廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 路建嶺 麥粵幫 唐 毅 曾東杰

0 引言

醫(yī)院建筑作為一種特殊的公共建筑，其空調(diào)系統(tǒng)不同于舒適性空調(diào)系統(tǒng)。醫(yī)院空調(diào)的主要功能是為了滿足病房、手術(shù)室的使用要求，并為病人和醫(yī)療人員提供良好的室內(nèi)環(huán)境[1]。

本文以某醫(yī)院手術(shù)部潔凈空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)改造工程為例，對項目概況、診斷分析、改造技術(shù)應(yīng)用和改造效果等進行介紹和分析。

1 項目概況

該醫(yī)院于2011年4月正式投入使用，手術(shù)部設(shè)置在住院樓11層(頂層)，建筑面積約2 000 m2，共設(shè)置10間手術(shù)室和多間配套輔助房間，包括1間Ⅰ級潔凈手術(shù)室、1間Ⅱ級潔凈手術(shù)室和8間Ⅲ級潔凈手術(shù)室。

該醫(yī)院手術(shù)部設(shè)置單獨的潔凈空調(diào)系統(tǒng)，由1臺風(fēng)冷冷水機組、2臺冷水泵(一用一備)、3臺新風(fēng)機組和8臺空調(diào)機組組成(新風(fēng)機組采用電加熱升溫冷卻除濕后的新風(fēng)，1臺新風(fēng)機組對應(yīng)多臺空調(diào)機組)。新風(fēng)機組將室外新風(fēng)集中冷卻除濕后送至空調(diào)機組，空調(diào)機組將混合風(fēng)處理后送至室內(nèi)。

2 空調(diào)系統(tǒng)診斷分析

2.1 現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果

通過現(xiàn)場調(diào)研可知，手術(shù)部潔凈空調(diào)系統(tǒng)運行效果不佳，存在如下問題：

1) 在空調(diào)季節(jié)，手術(shù)室相對濕度經(jīng)常在60%以上，在“回南天”或雨季，室內(nèi)相對濕度更是達到75%以上。不滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

2) 風(fēng)冷冷水機組制冷能力較差，供水溫度在10 ℃以上，明顯高于7 ℃的設(shè)計要求。經(jīng)廠家調(diào)試，供水溫度仍無法滿足要求。

3) 現(xiàn)有新風(fēng)機組僅采用冷水盤管除濕，除濕能力有限，設(shè)計欠妥，沒有考慮南方地區(qū)“回南天”及雨季等特殊天氣時段的除濕需求。

4) 冷水污濁，含雜質(zhì)多，水管過濾器存在堵塞現(xiàn)象。

2.2 改造前測試診斷分析

手術(shù)室內(nèi)相對濕度偏高，主要受到新風(fēng)機組除濕效果差的影響。對新風(fēng)機組進行現(xiàn)場測試，以進一步了解其實際除濕能力。

2.2.1測試儀表

測試儀表如表1所示。

表1 測試儀表及測試參數(shù)

2.2.2測試結(jié)果分析

1) 新風(fēng)機組風(fēng)量測試。

新風(fēng)機組風(fēng)量測試結(jié)果如表2所示，可知1#和2#新風(fēng)機組的風(fēng)量滿足要求，3#新風(fēng)機組的風(fēng)量偏小，不滿足要求[3]。應(yīng)檢查新風(fēng)機組過濾器是否集塵堵塞、風(fēng)機皮帶是否松弛打滑及進出風(fēng)管的風(fēng)閥是否全開，確保3#新風(fēng)機組的風(fēng)量滿足要求。

表2 新風(fēng)機組風(fēng)量測試結(jié)果

2) 新風(fēng)機組內(nèi)部溫濕度測試。

室外溫濕度如圖1所示。室外新風(fēng)經(jīng)冷水盤管冷卻除濕后的溫濕度如圖2～4所示。由圖1可知，測試期間，室外溫度維持在26.5～28.0 ℃之間，相對濕度維持在94%～100%之間，屬于典型的南方地區(qū)雨季天氣。

圖1 室外溫濕度曲線

圖2 1#新風(fēng)機組內(nèi)溫濕度

圖3 2#新風(fēng)機組內(nèi)溫濕度

圖4 3#新風(fēng)機組內(nèi)溫濕度

由圖2～4可知：1#新風(fēng)機組內(nèi)的空氣溫度維持在23.5～24.5 ℃之間，相對濕度維持在90%～100%之間；2#新風(fēng)機組內(nèi)的空氣溫度維持在25.0～26.5 ℃之間，相對濕度維持在85%～98%之間；3#新風(fēng)機組內(nèi)的空氣溫度維持在21.0～23.5 ℃之間，相對濕度維持在85%～92%之間。可見，室外新風(fēng)經(jīng)冷水盤管處理前后的含濕量變化不大，新風(fēng)機組除濕能力較差，除濕效果無法達到設(shè)計和使用要求，急需對新風(fēng)機組進行深度除濕改造。

3 新風(fēng)系統(tǒng)改造技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)診斷分析結(jié)果，對新風(fēng)系統(tǒng)采取了如下改造技術(shù)。

3.1 常規(guī)檢查清洗

對新風(fēng)機組風(fēng)機皮帶進行了更換，對新風(fēng)機組的過濾器、風(fēng)管閥門及冷水管過濾器進行了全面的檢查和清洗。

3.2 冷水機組更換改造

對風(fēng)冷冷水機組進行了更換改造，在原位置安裝2臺空氣源熱泵機組，確保冷水供水溫度不高于7 ℃，并對空調(diào)系統(tǒng)的冷水進行換水處理，確保冷水清潔無雜質(zhì)。

3.3 深度除濕再熱改造

根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果得知，新風(fēng)機組除濕能力較差，達不到設(shè)計要求，同時考慮南方地區(qū)“回南天”及雨季的特殊天氣影響及現(xiàn)場條件，最終決定為新風(fēng)機組增設(shè)獨立的深度除濕再熱機組，采用深度冷卻除濕技術(shù)和冷凝再熱技術(shù)，并委托專業(yè)設(shè)備廠家定制、現(xiàn)場組裝。

每臺新風(fēng)機組配置1臺獨立的深度除濕再熱機組，由室外機、蒸發(fā)器、冷凝器、制冷劑管道及輔助部件組成。其中，室外機安裝在新風(fēng)機組外部附近通風(fēng)良好的位置；蒸發(fā)器安裝在新風(fēng)機組內(nèi)部緊挨冷水盤管下風(fēng)側(cè)位置，對新風(fēng)進行深度除濕；冷凝器安裝在新風(fēng)機組內(nèi)部靠近中效過濾器上風(fēng)側(cè)位置，對新風(fēng)進行冷凝再熱，熱量不夠時電加熱輔助。

改造后潔凈空調(diào)系統(tǒng)深度除濕的空氣處理過程如圖5所示。

圖5 空氣處理過程示意圖

由圖5可知，新風(fēng)機組承擔(dān)系統(tǒng)全部濕負(fù)荷和部分冷負(fù)荷，空調(diào)機組僅承擔(dān)系統(tǒng)部分冷負(fù)荷。新風(fēng)機組首先將室外新風(fēng)深度冷卻除濕到L1點，然后再熱至L′1點，使處理后的新風(fēng)相對濕度不高于75%[2]，隨后新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合至C點，再經(jīng)空調(diào)機組冷卻(等濕冷卻，干工況運行)至O點，最終送至室內(nèi)。隨著室外溫濕度和室內(nèi)熱濕負(fù)荷的變化，空氣處理過程中，若C點與O點重合，則空調(diào)機組無需處理混合風(fēng)，直接送至室內(nèi)；若C點位置低于O點，則空調(diào)機組加熱處理混合風(fēng)，然后送至室內(nèi)。

3.4 配套新風(fēng)控制系統(tǒng)

為有效控制新風(fēng)機組除濕效果，并實現(xiàn)節(jié)能運行，為每臺新風(fēng)機組開發(fā)了一套獨立的控制系統(tǒng)，由控制配電箱、可編程邏輯控制器(PLC)、電氣元件、溫度傳感器、電動調(diào)節(jié)閥及線纜等組成。其中，控制配電箱固定安裝在新風(fēng)機組附近；PLC及相關(guān)電氣元件置于控制配電箱內(nèi)；溫度傳感器分別安裝在新風(fēng)機組內(nèi)除濕再熱機組蒸發(fā)器的下風(fēng)側(cè)(監(jiān)測機器露點溫度)、新風(fēng)機組進風(fēng)管上(監(jiān)測進風(fēng)溫度)和新風(fēng)機組送風(fēng)管上(監(jiān)測送風(fēng)溫度)；電動調(diào)節(jié)閥安裝在新風(fēng)機組冷水出水管上(調(diào)節(jié)冷水流量)。安裝完成后對新風(fēng)控制系統(tǒng)進行調(diào)試，確保相關(guān)設(shè)備動作準(zhǔn)確可靠和傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，最終實現(xiàn)新風(fēng)控制系統(tǒng)對新風(fēng)機組準(zhǔn)確、及時、高效的監(jiān)測和調(diào)控。

4 改造效果及分析

對新風(fēng)機組性能和手術(shù)室溫濕度進行測試，檢驗新風(fēng)系統(tǒng)改造效果。

4.1 新風(fēng)機組性能測試

4.1.1新風(fēng)機組風(fēng)量測試

新風(fēng)機組風(fēng)量測試結(jié)果如表2所示。雖然在新風(fēng)機組內(nèi)部安裝了深度除濕再熱機組的蒸發(fā)器和冷凝器，增加了新風(fēng)機組自身的阻力，但通過更換新風(fēng)機組風(fēng)機皮帶和清洗過濾器，3臺新風(fēng)機組的風(fēng)量均有所增加，其中，3#新風(fēng)機組的風(fēng)量增加明顯，3臺新風(fēng)機組的風(fēng)量均已滿足要求[3]。

4.1.2新風(fēng)機組空氣溫度測試

新風(fēng)機組進風(fēng)溫度、機器露點溫度和送風(fēng)溫度測試結(jié)果如圖6～8所示。

圖6 1#新風(fēng)機組空氣溫度曲線

圖7 2#新風(fēng)機組空氣溫度曲線

圖8 3#新風(fēng)機組空氣溫度曲線

由圖6～8可知：受溫度傳感器測點位置不同的影響，3臺新風(fēng)機組的進風(fēng)溫度(即室外新風(fēng)溫度)稍微有差別，但基本一致，整個測試過程新風(fēng)機組進風(fēng)溫度先升后降，維持在28.0～34.0 ℃之間，屬于典型的夏季溫度工況；1#新風(fēng)機組的機器露點溫度維持在11.8～13.4 ℃之間，送風(fēng)溫度維持在21.2～23.8 ℃之間；2#新風(fēng)機組的機器露點溫度維持在10.7～11.6 ℃之間，送風(fēng)溫度維持在20.9～22.6 ℃之間；3#新風(fēng)機組的機器露點溫度維持在10.1～11.0 ℃之間，送風(fēng)溫度維持在21.9～23.4 ℃之間。測試過程中3臺新風(fēng)機組的機器露點溫度和送風(fēng)溫度均比較穩(wěn)定且滿足設(shè)計要求，從而保證了新風(fēng)機組的除濕效果和送風(fēng)相對濕度不高于75%的要求，較好地保護了新風(fēng)機組末端過濾器，同時創(chuàng)造了較為干燥的運行環(huán)境，滿足衛(wèi)生要求。

4.2 手術(shù)室溫濕度測試

對手術(shù)室內(nèi)的溫濕度進行測試，并與改造前的測試結(jié)果進行對比，如圖9、10所示。

圖9 手術(shù)室改造前后溫度曲線

圖10 手術(shù)室改造前后相對濕度曲線

由圖9、10可知：改造前，除了1#手術(shù)室的溫度稍微偏高外，其余手術(shù)室的溫度在23.2～24.8 ℃之間，滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求，但各手術(shù)室的相對濕度明顯偏高，在79%～84%之間，不滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求；改造后，各手術(shù)室的溫度在22.0～24.5 ℃之間，相對濕度在48%～57%之間，兩者均滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求[2]?？梢?，改造后各手術(shù)室的溫濕度明顯改善，均滿足設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求，改造效果明顯。

5 結(jié)語

通過對某醫(yī)院手術(shù)部潔凈空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)研和測試診斷分析，深入了解到其存在原設(shè)計不合理、日常運行管理不到位、系統(tǒng)不平衡及溫濕度較難控制(特別是在南方地區(qū)的“回南天”)等問題，從而影響了手術(shù)室的室內(nèi)環(huán)境和空氣品質(zhì)，不僅造成能源浪費，而且無法創(chuàng)造良好的醫(yī)療環(huán)境。

基于上述調(diào)研和測試結(jié)果，采取了相應(yīng)的改造技術(shù)和措施，有效解決了潔凈空調(diào)系統(tǒng)的問題，使各手術(shù)室的溫濕度滿足了設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)要求，改造效果顯著，對醫(yī)院潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和改造具有參考價值。