溫濕度獨立控制空調系統在醫院改造項目中的應用分析

丁 燕

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溫濕度獨立控制空調系統在醫院改造項目中的應用分析

丁 燕

（悉地國際設計顧問有限公司 上海 200433）

通過實例介紹了基于溶液除濕方式的溫濕度獨立控制空調系統在醫院改造項目中的應用。重點說明了冷熱源的選擇，新風機組選型原則，末端干盤管供回水溫度的確定，以及在設計過程中需要重點關注的問題，并指出了溫濕度獨立控制空調系統在醫院改造項目中具有較好的經濟性和適用性。

溶液除濕新風機組；溫濕度獨立控制；醫院空調；節能

0 引言

隨著新的醫療技術對醫院建設標準要求的提高，同時為了更好的滿足病人對于就醫環境需求，全國各地都在對一些老舊醫院進行系統改造，改善醫療服務設施，提高醫技水平，從而更好地滿足社會需求。醫院屬于全年24小時運行空調的公共建筑，其空調耗電量往往會占總用電量的60%以上[1]，已經成為單位面積能耗最大的公共建筑之一，因此在進行醫院改造過程中，空調系統的設計既要滿足醫院環境舒適性的提升需求，同時也要考慮如何實現節能運行。與傳統空調系統形式相比，溫濕度獨立控制空調系統通過對溫度和濕度分別調節，較大程度地降低空調系統運行能耗，同時提高室內空氣品質，因此被越來越多地應用到醫院項目空調系統中。本文介紹了溶液除濕新風機組+干工況運行風機盤管系統在上海市某康復醫院改造項目中的應用，重點分析了冷熱源的選擇，新風量取值計算，溶液調濕新風機組的設計選型要點，室內末端干式風機盤管供回水溫度確定等問題。

1 溶液除濕溫濕度獨立控制空調系統的介紹

空調系統的濕負荷是冷負荷的重要組成部分，在夏熱冬冷地區的許多城市夏季平均相對濕度較高，傳統空調系統一般采用通過7℃低溫水的冷凝除濕方法除去室內潛熱和顯熱負荷，采用這種方式除濕要求冷源溫度低于空氣的露點溫度，使得本可以采用高溫冷源排走的顯熱負荷，卻與除濕一起共用7℃的低溫冷源進行處理，造成了能量利用品位上的浪費[2]。與此同時，冷凝除濕方式產生的潮濕表面成為霉菌等生物污染物繁殖的良好場所，使得醫院這類對于細菌病毒控制本來就有較高要求的場所嚴重影響室內空氣品質。溫濕度獨立控制空調系統能夠較好的解決上述問題，其系統運行的基本原理是：采用溶液除濕型新風處理機組獨立承擔室內所有的濕負荷，室內末端的風機盤管為干工況運行, 實現溫度、濕度的獨立控制。空氣處理過程見圖1。

圖1 空氣處理過程

2 工程概況

本工程位于上海市，原設計使用功能為辦公樓，改造后成為一所集康復，理療，教學，培訓等功能于一體二級康復醫院。總建筑面積19273.75m2，建筑高度為22.4m，其中地下一層為機動車停車庫，一層為住院大廳及康復理療區，二層為辦公區以及醫技區，三層至六層為病房區。醫院立面見圖2。

圖2 康復醫院立面圖

3 空調系統形式的確定

該項目規模屬于中小型建筑，同時又是改造項目，不具備增設大型機房的條件，為了簡化系統形式，因地制宜采用空氣源熱泵機組作為空調系統冷熱源。主機位于六層樓屋面。空調末端采用預冷型溶液除濕新風處理機組+干式風機盤管的系統形式，夏季工況下室外新風由空氣源熱泵機組提供高溫冷水（14℃/19℃）降溫除濕后，再進入溶液調濕單元進一步除濕，達到送風狀態點。冬季工況下，室外新風由空氣源熱泵機組提供的熱水（40℃/45℃）加熱后，再進入溶液調試單元，通過溶液與熱空氣接觸，溶液吸收空氣熱量而釋放水分，從而實現對新風的加熱加濕。空調水系統原理見圖3。

圖3 空調水系統原理圖

4 溶液調濕新風機組的設計選型要點

4.1 空調系統新風量的確定

由于現行國家規范沒有很細地規定醫院的新風量，大多數設計師都是參照賓館每人30m3/h的量計算，而實際上由于醫院的特殊使用性質，與其他類型的建筑相比，室內人員密集、異味較重，由于衛生清潔消毒所導致的室內產濕量較大，因此醫院建筑對新風的實際需求遠遠大于該數值。對于病房等人員相對穩定的房間新風量的確定可按照人員新風量計算，同時需要考慮人員數量的適當增加，對于大空間和診室等人員不確定的場所，新風量的確定可參考《綜合醫院建筑設計規范》（送審稿）相關規定按照換氣次數計算。

4.2 溶液調濕新風機組的設計選型

在溫濕度獨立控制空調系統中，新風量取值應該滿足以下兩者的較大值：

（1）滿足人員衛生要求的最低新風量。

（2）滿足除濕要求的新風量。

溶液除濕新風機組的送風濕度與室內濕負荷之間的關系為：

=-WG（1）

式中，為新風送風含濕量，g/kg干空氣；為室內設計含濕量，g/kg干空氣；W為室內總的濕負荷，g/h；為滿足人體衛生要求的最小新風量，m3/h；為空氣密度，kg/m3。

由式（1）先計算得到新風送風含濕量，若送風含濕量在溶液調濕新風機組的處理能力范圍之內，則直接選擇該風量的新風機組即可；若送風含濕量低于機組所能處理的參數范圍，則說明新風量無法滿足除濕要求，須適當增大新風量，再按式（1）重新計算送風含濕量直至達到機組送風參數范圍之內。

以三層標準病房層為例，室內設計參數為干球溫度25℃，相對濕度55%，室內空氣含濕量10.9g/kg干空氣。該層室內計算濕負荷為16.8kg/h，滿足人員衛生要求的總新風量為8630m3/h，試選2臺額定風量為4500m3/h的預冷型溶液調濕新風機組。根據式（1）校核滿足室內除濕要求的送風含濕量為9.44g/kg干空氣。根據相關設備廠家的技術資料，溶液調濕新風機組的送風參數范圍為：冷卻除濕工況7.0～12g/kg干空氣，除濕需求的送風含濕量在機組的處理范圍內，該新風量可滿足除濕要求，最后確定該病房層選擇2臺額定風量為4500m3/h的預冷型溶液調濕新風機組。醫院其他樓層區域空調新風系統計算方式與此類似。

5 末端干盤管供回水溫度的確定

采用溶液調濕新風系統，房間的濕負荷全部由新風機組承擔，室內末端風機盤管僅須處理室內顯熱負荷，因此可以實現盤管的干工況運行。干盤管供回水溫度的確定需要考慮多種因素，文獻[6]通過理論計算得出干盤管進水溫度可以低于風機盤管進風露點溫度2.5～3.5℃。文獻[7]通過理論計算及試驗研究認為干式風機盤管的冷水溫度可以比室內空氣露點溫度低2.5～6.5℃。而文獻[8，9]作者認為在盤管的表面溫度高于處理空氣的露點溫度的條件下，盤管無冷凝水出現，可實現干工況運行。因此，冷凍水進水溫度的確定一方面需要考慮滿足風機盤管干工況運行，防止出現冷凝水的要求，另一方面也要考慮充分利用風機盤管的冷卻能力，盡量減少干盤管的尺寸和造價。本工程空調室內設計參數為25℃，相對濕度55%，對應的空氣露點溫度為15.3℃，綜合兩方面因素，同時借鑒參考文獻研究的結論以及相關工程經驗，干盤管的供回水溫度取14/19℃，進水溫度低于室內空氣露點溫度1.3℃，基本可保證室內風機盤管干工況運行，同時又兼顧干盤管選型的經濟性。

6 設計注意事項

（1）空調系統設計過程中計算負荷時需要分別計算室內的顯熱負荷和濕負荷，以便于準確選用新風機組和末端盤管型號；冷熱源容量應按照室內總顯熱負荷為依據來進行選型。

（2）干式風盤的運行可提高送風溫度，使室內人員不易有吹冷風感，同時避免出現冷凝水，最大程度減少霉菌的滋生，改善室內空氣的品質，但選擇風盤時不能套用常規設備樣本提供的冷量計算盤管面積，需根據實際情況進行校核計算。還需要指出的是，雖然理論上干盤管運行時無冷凝水產生。但是，考慮空調系統啟動過程中室內濕度較大，新風機組可能存在的故障和檢修，以及部件接頭可能漏水等因素，干盤管機組仍應保留凝水盤以及冷凝水管的設置，從而最大程度保證系統運行的可靠性。

（3）有條件的情況下，新風機組應盡可能采用排風熱回收技術，利用鹽溶液（如LiBr或者LiCl)）在排風與新風之間傳遞能量，這樣既回收了排風的能量，又避免了新排風之間交叉感染的問題。

（4）溶液調濕新風機組由于設置有溶液調試段和再生段，機組體積較普通空調新風機組大，且必須落地安裝，因此在設計前期階段就應該充分考慮空調機房的面積，層高，荷載等需求。

7 結論

基于溶液除濕技術的溫濕度獨立控制空調系統在系統運行節能性方面具有很大的優勢，同時室內干盤管的設置對于抑制細菌等微生物滋生，提高室內空氣品質提供了有利條件，因此在醫院改造工程項目中具有廣泛的應用前景。

[1] 涂光備.醫院建筑空調凈化與設備[M].北京:中國建筑工業出版社,2005:260-262.

[2] 劉曉華,江億.溫濕度獨立控制空調系統[M].北京:中國建筑工業出版社,2006:52-55.

[3] 張桂榮,李敏霞,郝長生.溫濕度獨立控制在醫院建筑中的應用研究[J].建筑熱能通風空調,2008,27(4):37-39.

[4] 劉拴強,劉曉華,江億.溫濕度獨立控制系統在醫院建筑中的應用[J].暖通空調,2009,39(4):68-73.

[5] 張偉榮,曲凱陽.溶液除濕方式對室內空氣品質的影響的初步研究[J].暖通空調,2004,34(11):114-117.

[6] 倪美琴.風機盤管干工況時進水溫度的確定[J].制冷與空調,2006,(6):83-85.

[7] 殷平.“干盤管”誤解剖析[J].暖通空調,2008, 38(7):44-54.

[8] 萬建武,廖榮生.干工況風機盤管進水溫度的確定[J].廣州大學學報(綜合版),2001,(5):68-70.

[9] 沈列丞.對《“干盤管”誤解剖析》一文中4個問題的探討[J].暖通空調,2009,39(1):70-75.

[10] 齊紅霞,張華玲.重慶醫院空調室內濕度舒適性需求分析[J].制冷與空調,2013,27(4):415-416.

Analysis on Design of Liquid Desiccant based Temperature and Humidity Independent Control Air-conditioning System in a Hospital

Ding Yan

( CCDI GROUP’, Shanghai, 200433 )

Introduce a design of liquid desiccant based temperature and humidity independent control air-conditioning system in a hospital. The new air volume index, the dry coil design for recycle water temperature and other attention-worthy tips of the system are introduced in detail. At the same time this paper gives a concluding that the temperature and humidity independent control air conditioning is quite economical and applicable in hospital.

THIC; Liquid desiccant dehumidification; Air conditioning system in hospital; energy saving

1671-6612（2016）05-549-03

TU831

A

2015-08-27

作者（通訊作者）簡介：丁 燕（1977-），女，碩士，工程師，E-mail：ding.yan@ccdi.com.cn