醫(yī)院潔凈手術(shù)室四管制空調(diào)水系統(tǒng)冷熱源選擇

醫(yī)院潔凈手術(shù)室四管制空調(diào)水系統(tǒng)冷熱源選擇侯會(huì)芹【摘要】醫(yī)院潔凈手術(shù)室對(duì)室內(nèi)潔凈度、溫度、濕度要求較高，四管制水系統(tǒng)因具有負(fù)荷適應(yīng)性高、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，能較好的滿足手術(shù)室溫濕度的控制要求，在手術(shù)室建設(shè)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用.冷熱源是四管制水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素.結(jié)合工程建設(shè)實(shí)例，給出四種冷熱源的型式，供設(shè)計(jì)人員參考.【期刊名稱】《發(fā)電技術(shù)》【年(卷)，期】2017(038)001【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P82-85)【關(guān)鍵詞】空調(diào)水系統(tǒng)四管制;冷熱源;風(fēng)冷熱泵;空氣源熱泵;多功能冷熱水機(jī)組【作者】侯會(huì)芹【作者單位】浙江省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310007【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TU831.3+6手術(shù)室是醫(yī)院中對(duì)衛(wèi)生要求高的房間，為了維持室內(nèi)無(wú)菌，手術(shù)室的門窗要求密閉，在手術(shù)過(guò)程中，醫(yī)護(hù)人員往往連續(xù)工作幾個(gè)甚至十幾個(gè)小時(shí)，為給醫(yī)護(hù)人員營(yíng)造良好的工作環(huán)境及保證手術(shù)成功率和效率，手術(shù)室常規(guī)采用潔凈空調(diào)，使室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量保持在合理范圍；由于目前大多手術(shù)部體量較大，又常設(shè)外走廊，手術(shù)室處于空調(diào)內(nèi)區(qū)，特別在過(guò)渡季節(jié)，室外溫度降低，室內(nèi)冷負(fù)荷減小，熱源濕負(fù)荷不變，熱濕比下降，為了保證送風(fēng)溫度和濕度，空氣需先進(jìn)行冷卻除濕降溫，再進(jìn)行等濕加熱，整個(gè)過(guò)程同時(shí)需要冷量和熱量，所以可以考慮四管制系統(tǒng)［1］。在以往醫(yī)院建設(shè)中，由于四管制較二管制水系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，四管制水系統(tǒng)僅在大型醫(yī)院中應(yīng)用較多，很多中小型醫(yī)院選擇采用二管制，但四管制空調(diào)水系統(tǒng)具有對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)靈活，能滿足對(duì)溫濕度有不同需求的房間同時(shí)使用的優(yōu)點(diǎn)，隨著市場(chǎng)上節(jié)能設(shè)備的推出，四管制系統(tǒng)投資和運(yùn)營(yíng)的成本降低，四管制也在越來(lái)越多的醫(yī)院建設(shè)中得到應(yīng)用。1.1潔凈空調(diào)的焓濕處理原理手術(shù)室空氣的冷熱處理過(guò)程基本是一（二）次回風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)預(yù)冷處理后的新風(fēng)和回風(fēng)混合后通過(guò)表冷器處理到機(jī)器露點(diǎn)，再加熱到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)后送入室內(nèi)。夏季空氣處理過(guò)程在焓濕圖中表示如圖1所示：從圖中看出，室外新風(fēng)從W點(diǎn)到W'點(diǎn)經(jīng)過(guò)預(yù)冷處理，經(jīng)處理的新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合至M點(diǎn)，再經(jīng)表冷器處理至機(jī)器露點(diǎn)L,L經(jīng)再熱至室內(nèi)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O°L至O點(diǎn)即夏季空氣處理的再熱過(guò)程，需要加熱處理的。1.2潔凈空調(diào)常用的空氣處理方式選用潔凈型空調(diào)末端，機(jī)組內(nèi)設(shè)置初效段+風(fēng)機(jī)段+中效段+表冷/加熱段+再熱段+加濕段+出風(fēng)段，在手術(shù)室末端設(shè)置高效保溫送風(fēng)口?？照{(diào)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。四管制系統(tǒng)內(nèi)所有末端設(shè)備中同時(shí)配置冷、熱盤管，均獨(dú)立工作，四管制水系統(tǒng)中同時(shí)配置冷源及熱源，冷水和熱水同時(shí)獨(dú)立送至各末端設(shè)備，各末端設(shè)備可獨(dú)立選擇供熱或供冷模式，獨(dú)立控制溫度等參數(shù)。醫(yī)院潔凈空調(diào)四管制系統(tǒng)運(yùn)行已經(jīng)多年了，冷熱源選擇關(guān)系著系統(tǒng)的投資、可靠性及節(jié)能性，是四管制系統(tǒng)運(yùn)行的“心臟”，冷熱源的選擇常規(guī)主要有以下幾種型式。（1）集中冷熱源+風(fēng)冷熱泵。冷源：制冷季節(jié)冷源采用與大樓相同，由大樓冷凍機(jī)房供給7-121冷水供回水，過(guò)渡季冷源采用熱泵機(jī)組（另為潔凈空調(diào)配置熱泵機(jī)組），提供7-12°C冷水供回水；熱源：全年采用60-50°C熱水供回水，由醫(yī)院鍋爐房提供；此種型式適用于院區(qū)有冷凍機(jī)房、制冷季節(jié)大樓空調(diào)冷源能連續(xù)運(yùn)行、設(shè)鍋爐房且鍋爐可全年運(yùn)行的（中大型）醫(yī)院，此種冷熱源型式不受地理區(qū)位及氣候分區(qū)限制。（2）集中冷源+風(fēng)冷熱泵。冷源：制冷季節(jié)冷源采用與大樓相同，由大樓冷凍機(jī)房供給冷水，過(guò)渡季冷源采用熱泵機(jī)組（另為潔凈空調(diào)配置熱泵機(jī)組），提供冷水;熱源：全年熱源采用熱泵機(jī)組，供給45-40C熱水供回水。此種型式適用于院區(qū)有冷凍機(jī)房、制冷季節(jié)大樓空調(diào)冷源能連續(xù)運(yùn)行、冬季熱源無(wú)連續(xù)供給可能的醫(yī)院，此種方式適合于可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)。（3）風(fēng)冷熱泵。冷源：全年采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組，供給7-12C冷水供回水；熱源：全年采用熱泵機(jī)組，供給45-40C熱水供回水。此種型式適用于潔凈空調(diào)冷熱源獨(dú)立設(shè)置，可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)。（4）多功能冷熱水機(jī)組。冷源、熱源：均為多功能冷熱水機(jī)組，可同時(shí)供給7-12C冷水供回水及供給45-40C熱水供回水。它的工作原理是利用冷熱量回收和綜合利用，多功能熱泵機(jī)組能夠在蒸發(fā)器獲得冷水的同時(shí)，從熱回收器獲得冷凝熱加熱熱水，不平衡部分通過(guò)輔助散熱排放，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)制冷和制熱，而只需輸入—份能源，變同時(shí)獲取冷量和熱量，大大降低了能耗［1］。此種型式適用于潔凈空調(diào)冷熱源獨(dú)立設(shè)置，可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區(qū)。四管制系統(tǒng)中由于全年（天）運(yùn)行的需要，熱泵制冷及制熱的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境溫度范圍有時(shí)與國(guó)標(biāo)工況不同，選擇時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐淖罡?、最低室外溫度?？諝庠礋岜脽崴畽C(jī)屬于利用空氣能的節(jié)能產(chǎn)品，它廣泛地用于生產(chǎn)衛(wèi)生熱水的供水領(lǐng)域，在手術(shù)室四管制系統(tǒng)中，熱負(fù)荷通常小于冷負(fù)荷，在這種情況下，第（2）.（3）條中制熱用的熱泵機(jī)組可以采用空氣源熱泵熱水機(jī)，它比常規(guī)熱泵機(jī)組具有更廣的環(huán)境運(yùn)行溫度范圍，只是要求空氣源熱泵具有負(fù)荷連續(xù)調(diào)節(jié)功能，以滿足系統(tǒng)的熱負(fù)荷變化。四管制空調(diào)水系統(tǒng)由冷熱源、末端設(shè)備及水管路三部分組成，就同一項(xiàng)目而言，四管制空調(diào)水系統(tǒng)的投資及運(yùn)行能耗比較取決于其冷熱源的設(shè)置。以夏熱冬冷地區(qū)某省會(huì)城市三甲級(jí)醫(yī)院項(xiàng)目為例，共設(shè)潔凈手術(shù)室30間，其中I級(jí)手術(shù)室5間，H級(jí)手術(shù)室8間，其它為III級(jí)及IV級(jí)手術(shù)室，潔凈空調(diào)夏季冷負(fù)荷為1510kW，夏季空調(diào)熱負(fù)荷（主要為潔凈機(jī)組再熱量）為350kW；冬季熱負(fù)荷為580kW，冬季冷負(fù)荷為350kW，過(guò)渡季節(jié)冷負(fù)荷為800kW，過(guò)渡季熱負(fù)荷為350kW。潔凈機(jī)組設(shè)于手術(shù)室上方的設(shè)備層，采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)。對(duì)上述案例配置四種不同的冷熱源，進(jìn)行投資及運(yùn)行費(fèi)用比較。方案一：夏季冷源及冬季熱源均接自大樓冷凍機(jī)房，過(guò)渡季節(jié)及冬季冷源采用兩臺(tái)制冷量為407kW的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，過(guò)渡季節(jié)及夏季熱源設(shè)一臺(tái)換熱量為350kW的汽一水板換機(jī)組，熱源來(lái)自鍋爐房蒸汽；方案二：夏季空調(diào)冷源接自大樓冷凍機(jī)房，過(guò)渡季空調(diào)冷源采用兩臺(tái)制冷量為407kW熱泵機(jī)組，全年空調(diào)熱源采用兩臺(tái)制熱量為305kW熱泵機(jī)組；方案三：夏季及過(guò)度季空調(diào)冷源采用三臺(tái)制冷量為528kW熱泵機(jī)組（夏季開三臺(tái)，過(guò)渡季節(jié)開兩臺(tái)），冬季及過(guò)度季熱源采用兩臺(tái)制熱量為350kW熱泵機(jī)組；（夏季開一臺(tái)，冬季開兩臺(tái)）；方案四：全年空調(diào)冷、熱源均采用三臺(tái)制冷（熱）量為528kW多功能冷熱水機(jī)組（夏季開三臺(tái)，制冷過(guò)渡季節(jié)開兩臺(tái)，制熱過(guò)渡季及冬季開一臺(tái)）。以下列價(jià)格為基準(zhǔn)計(jì)算各系統(tǒng)投資費(fèi)用及運(yùn)行能耗：水冷機(jī)組價(jià)格按515元/kW計(jì)，熱泵機(jī)組價(jià)格按858元/kW計(jì)，多功能冷熱水機(jī)組價(jià)格按1287元/kW，鍋爐設(shè)備按257元/kW計(jì)；電價(jià)以1元/度計(jì)，燃?xì)赓M(fèi)以3.8元/m3計(jì)；運(yùn)行時(shí)間:30間手術(shù)室，一年365d，每天平均10h，夏季4個(gè)月，冬季3個(gè)月，過(guò)渡季（制冷）4個(gè)月，過(guò)渡季（制熱）1個(gè)月；冷水機(jī)組COP按5.6W/W[1]計(jì)，制冷熱泵機(jī)組COP按3.0[1]計(jì),制熱熱泵機(jī)組COP按3.7[12]計(jì)，多功能熱泵冷（熱）水機(jī)組COP按6.0[12]計(jì)；鍋爐效率按90%[1]計(jì)，燃?xì)鉄嶂?400kcal/h-m3(9.8kW/m3)。計(jì)算結(jié)果見表1。經(jīng)比較，就投資而言：方案四投資最高；方案二因配置了夏季冷水機(jī)、全年制熱及過(guò)渡季節(jié)制冷熱泵，初投資也較高；方案三居初投資第三位；方案一因與大樓冷熱源共用較多，初投資最低；方案四較方案一投資增加約18%，方案四較方案二及方案三投資高約4%。運(yùn)行能耗方面：方案四因機(jī)組冷熱水聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行，COP值大大提高，全年運(yùn)行費(fèi)用最低；方案一與方案二因機(jī)組設(shè)置在制熱系統(tǒng)熱源方面有差異，方案一為燃?xì)?，方案二為耗電，方案一較方案二高，說(shuō)明冬季燃?xì)廨^耗電運(yùn)行費(fèi)用高；運(yùn)行費(fèi)用最高的是系統(tǒng)方案三，主要是因?yàn)樵谥评浞矫?，熱泵的COP值大大低于冷水機(jī)組，造成全年運(yùn)行費(fèi)用較高；方案四較方案一及方案二運(yùn)行費(fèi)用低約30%-40%，較方案三節(jié)能約60%，方案四較方案一增加的投資，可在1a內(nèi)回收。很明顯，從投資及運(yùn)行成本綜合考慮，方案四較其它系統(tǒng)有較大的優(yōu)勢(shì)，這主要?dú)w功于多功能冷熱水機(jī)組充分利用能量回收，較大幅度地提高了COP值，降低了機(jī)組的運(yùn)行能耗，在有利于其運(yùn)行的夏熱冬冷及夏熱冬暖地區(qū)醫(yī)院四管制系統(tǒng)中，有較高的推廣利用價(jià)值。為給廣大醫(yī)護(hù)工作者及病人提供舒適良好的工作及就醫(yī)環(huán)境，手術(shù)室四管制水系統(tǒng)因其負(fù)荷適應(yīng)性好，對(duì)室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)性能保證性高等優(yōu)點(diǎn)，必將得到越來(lái)越廣的應(yīng)用。在四管制冷熱源選擇方面，應(yīng)結(jié)合醫(yī)院建設(shè)條件、使用靈活性、節(jié)能性、運(yùn)行可靠等方面的因素，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定，在大力提倡節(jié)能減排、建設(shè)綠色醫(yī)院的今天，醫(yī)院建設(shè)者們應(yīng)盡量選擇節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用低、可靠性高的設(shè)備，多功能冷熱水機(jī)組應(yīng)用于手術(shù)室四管制空調(diào)冷熱源，可同時(shí)供給四管制系統(tǒng)的冷水及熱水，由于利用了熱回收技術(shù)，在同時(shí)供冷和供熱時(shí)冷熱綜合能效比可達(dá)6.0[12]以上；與四管制系統(tǒng)中均利用熱泵機(jī)組(COP為3.0)作為冷源及熱源的情況相比，有著2倍的節(jié)能效果，具有較高的推廣運(yùn)用價(jià)值。2016年9月20日，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心資源利用第3部分：電能能效要求和測(cè)量方法》正式發(fā)布。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T32910.3-2016。該標(biāo)準(zhǔn)是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)和工業(yè)和信息化部的共同指導(dǎo)下，由全國(guó)信標(biāo)委信息技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展分技術(shù)委員會(huì)具體歸口管理，由中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭，在國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國(guó)家能源局、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、國(guó)家發(fā)改委能源研究所、國(guó)家電網(wǎng)信息通信分公司、中國(guó)移動(dòng)、浪潮、華為、科計(jì)通等幾十家單位和部門歷時(shí)3年的編制驗(yàn)證最終制定完成。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能使用效率（EEUE）的測(cè)量、計(jì)算方法進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)定，明確提出我國(guó)數(shù)據(jù)中心電能能效要求，將數(shù)據(jù)中心按其電能使用效率值的大小分為節(jié)能、較節(jié)能、合格、較耗能、高耗能共5級(jí)。同時(shí)，此標(biāo)準(zhǔn)中在充分結(jié)合我國(guó)國(guó)情的基礎(chǔ)上，為補(bǔ)償系統(tǒng)差異考慮數(shù)據(jù)中心采用制冷技術(shù)、使用負(fù)荷率、安全等級(jí)、所處地域不同產(chǎn)生的差異而制定了能耗效率值調(diào)整模型。通過(guò)該調(diào)整模型可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行不同數(shù)據(jù)中心的比較，從而形成全國(guó)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心能效的統(tǒng)一比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。此次制定的調(diào)整模型不僅在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先，在國(guó)際上也具有原創(chuàng)性。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為推動(dòng)我國(guó)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的綠色健康發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】GB50189-2015，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].GB50333-2013，醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范[S].GB51039-2014，綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].DB33/1092-2016，綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].GB/T51153-2015，綠色醫(yī)院建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].路延魁.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京.電子工業(yè)部第十設(shè)計(jì)研究院、中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1995.全國(guó)