(yī)院建筑用能我國大型綜合醫(yī)院傳統(tǒng)的冷熱源大多設計為冷水機組(多為壓縮式與鍋爐(多為蒸汽組合,由冷熱源集中供給各功能科室(區(qū)所需的媒介(水、汽、制冷劑等。這種集中式冷熱源供給系統(tǒng)的媒介與溫度是以控制參數(shù)要求最高的科室為標準而設定的,或者說設定的是最高能位的冷媒與熱媒。如冷媒為7(或更低冷凍水是為濕度控制設定的,高壓蒸汽熱媒是為滅菌而設定的,對于要求較低的科室則可采用調質(如將蒸汽變?yōu)椴煌瑴囟鹊臒崴蛘{量(如變流量等措施進行運行調節(jié)。這種傳統(tǒng)冷熱源的配置以特定科室為設計對象,盡管可以選用高效冷熱源來提高其系統(tǒng)效率,但一方面冷凍機組放出非常系統(tǒng)名稱節(jié)能方法與措施在

7、醫(yī)院中運用的可能性及效果可能存在的問題空調系統(tǒng)系統(tǒng)合理分區(qū)根據(jù)兩級醫(yī)療工藝流程與科室特點來分區(qū)注意區(qū)域間系統(tǒng)停開時空氣的逆流盡量用局部送風方法保護關鍵區(qū)域根據(jù)醫(yī)療要求和特點,縮小高精度空調或凈化區(qū)域的面積防止周圍區(qū)域的干擾或污染室內氣流與溫濕度控制最佳化,提高換氣效率、通風效率利用輻射供冷(熱,送回風口合理布置,氣流分布最佳化注意醫(yī)療要求與交叉污染控制根據(jù)室外狀態(tài)變新風量運行(調節(jié)也有利于改善室內空氣質量,夜間通風建筑物蓄熱(冷對壓力梯度控制有要求的區(qū)域,要慎重專用新風(濕度優(yōu)先控制系統(tǒng)有利于關鍵科室醫(yī)療環(huán)境控制與節(jié)能一般科室新風量小,校核新風除濕量非使用狀態(tài)關閉(或減少送風符合污染控制要求盡

8、量采用注意空氣逆流,引起交叉感染采用全(顯熱交換器,與中間媒介熱回收盤管設計時注意新風和排風管道布置,采用合適的熱回收裝置注意全熱交換器新風側被堵塞,排風側污染空氣的滲透采用凈化技術有效去除污染物,以加大回風量在保證最小新風量的前提下,可減少系統(tǒng)新風稀釋量有的室內污染氣體難以有效排除或成本高采用二次回風系統(tǒng),避免采用一次回風再加熱特別適用于高潔凈度級別的控制區(qū)域,可減少或取消再加熱對熱濕比小,溫濕度控制精度高的場所,不合適降低混合損失或再熱損失合理分區(qū),減少混風與再熱增加系統(tǒng)復雜性提高新風質量,減少系統(tǒng)新風稀釋量避免污染源,采集高質量新風,減少輸送距離與沿途污染受場所限制,有時難以找到理想新風

9、口系統(tǒng)最佳化新風集中處理,避免冷卻除濕后再加熱處理,利用自循環(huán)風增加系統(tǒng)復雜性系統(tǒng)排風,或正壓滲透風再利用系統(tǒng)排風作為機房、停車場等送風或冷卻塔進風;無菌室正壓滲透風作為輔助房間送風對排風與正壓滲透風的污染程度要評估控制系統(tǒng)設定最佳的啟動時間與運行時間對間斷運行的科室節(jié)能效果顯著對壓力梯度控制有要求的區(qū)域,要慎重設備最佳配比運行(臺數(shù)、容量節(jié)能效果顯著運行模式較復雜設定最佳的送風參數(shù)(送風量與送風狀態(tài)一般采用風量優(yōu)先調節(jié)模式有些科室不適宜變風量運行根據(jù)季節(jié)轉換設定室內溫濕度參數(shù)如符合醫(yī)療要求應盡量采用需季節(jié)轉換控制根據(jù)氣候變化設定(預測最佳運行策略節(jié)能效果顯著運行模式過于復雜,增加管理難度醫(yī)院

10、建筑智能管理系統(tǒng)全面、實時地監(jiān)測,及時調整運行方案,實施最佳控制與優(yōu)化運行,保持高能效運行增加投資(續(xù)上表特別策劃|FEATURES 512013.04|可觀的廢熱量,一方面又使用大量能源燒蒸汽,或者說一側為對象服務,另一側放出廢熱,可見不可能真正實現(xiàn)有效節(jié)能降耗。熱泵的本質是轉移熱量,將熱量從一側轉移到另一側,一臺熱泵可同時供熱水和供冷凍水,沒有廢熱排出。這樣花1份轉移熱量的能耗可以得到7份至8份的冷熱總量,節(jié)能降耗成效不言而喻。這種方式的制約條件是兩端制冷量和供熱量必須是匹配的。而醫(yī)院全年供熱量大、大體量醫(yī)院需冬季供冷的用能特點,為實現(xiàn)一臺熱泵同時供熱供冷創(chuàng)造了條件,十分方便地使整個醫(yī)院實

11、現(xiàn)四管制空調,提高了醫(yī)療環(huán)境控制質量,尤其在我國東部地區(qū)過渡季節(jié)非常適用。如果兩側不平衡,不平衡一端必須向外排熱(冷以隨時保持兩側平衡(這需要重視。這就要求必須改變過去傳統(tǒng)設計方法,由各個專業(yè)相對獨立為特定功能科室進行設計,轉變成綜合各個專業(yè)以整幢大樓為控制目標進行設計,計算各種功能科室(部的用冷用熱量,規(guī)劃整個大樓用能,創(chuàng)造條件均衡冷量與熱量,以達到最佳節(jié)能效果。在國內外醫(yī)院已有不少成功的案例,節(jié)能量十分可觀。*針對不同處理過程采用相應能位的媒介醫(yī)院建筑功能科室多,如從醫(yī)療環(huán)境控制角度可分為一般科室(具有一般無菌程度與舒適性要求和關鍵科室(對溫濕度與無菌程度有較高要求,尤其是濕度控制。除濕需

12、要用較低的冷凍水,舒適性空調可采用較高冷凍水,以利節(jié)能。水溫越低能位越高,水溫越高能位越低。對于熱媒則反之,水溫越高能位越高,水溫越低能位越低。產(chǎn)生能位越高的媒介所需的能耗越高,因此節(jié)能的要點是針對不同處理對象要求采用相應能位的媒介,即用高能位的冷凍水(7去除濕,用低能位的冷凍水(10去降溫,而傳統(tǒng)冷源用高能位的冷凍水(7去做低能位的降溫,用高能位的蒸汽轉化為生活熱水,耗能不言而喻。利用低能位熱水采用輻射供暖應是不錯的節(jié)能措施。醫(yī)院用能另一個特點是醫(yī)院晝夜負荷差異大,如果利用冷機夜間的富余冷量去蓄冰,白天就可采用蓄冰裝置的融冰產(chǎn)生低溫冷凍水(5,用于空調系統(tǒng)新風除濕(或濕度控制用,讓新風承擔全

13、部濕負荷,而原冷機白天提高冷凍水出水水溫(12作為循環(huán)風機組(風機盤管機組、空氣處理循環(huán)機組等降溫(或溫度控制用。除了負壓隔離病房外,一般不要求干工況(干盤管運行,以簡化運行控制,提高溫控反應速度。這樣同一臺冷機可產(chǎn)生兩種不同能位的冷凍水,對新風與循環(huán)風進行適合各自能位的空氣處理,節(jié)能效果大。這種冷機被稱為雙工況冷機,這種系統(tǒng)就是濕度優(yōu)先控制。由于蓄冰僅用于處理新風,蓄冰量不大,所占空間小,這不同于傳統(tǒng)的冰蓄冷,即白天高峰時段所需要的冷量,從白天轉移到晚上制冷蓄冰,“移峰填谷”減少了設備的裝機1.多功能熱回收熱泵同時供熱供冷2.醫(yī)院單科室傳統(tǒng)冷熱設計圖3.醫(yī)院整體冷熱源綜合設計圖23CHINE

14、SE HOSPIT AL ARCHITECTURE & EQUIPMENT|52容量,但擴大了蓄冰空間,對地處市區(qū)的醫(yī)院難以實施。大體量醫(yī)院存在空調內區(qū),需要全年供冷,冬季室外氣溫低卻還需要耗能開制冷機供冷,過去常將室外空氣直接引入室內,但很容易破壞區(qū)域內有序的壓力分布,使定向氣流逆流,易引起交叉感染。除了采用上述的多功能熱回收熱泵,還可以將空調封閉的水系統(tǒng)直接與室外空氣進行熱交換而冷卻,這種方式稱為免費供冷(Free Cooling。為方便運行,將免費供冷熱交換器與制冷冷水機組串聯(lián)在一起。在室外溫度適宜的情況下,只要室外氣溫比冷凍水回水溫度低2以上時,就可先通過免費供冷,供冷不足部分

15、通過冷水機組制冷,當室外氣溫低到一定程度(取決于冷凍水供水溫度完全可以取代冷水機組運行。目前已將兩者組合在一臺機組內,在運行中不僅可自動轉換,而且可以更有效地節(jié)能。*采用復合能源站概念醫(yī)院節(jié)能除了要根據(jù)醫(yī)療特點外,還要依據(jù)醫(yī)院所在地的氣候與地理,計算出整幢醫(yī)院建筑的全年、季節(jié)以及不同時段的冷熱負荷,選擇不同能源種類、不同機組類型、不同容量的冷熱源的合理配置、有機組合,這就是復合能源站的概念。這也是目前一個節(jié)能的新課題,國外也在積極地推廣。為了保障醫(yī)院用能安全,應采用多能源結構(油、氣、電、自然能等,不宜采用單一能源。根據(jù)醫(yī)院全年、季節(jié)與不同時段冷熱負荷來合理配置不同冷熱源,如單冷冷水機組、熱泵

16、、雙工況制冷機組、多功能熱回收機組、分散式熱水機組、自然能機組(免費供冷、太陽能等、廢熱回收機組等,實現(xiàn)最佳的多能源組合。依據(jù)不同氣候狀態(tài)下不同冷熱源的能量利用效率,通過優(yōu)化多能源運行模式,實施最佳能量調節(jié)。這需要開發(fā)一套智能化能源站管理系統(tǒng),根據(jù)逐時需要的冷熱量和室內外負荷變化來確定當下的供能方案,才可能盡量提高各個時段的運行能效、減少排放量,達到最佳節(jié)能效果。綜上所述,節(jié)能理念不是單純抑制需求,而是從源頭治起,只有改變醫(yī)院傳統(tǒng)的冷熱源,才能有效節(jié)能。要做好醫(yī)院節(jié)能,除了從建筑實體著手減少建筑負荷,綜合各環(huán)節(jié)的節(jié)能措施,全面、有機地統(tǒng)籌安排,采用高效末端裝置或設備,提高設施系統(tǒng)的效率(如風系統(tǒng)、水系統(tǒng),采用各種熱回收裝置回收,對排放到環(huán)境中的廢熱(冷進行回收,保證建筑物整體的能源利用效率最佳,將廢熱