醫(yī)療建筑中央空調(diào)和凈化空調(diào)系統(tǒng)的特點及節(jié)能改造的研究

張家寶

（廈門大學附屬第一醫(yī)院，福建 廈門 361000）

1 引言

當前我國年均建筑總能耗的55%來自暖通空調(diào)，而在炎熱的夏季，隨著氣溫升高，人們對暖通空調(diào)的制冷需求直線上升，這直接導致空調(diào)負荷投入增大[1]。而在空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，若不對暖通空調(diào)進行節(jié)能控制，將會加大電能以及煤炭等能源的消耗，加重環(huán)境污染問題。總結(jié)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)在我國具有廣闊的前景和良好的市場，通過對暖通空調(diào)的節(jié)能改造可以降低20%～35%的能耗，在保證制冷需求的同時有效緩解能源危機，對促進節(jié)能減排實現(xiàn)雙碳目標具有重要意義[2]。

而對醫(yī)院的中央空調(diào)系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院的暖通空調(diào)節(jié)能改造上還存在一定空間，目前老式醫(yī)院還多采用分體式空調(diào)系統(tǒng)，而這也是導致醫(yī)院成為“電能消耗大戶”的主要原因之一[3]。同時，一些中央空調(diào)在應(yīng)用過程中沒有將醫(yī)院不同分區(qū)需求及系統(tǒng)內(nèi)部流量進行考慮，這也在一定程度增大了空調(diào)系統(tǒng)的能耗。因此，針對醫(yī)院的特殊性及節(jié)能性，討論適合醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案具有重要意義。

2 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)特點

1）醫(yī)院作為特殊的公共建筑，其人員較為密集，且存在一定流動性。為滿足多維人員對空調(diào)系統(tǒng)的多元需求，將醫(yī)院中央空調(diào)控制系統(tǒng)按不同的功能區(qū)進行分類，以白求恩醫(yī)院為例，其中央空調(diào)系統(tǒng)分門診系統(tǒng)、醫(yī)技住院系統(tǒng)、教學系統(tǒng)、行政辦公系統(tǒng)和手術(shù)潔凈功能系統(tǒng)等。針對這些不同區(qū)域的需求選擇適合的中央空調(diào)控制系統(tǒng)，如ICU、手術(shù)室和分娩室等區(qū)域?qū)Νh(huán)境的潔凈度、溫濕度和風速風壓等參數(shù)有嚴格要求，因此，這些區(qū)域應(yīng)選擇使用凈化空調(diào)，這不僅能保證就醫(yī)環(huán)境的安全舒適，同時可以有效防止病原菌傳播和細菌滋生。而信息數(shù)據(jù)中心和大型醫(yī)療設(shè)備功能房對空調(diào)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性要求較高，需要使用具備一定智能化的中央空調(diào)系統(tǒng)，以避免因空調(diào)故障而導致設(shè)備損壞，進而影響醫(yī)療業(yè)務(wù)的開展。病房區(qū)域和行政辦公室區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)相對靈活，僅在滿足日常供暖和制冷要求的同時提供一定的凈化效果即可。

2）由于醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)的特殊性，要求其空調(diào)系統(tǒng)在一定程度下不間斷運行，且必須保證其運行穩(wěn)定。而據(jù)能源消耗統(tǒng)計，醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)電耗約占醫(yī)院整體電耗的60%，空調(diào)系統(tǒng)作為醫(yī)院電能消耗大戶，存在系統(tǒng)大、分區(qū)多、運行時間長的特征。以門診、住院病房及行政辦公區(qū)為例，這些區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)全年運行時間在10 個月左右，而ICU 和手術(shù)室等潔凈區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)則要求365 d 全年運行，這直接導致醫(yī)院的年度電費在百萬元以上，甚至超過千萬元，遠高于其他公共建筑。分析醫(yī)院的電能結(jié)構(gòu)分布，發(fā)現(xiàn)新舊醫(yī)院的耗能主要來自各類空調(diào)設(shè)備，但老醫(yī)院的空調(diào)以各類分體式空調(diào)為主，而新建醫(yī)院則主要以中央空調(diào)系統(tǒng)為主。從空調(diào)的運行消費分析，普通分體式定頻空調(diào)的能耗在8 kW，節(jié)能型的變頻空調(diào)能耗在6.5 kW，而中央空調(diào)的能耗僅5.5 kW，因此，在醫(yī)院設(shè)計過程的成本需求內(nèi)選擇合適的中央空調(diào)可以有效降低能耗，節(jié)約設(shè)備運行成本。

綜上所述，在滿足醫(yī)院不同區(qū)域的舒適性及溫濕度的前提下，探索醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造思路，尤其是探索空調(diào)系統(tǒng)控制的能源管理模式和優(yōu)化運行方案，具有重要意義。 這不僅是控制醫(yī)院耗能成本的關(guān)鍵，也是醫(yī)院開展節(jié)能改造工作的重要研究方向，具有很大的節(jié)能潛力。

3 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造原則

1）節(jié)能環(huán)保原則。醫(yī)院的空調(diào)改造過程中需要重視空調(diào)節(jié)能環(huán)保需求，這不僅可以降低醫(yī)院的整體運營成本，而且有助于實現(xiàn)國家能源綠色利用和可持續(xù)發(fā)展的目標。在醫(yī)院前期設(shè)計安裝過程中，可根據(jù)不同區(qū)域的要求對中央空調(diào)系統(tǒng)進行分組設(shè)置。此外，也可在各個不同區(qū)域的主要出入口設(shè)置空氣幕，同時通過采用保溫隔熱的圍護結(jié)構(gòu)來減少室內(nèi)的冷熱損失。

2）潔凈通風原則。醫(yī)院作為特殊的公共場所，人員密集且流動性大，需要具備較好的通風系統(tǒng)，以避免因通風不暢造成的交叉感染。因此，醫(yī)院在設(shè)計和安裝中央空調(diào)時需要充分考慮到抗菌和通風的重要性，以降低空氣污染和住院病人交叉感染的可能性。此外，還需要注意防止不同區(qū)域氣流流動造成的交叉感染，可通過采取一定手段隔離不同區(qū)域的氣流，如為不同區(qū)域提供梯級供氣，或在各個區(qū)域的通風口處設(shè)置抗菌消毒裝置，以避免細菌或病毒通過通風口進行傳播。

3）回收原則。在對醫(yī)院的暖通空調(diào)改造中，可對原有的設(shè)備有針對性地進行回收再利用。因為在暖通空調(diào)內(nèi)部有一些部件并不會隨著設(shè)備廢棄而廢棄，在整個暖通空調(diào)系統(tǒng)中存在很多零件或部件自身都具備或可起到重要作用，其在暖通空廢棄后仍可以重裝至其他設(shè)備上繼續(xù)使用。因此，對這些具備功能作用的零部件，采取針對性地回收，回收之后通過重新加工或重新調(diào)整來實現(xiàn)零部件的循環(huán)再利用。此外，在回收暖通空調(diào)零部件時，還需要明確區(qū)分回收和回用，前者回收后不一定存在再利用的可能，而后者可重新應(yīng)用于新系統(tǒng)之中。所以要注意，回收原則并非是沒有任何基礎(chǔ)與底線地大規(guī)模隨意回收，應(yīng)落實可進行循環(huán)再利用的零部件，并按照需求進行合理分類回收。

4）循環(huán)原則。循環(huán)原則是以回收原則為基礎(chǔ)，針對回收零部件的功能及可循環(huán)再利用程度展開進一步處理，這一原則在提高暖通空調(diào)組件的利用率和減少能源浪費方面發(fā)揮了重要作用。此外，針對暖通空調(diào)中無法直接應(yīng)用或已經(jīng)報廢的零部件，進行進一步加工處理，使其可以繼續(xù)應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)或其余設(shè)備中。循環(huán)原則的落實可以有效減少暖通空調(diào)設(shè)備的浪費，增加暖通空調(diào)的經(jīng)濟效益與社會效益。

4 醫(yī)院暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造

本文主要研究某市公共衛(wèi)生醫(yī)院的節(jié)能改造情況，通過對其節(jié)能改造思路進行分析，重點研究醫(yī)院病房的舒適性、ICU 和手術(shù)室的通風潔凈控制、辦公室和病房的舒適性和殺菌消毒控制效果，以及醫(yī)院整體防排煙等開展的節(jié)能改造工作。針對重點的暖通空調(diào)節(jié)能改造區(qū)域提出可供參考的改造策略。

4.1 變流量空調(diào)水系統(tǒng)

對于醫(yī)院封閉的科室，如檢驗科和手術(shù)室，其對環(huán)境舒適性和溫濕度的要求較為嚴格。因此，在時間控制上要求長時間開啟以滿足除濕和制冷降溫要求，這一方式大大增加了制冷機組運行耗能。此外，在醫(yī)院的檢驗科和放射科，由于醫(yī)療設(shè)備獨特的屬性，需要中央制冷空調(diào)系統(tǒng)全年運行以保證制冷和降溫需求，而在其運行期間存在實際負荷要小于設(shè)計值，導致輸送系統(tǒng)存在較高的能耗。針對這一問題提出可以通過使用二次泵變流量空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能改造中央空調(diào)系統(tǒng)。這一方案將空調(diào)系統(tǒng)的水環(huán)路分為冷源側(cè)和負荷側(cè)，前者多采用普通的定流量泵用于克服水系統(tǒng)的阻力。而在負荷側(cè)，可以按照室內(nèi)實際的制冷需求對水流量進行精準調(diào)節(jié)和控制，通過使用多臺普通的水泵或變頻水泵實現(xiàn)水流量控制的目的。同時還應(yīng)在冷源側(cè)和負荷側(cè)分界處設(shè)置平衡管以平衡水系統(tǒng)水量。此外，在選擇設(shè)備期間，應(yīng)根據(jù)實際需求在成本范圍內(nèi)選用自動化程度較高的設(shè)備，以滿足對不同區(qū)域設(shè)備的綜合控制，比如，在醫(yī)院的ICU 設(shè)備機房或信息設(shè)備機房等區(qū)域可以增加多聯(lián)機組，提高中央空調(diào)系統(tǒng)對區(qū)域的制冷和制熱功能。

4.2 空調(diào)末端節(jié)能控制措施

1）擴大單臺冷機的制冷范圍。對于醫(yī)院而言在5—9 月期間需通過中央空調(diào)控制系統(tǒng)進行供冷以保證環(huán)境的舒適性和溫濕度控制要求。而在7—8 月，室外的溫度比較高，醫(yī)院高樓層的制冷壓力增加。因此，在設(shè)計中央空調(diào)系統(tǒng)時應(yīng)考慮這幾個月內(nèi)對醫(yī)院不同樓層的制冷進行分區(qū)控制。而為了進一步擴大制冷機組的制冷范圍，可使用DN250 的管道井連接空調(diào)系統(tǒng)的分水器和集水器。這樣可以使病房的3 ～7 層在夏季最炎熱的月份采取獨自供冷，而在其余月份，可以通過控制共用系統(tǒng)的制冷機組以保證病房的制冷。這一方案的應(yīng)用可有效改善單臺制冷機的制冷范圍和制冷效果。

2）清洗制冷主機。對醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)運行期間冷凝器和蒸發(fā)器的運行情況進行分析，發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備沒有及時清洗，冷凝器的傳熱效果并不理想，這在一定程度上降低了冷水機組的運行效率。在制冷機組實際運行中，每年應(yīng)至少對制冷主機和冷卻塔進行一次清洗，并對其運行情況和填料片進行及時檢修和更換，通過這一方式將冷凝器的溫度控制在趨近為1.4 ～1.7 ℃時，這將會提高換熱器的換熱效率，減少空調(diào)系統(tǒng)的制冷耗能。

3）氣候補償控制。在對醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造過程中，通過引入氣候補償器來感應(yīng)外界溫度變換，同時利用智能化控制來調(diào)節(jié)供回水的流速及混合比例，以達到對不同空調(diào)系統(tǒng)和室內(nèi)環(huán)境的自動控制和精準控制的目的。此外，這一方案可根據(jù)氣候季節(jié)和溫度變化情況，適當對室內(nèi)溫度補償，在滿足了制冷和供暖需求的同時，可以避免空調(diào)系統(tǒng)的不必要運行，以達到對能耗和運行成本的精準把控。

4.3 提高能源輸送效率

對于當前醫(yī)院中央空調(diào)的應(yīng)用情況分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部部件功率對空調(diào)整體運行的換熱效率存在影響。為了提高整體運行的換熱效率，將設(shè)備的水泵軸以及風機的功率提高。在對這一部分進行節(jié)能改造時，可采取的方法有減小流量、控制流速或使用更高比熱容的介質(zhì)等。

1）減小流量。這一整改思路的重點是改善溫差，可以通過控制水的流量和系統(tǒng)送風量來實現(xiàn)。醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻水和冷凍水之間的溫差約為5 ℃。應(yīng)通過流量控制將其調(diào)整為8 ℃，同時控制送風的溫差為10 ℃左右，這樣可以節(jié)約設(shè)備運行的能耗，增加系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。此外，在醫(yī)院空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，還應(yīng)當根據(jù)醫(yī)院各區(qū)域的具體需要，合理地選擇管徑比較小的水管和風管，以確保管道的正常運行和使用壽命。

2）控制流速。為保證空調(diào)系統(tǒng)的順利運行，應(yīng)在滿足醫(yī)院室內(nèi)空氣質(zhì)量的基礎(chǔ)上合理地控制介質(zhì)流速，在保證參數(shù)安全的前提下適當降低流速，確?？照{(diào)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。這一方案可降低中央空調(diào)系統(tǒng)運行過程中的循環(huán)水泵的電耗，更好地保證機組搞笑穩(wěn)定運行。

3）選用高比熱容介質(zhì)。高比熱容的介質(zhì)在相同的制冷量下所需的能量較少，在一定程度上可以減少供冷能耗，降低運行成本。以水冷空調(diào)為例，相較于傳統(tǒng)制冷劑空調(diào)，不僅可以降低能源消耗，同時也避免了傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備運行釋放的氟利昂等有害氣體，減少環(huán)境污染。同時對于設(shè)備本身而言，水冷空調(diào)設(shè)備不容易受制冷劑的腐蝕，在一定程度上保證了設(shè)備運行的壽命。

5 結(jié)語

醫(yī)院作為具有特殊功能的建筑，在進行節(jié)能改造的過程中應(yīng)當結(jié)合其具體場所進行具體分析，做好中央空調(diào)控制的區(qū)域化、合理化和科學化。同時，能耗管理作為醫(yī)院節(jié)能的一項系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵是要做好開源節(jié)流的工作，所以針對醫(yī)院中央空調(diào)的設(shè)計及節(jié)能改造應(yīng)進行科學合理評估，在符合性能需求上可進行一定的回收再利用，以達到節(jié)約資源的目的。最后，針對醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)整體的節(jié)能改造，應(yīng)選擇適合醫(yī)院自身發(fā)展的節(jié)能措施和方案展開研究，通過科學管理、反復實踐以達到降低醫(yī)院空調(diào)能耗的效果。