醫院凈化空調系統中全熱交換器的應用研究

沈衛國

（湖州市第一人民醫院，浙江 湖州313000）

0 引言

目前醫用凈化空調系統已經普及，用于在醫院建設凈化手術室和凈化病房來改善醫療環境。所有凈化系統都存在新風量大的設計要求，工程在竣工投入使用后將產生巨大的運行成本，其中60%以上是新風冷熱預處理能耗。為了實現節能降耗的要求，需要在工程建設中應用熱回收技術，即在醫院凈化空調系統中設置空氣熱交換器，這對實現工程經濟效益與社會效益具有重要意義。

1 全熱交換器概述

1.1 特點

（1）雙向交換。通過雙向通風可以將經過過濾的室外空氣輸送入室內，并且也可以將室內污濁的空氣排出室外，進而徹底改變室內空氣流通不暢以及污染嚴重的局面，從而創造出更為舒適的環境。

（2）降低能耗。利用室內排出的空氣冷（熱）量對新風進行預處理，在提供舒適溫度空氣的同時完成能量的回收，進而降低系統運行中產生的能耗。

（3）提高空氣質量。通過在建筑空調凈化系統中應用全熱交換器，通過向室內輸送過濾后的空氣，持續不斷地改變室內空氣質量，并且可以有效調節室內空氣溫度，確保室內人員的身心健康。

1.2 工作原理

如圖1所示，全熱交換器是一種具備高效節能特點的空調通風裝置，主要是利用室內、外空氣的溫差及濕差，通過能量回收機芯良好的換能特性，在雙向置換通風時產生能量交換，以此種方式使新風有效獲取排風中所含有的能量，進而節約新風處理過程中所產生的能耗，達到節能換氣的效果。全熱交換器的機芯主要由兩組離心式風機葉輪及與其相連接的換熱器組成，在設備運行時換熱器處于高速旋轉狀態，通過高速旋轉產生的離心力，外加兩端離心式風機葉輪所產生的負壓引起的軸向力，兩種力相互作用使得空氣雙向流動并強制換熱。全熱交換器通道內氣流會多次與機壁產生碰撞，通過破壞機壁上的駐點，實現熱交換率的提高。

圖1 全熱交換器工作原理示意圖

2 全熱交換器在醫院凈化空調系統中應用的意義

目前，室內新風供應量不足以及換氣次數不夠等是各類建筑最為常見的現象，在已經投入運營的多功能建筑中，為了降低能耗使得新風量達不到標準要求，就會造成建筑內的空氣含有有害氣體以及多種污染物，凈化空調系統不能及時對其進行合理的稀釋與置換。隨著室內空氣內有害污染物的顯著增加，室內空氣品質逐漸劣化，對室內的人員等造成不良影響。尤其是醫院這種特殊場合，對凈化空調系統的要求更為嚴格，需要及時對空氣進行置換，因此必須保證建筑內新風量。隨著經濟的發展，凈化空調系統被越來越多地應用到醫療救治中，但是由于醫療建筑的特殊性，系統投入使用后需要常年運行，并且凈化系統空間均為密閉性優良的建筑結構，受房間壓差、人員數量以及衛生等要求所限，凈化系統的新風量比普通空調系統要大很多，在新風冷熱處理上將耗損更多能量。為了響應國家的節能降耗政策，可在醫院凈化空調系統中應用全熱交換器等設備來降低新風預處理能耗，這對實現建筑的經濟效益與社會效益具有重要影響。

3 全熱交換器選型及安裝分析

3.1 設備選型

在選擇全熱交換器時，對于房間所需新風量的確定應該以房間空間大小以及房間內人數為依據，即以每人所需新風量和房間新風換氣次數來計算所需新風量數值，然后選取二者中較大值作為設備選型依據。例如一間病房面積S＝30 m2，凈高h＝3 m，人員n＝3人，如果按照每人所需新風量計算，確定每人所需新風量q＝50 m3/h，則所需新風量為Q1＝nq＝3×50＝150 m3/h。如果按照房間新風換氣次數計算，將房間新風換氣次數定為p＝2.03次/h，則新風量Q2＝p Sh＝2.03×30×3＝182.7 m3/h，由于Q2＞Q1，因此在確定設備機型時以Q2為依據，即182.7 m3/h為設備選型參數。

3.2 設備安裝

在確定好設備型號后，需結合建筑實際要求選擇合理的安裝方式及位置，確保整個安裝過程簡單化。其中要求尤為注意合理布置安排系統氣流組織，不斷提高新風利用率與室內換氣效率。在確定設備安裝方式以及位置時，還需要加強對各方面的綜合研究，如建筑物結構對通風方案設計的影響、建筑物內部裝修對通風方案設計的影響以及協調解決室內消防、照明等各種功能性設備等因素影響。

4 全熱交換器應用實例

4.1 工程概況

下面以江蘇省某醫院舊病房大樓凈化手術室改造工程為例進行分析。對凈化手術室進行改造施工時，必須依照國家規定來進行。因為改造大樓與醫院新建綜合大樓距離較近，并且新建大樓內凈化空調系統排風量相對較大，因此可以利用新樓凈化空調系統排風作為改造大樓凈化手術室全熱交換器新風的冷熱源。

4.2 實際應用

根據實際確定需要改造的樓層手術室所需新風量為5 500 m3/h，由此可以計算出夏季時手術室所需冷量為70 k W，冬季時所需熱量為23 k W。新建綜合樓的凈化空調系統排風量為7 500 m3/h，夏季排風狀態點理論上為22℃/50%，冬季排風狀態點理論上為20℃/55%。如果選擇利用全熱交換器對這些空氣與改造樓手術室新風進行熱交換，則可在原基礎上降低很多能耗。計算如下：

（1）綜合樓凈化空調系統排風量為7 500 m3/h，改造樓手術室新風量為5 500 m3/h，根據實際新風量確定采用AHE－800L空氣/空氣全熱交換器，此設備全熱交換效率為72%。

（2）夏季可回收冷量為：70 k W×72%＝50.4 k W；冬季經過全熱交換器處理后新風焓值為5.16 kJ/kg，新風焓值與室外狀態點焓值相比提高了13.48 kJ/kg，因此冬季可以降低能耗35 k W。

5 結語

在國家號召節能降耗的大背景下，凈化空調系統需要針對其能耗大的特點進行改造。醫院對室內環境的空氣凈化程度要求嚴格，故可通過應用全熱交換器，在滿足凈化空調系統新風量要求的基礎上，減少新風冷熱預處理的能耗，從而很好地實現經濟效益與社會效益的共同提高。

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