醫(yī)院工程中暖通空調(diào)節(jié)能改造效果分析

李 紅

(山東華宇工學院,山東 德州 253000)

0 引言

醫(yī)院是集病人、陪護、醫(yī)生、護士等人員為一體的內(nèi)部空間建筑,人員流動性大,要求內(nèi)部暖通及空調(diào)系統(tǒng)必須時刻保持運行,避免因通風效果不達標而導(dǎo)致病毒性集中感染,故暖通空調(diào)耗能時間長,耗能量大。為確保環(huán)境合適,各類暖通空調(diào)處于互不干擾的工作狀態(tài),無法互相輔助,導(dǎo)致能源浪費,故通過增加設(shè)備或更改線路對門診大樓暖通空調(diào)系統(tǒng)進行優(yōu)化,是一項具有現(xiàn)實意義的工作[1]。

某醫(yī)院門診大樓建筑面積約140 000 m2,按功能分為急診科、綜合設(shè)施、聯(lián)合辦公室、潔凈室、保安室等。主要耗能資源為電力及天然氣,其中門診樓的空調(diào)通風系統(tǒng)、照明系統(tǒng)主要使用電力能源;鍋爐供暖、餐廳等輔助性設(shè)備主要使用天然氣。每年11月至次年3月供暖,空調(diào)及通風系統(tǒng)則在每年5～9月為耗能集中期[2]。

以該醫(yī)院門診樓為研究對象,對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn),其缺乏日常自動調(diào)節(jié)功能,精確調(diào)節(jié)不足以實現(xiàn)按需調(diào)節(jié)管理,冷水機組的負荷在5月、6月、9月份不到50%。兩個機組/冷凍機組同時運作會造成嚴重的電力浪費,而空氣調(diào)節(jié)冷凍機組的冷凝器往往溫度較高,導(dǎo)致?lián)Q熱效率較低,造成能源消耗高。

1 能耗分析

2022年,該醫(yī)院每月用電量與天然氣消耗量見表1, 由表1可見,1月份的最高用電量為575 061.9 kW·h,5月份的最低用電量為373 016.8 kW·h。高耗電量的月份集中在冷卻及取暖月份,由于使用空氣調(diào)節(jié)和鍋爐,耗電量增加,故從供冷供暖方面入手,可減少能源消耗,實現(xiàn)經(jīng)濟節(jié)能。對天然氣消耗量進行分析可知,1月份最大消耗量為134 729.3 m3,10月份最小消耗量為16 120.9 m3。天然氣主要用于供暖及生活熱水,故使用量在供暖月份顯著增加。

表1 2022年度耗能分析

2022年門診大樓的總用電量為560.8 萬kW·h,總用電成本為297.2萬元,天然氣總消耗量為713 000 m3,天然氣總成本171.2萬元。6月1日—9月1日為冷卻期,空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)總能耗為631 000 kW·h,總成本為33.4萬元。11月15日—3月15日為供暖期,供暖系統(tǒng)天然氣總消耗量為372 000 m3,總用電量為477 000 kW·h,總成本為114.6萬元。

2 節(jié)能潛力及措施

2.1 節(jié)能潛力分析

2.1.1 水泵效率

為了確定水泵的節(jié)能潛力,選取了一臺離心式制冷主機、一臺冷卻水泵及一臺冷凍水泵來了解其實際運行情況。將冷卻塔及風機線圈全部打開,通過設(shè)備參數(shù)與實際測量參數(shù)求得設(shè)備額定功率及實際功率。表2為冷凍水泵與冷卻水泵的性能參數(shù)[3]。

表2 冷凍水泵和冷卻水泵性能參數(shù)

通過性能參數(shù)表計算出冷卻水泵的額定效率與實際效率如下:

額定效率:

實際效率:

冷凍水泵的設(shè)計運行點是效率最高點,即額定值是泵的最佳運行點。但在實際運行中,由于泵的流量為最高效率點流量的90.7%,故泵的揚程降低了,從而降低了實際運行中的效率消耗。

冷卻水泵的額定工作效率:

冷卻水泵的實際工作效率:

從上述公式可以看出,冷卻水泵的流量為額定流量的81.1%,而實際功率為額定功率的93.6%,水泵的實際運行效率為0.516。由于冷卻水泵流量與設(shè)計工況流量偏差較大,導(dǎo)致冷卻水泵效率明顯下降,說明水泵運行能耗過高[4]。

當設(shè)備運行未達到最佳功率,即未在最高效率點下運行會極大加大能耗量,水泵在低負荷運行時可采用水泵變頻調(diào)速,隨負荷變化調(diào)整頻率,控制機組的實際運行數(shù)量及工況,提高水泵效率,最大限度降低能耗,實現(xiàn)節(jié)能。

2.1.2 能耗使用

該醫(yī)院2022年的總用電量為560.8 萬kW·h,燃氣耗量為713 000 m3。對功耗進行分割,設(shè)備功耗數(shù)據(jù)如圖1所示。在總能源消耗中,空氣調(diào)節(jié)能源消耗占68%,照明能源消耗占26%,電力設(shè)備(供水及排水泵、抽煙機、電梯等)占4%,其他能源消耗占2%。要落實節(jié)能措施,必須以空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)為起點,盡量節(jié)約能源,在不增加更換費用的前提下采用冷凝器蒸發(fā)器除垢系統(tǒng)提高換熱效率,預(yù)計節(jié)能率可達10%左右。

圖1 醫(yī)院各項設(shè)備用電比例Fig.1 Proportion of electricity consumption of hospital equipment

2.2 節(jié)能措施

2.2.1 機組除污垢系統(tǒng)改造

機組的除污垢系統(tǒng)由于使用時間過長,造成冷凝器內(nèi)水垢積累嚴重,導(dǎo)致冷凝器內(nèi)部熱交換效率下降,能源消耗增加,需增加在線清洗裝置。在機組冷凝器內(nèi)部放置冷凝器管道數(shù)量30%～50%的橡膠球,利用水泵循環(huán)動力將橡膠球噴入主水管,在循環(huán)水及冷水作用下,橡膠球與管道內(nèi)壁相互摩擦,從而清除內(nèi)壁污垢。此方法快速簡單,造價成本極低。在整個洗刷過程中僅需通過PLC控制器設(shè)定橡膠球發(fā)射時間,達到定期清洗的目的,不需要人工操作,極大節(jié)省了人工成本[5]。

2.2.2 氣候補償技術(shù)

醫(yī)院的供熱與換熱系統(tǒng)由于設(shè)計條件達不到實際最佳轉(zhuǎn)換效率,造成室外空氣溫度常常高于設(shè)計溫度,如果醫(yī)院供暖系統(tǒng)不能夠根據(jù)環(huán)境溫度及時做出自動調(diào)節(jié),將導(dǎo)致供暖能力參差不齊,造成能源浪費。為實對內(nèi)部環(huán)境溫度的實時調(diào)節(jié),決定建立新型氣候補償系統(tǒng),實現(xiàn)各項二級管網(wǎng)的按需供暖。設(shè)定一定的室外空氣溫度值,使供暖系統(tǒng)啟動溫度補償。當二級管網(wǎng)的供水溫度開始下降時,說明室外空氣溫度高于設(shè)定溫度,溫度補償器開啟自動補償。例如,當計算出某一區(qū)域的室外供暖溫度為-6 ℃時,而室外空氣溫度為-5 ℃,空氣溫度補償器開始工作,當供熱室外空氣溫度達到設(shè)定溫度時,補償效果默認為最大,此時二次管網(wǎng)的供水溫度消耗能源達到最低。

3 經(jīng)濟性分析

3.1 節(jié)能改造效益估算

在節(jié)能改造措施基礎(chǔ)上分析方案效益,結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?改造后的年電費估計為334 000元,天然氣年費用為889 000元,節(jié)約用電約10%,節(jié)約天然氣約15%,分別節(jié)約33 400元和133 400元。

表3 節(jié)能改造效益估算

3.2 節(jié)能改造效益估算

結(jié)合改造效益估算值,進一步計算出燃氣、煤炭及二氧化碳排放量的減少值,如表4所示[6]。

表4 全年節(jié)能減排量預(yù)測

換算系數(shù):電力:3.45 Tce/10 000 kW·h;氣體:13.3 Tce/10 000 Nm3。

電力換算成標準煤:6.31×3.45=21.77 Tce;天然氣標準煤轉(zhuǎn)化率:5.58×13.3=74.21 Tce;標準煤總量:21.77+74.21=95.98 Tce。

節(jié)能二氧化碳減排量:6.31×104×0.997=62.9 t。

節(jié)氣二氧化碳減排量:5.58×104×2.69=150.1 t。

二氧化碳減排總量:62.9+150.1=213.0 t。

4 結(jié)論

以某醫(yī)院門診大樓暖通空調(diào)系統(tǒng)耗能為例,指出暖通空調(diào)耗能原因,通過計算冷卻水泵、冷凍水泵等設(shè)備的實際運行功率與額定功率,提出采用水泵變頻技 術(shù)、凝汽器結(jié)垢處理技術(shù)及氣候補償技術(shù)進行改造。預(yù)計整套投資36萬元,改造完成后每年可節(jié)約166 800元,節(jié)能率達25%左右。電力及天然氣節(jié)約量按照能源換算,節(jié)能量相當于95.98萬t標準煤的使用量,減少約213t的二氧化碳排放量。暖通空調(diào)改造可節(jié)約大量資金及能源,提升社會效益,為其他醫(yī)院改造提供借鑒。