醫院潔凈手術室四管制空調水系統冷熱源選擇

侯會芹

醫院潔凈手術室四管制空調水系統冷熱源選擇

侯會芹

（浙江省現代建筑設計研究院有限公司，浙江杭州310007）

醫院潔凈手術室對室內潔凈度、溫度、濕度要求較高，四管制水系統因具有負荷適應性高、調節靈活等優點，能較好的滿足手術室溫濕度的控制要求，在手術室建設中得到越來越多的應用。冷熱源是四管制水系統設計的關鍵因素。結合工程建設實例，給出四種冷熱源的型式，供設計人員參考。

空調水系統四管制；冷熱源；風冷熱泵；空氣源熱泵；多功能冷熱水機組

0 引言

手術室是醫院中對衛生要求高的房間，為了維持室內無菌，手術室的門窗要求密閉，在手術過程中，醫護人員往往連續工作幾個甚至十幾個小時，為給醫護人員營造良好的工作環境及保證手術成功率和效率，手術室常規采用潔凈空調，使室內溫度、濕度、空氣質量保持在合理范圍；由于目前大多手術部體量較大，又常設外走廊，手術室處于空調內區，特別在過渡季節，室外溫度降低，室內冷負荷減小，熱源濕負荷不變，熱濕比下降，為了保證送風溫度和濕度，空氣需先進行冷卻除濕降溫，再進行等濕加熱，整個過程同時需要冷量和熱量，所以可以考慮四管制系統[1]。在以往醫院建設中，由于四管制較二管制水系統的初投資和運行費用較高，四管制水系統僅在大型醫院中應用較多，很多中小型醫院選擇采用二管制，但四管制空調水系統具有對負荷適應性強，調節靈活，能滿足對溫濕度有不同需求的房間同時使用的優點，隨著市場上節能設備的推出，四管制系統投資和運營的成本降低，四管制也在越來越多的醫院建設中得到應用。

1 手術室潔凈空調的型式及熱濕處理過程

1.1 潔凈空調的焓濕處理原理

手術室空氣的冷熱處理過程基本是一（二）次回風系統，經預冷處理后的新風和回風混合后通過表冷器處理到機器露點，再加熱到送風狀態點后送入室內。夏季空氣處理過程在焓濕圖中表示如圖1所示：從圖中看出，室外新風從W點到W′點經過預冷處理，經處理的新風與室內回風混合至M點，再經表冷器處理至機器露點L，L經再熱至室內送風狀態點O。L至O點即夏季空氣處理的再熱過程，需要加熱處理的。

圖1 夏季空氣處理過程焓濕圖

圖2 空調系統原理圖

1.2 潔凈空調常用的空氣處理方式

選用潔凈型空調末端，機組內設置初效段+風機段+中效段+表冷/加熱段+再熱段+加濕段+出風段，在手術室末端設置高效保溫送風口。空調系統原理圖如圖2所示。

2 四管制空調系統概述

四管制系統內所有末端設備中同時配置冷、熱盤管，均獨立工作，四管制水系統中同時配置冷源及熱源，冷水和熱水同時獨立送至各末端設備，各末端設備可獨立選擇供熱或供冷模式，獨立控制溫度等參數。

3 常用四管制空調冷熱源的配置

醫院潔凈空調四管制系統運行已經多年了，冷熱源選擇關系著系統的投資、可靠性及節能性，是四管制系統運行的“心臟”，冷熱源的選擇常規主要有以下幾種型式。

（1）集中冷熱源+風冷熱泵。冷源：制冷季節冷源采用與大樓相同，由大樓冷凍機房供給7-12℃冷水供回水，過渡季冷源采用熱泵機組（另為潔凈空調配置熱泵機組），提供7-12℃冷水供回水；熱源：全年采用60-50℃熱水供回水，由醫院鍋爐房提供；此種型式適用于院區有冷凍機房、制冷季節大樓空調冷源能連續運行、設鍋爐房且鍋爐可全年運行的（中大型）醫院，此種冷熱源型式不受地理區位及氣候分區限制。

（2）集中冷源+風冷熱泵。冷源：制冷季節冷源采用與大樓相同，由大樓冷凍機房供給冷水，過渡季冷源采用熱泵機組（另為潔凈空調配置熱泵機組），提供冷水；熱源：全年熱源采用熱泵機組，供給45-40℃熱水供回水。此種型式適用于院區有冷凍機房、制冷季節大樓空調冷源能連續運行、冬季熱源無連續供給可能的醫院，此種方式適合于可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區。

（3）風冷熱泵。冷源：全年采用風冷熱泵機組，供給7-12℃冷水供回水；熱源：全年采用熱泵機組，供給45-40℃熱水供回水。此種型式適用于潔凈空調冷熱源獨立設置，可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區。

（4）多功能冷熱水機組。冷源、熱源：均為多功能冷熱水機組，可同時供給7-12℃冷水供回水及供給45-40℃熱水供回水。它的工作原理是利用冷熱量回收和綜合利用，多功能熱泵機組能夠在蒸發器獲得冷水的同時，從熱回收器獲得冷凝熱加熱熱水，不平衡部分通過輔助散熱排放，從而實現同時制冷和制熱，而只需輸入一份能源，變同時獲取冷量和熱量，大大降低了能耗[1]。此種型式適用于潔凈空調冷熱源獨立設置，可全年使用熱泵供熱的夏熱冬冷或夏熱冬暖地區。

四管制系統中由于全年（天）運行的需要，熱泵制冷及制熱的運轉環境溫度范圍有時與國標工況不同，選擇時應考慮當地的最高、最低室外溫度。空氣源熱泵熱水機屬于利用空氣能的節能產品，它廣泛地用于生產衛生熱水的供水領域，在手術室四管制系統中，熱負荷通常小于冷負荷，在這種情況下，第（2）、（3）條中制熱用的熱泵機組可以采用空氣源熱泵熱水機，它比常規熱泵機組具有更廣的環境運行溫度范圍，只是要求空氣源熱泵具有負荷連續調節功能，以滿足系統的熱負荷變化。

4 冷熱源的初投資及運行費用比較

四管制空調水系統由冷熱源、末端設備及水管路三部分組成，就同一項目而言，四管制空調水系統的投資及運行能耗比較取決于其冷熱源的設置。

以夏熱冬冷地區某省會城市三甲級醫院項目為例，共設潔凈手術室30間，其中I級手術室5間，Ⅱ級手術室8間，其它為III級及Ⅳ級手術室，潔凈空調夏季冷負荷為1510kW，夏季空調熱負荷（主要為潔凈機組再熱量）為350kW；冬季熱負荷為580kW，冬季冷負荷為350kW，過渡季節冷負荷為800kW，過渡季熱負荷為350kW。潔凈機組設于手術室上方的設備層，采用四管制空調水系統。對上述案例配置四種不同的冷熱源，進行投資及運行費用比較。

方案一：夏季冷源及冬季熱源均接自大樓冷凍機房，過渡季節及冬季冷源采用兩臺制冷量為407kW的風冷熱泵機組，過渡季節及夏季熱源設一臺換熱量為350kW的汽—水板換機組，熱源來自鍋爐房蒸汽；

方案二：夏季空調冷源接自大樓冷凍機房，過渡季空調冷源采用兩臺制冷量為407kW熱泵機組，全年空調熱源采用兩臺制熱量為305kW熱泵機組；

方案三：夏季及過度季空調冷源采用三臺制冷量為528kW熱泵機組（夏季開三臺，過渡季節開兩臺），冬季及過度季熱源采用兩臺制熱量為350kW熱泵機組；（夏季開一臺，冬季開兩臺）；

方案四：全年空調冷、熱源均采用三臺制冷（熱）量為528kW多功能冷熱水機組（夏季開三臺，制冷過渡季節開兩臺，制熱過渡季及冬季開一臺）。

以下列價格為基準計算各系統投資費用及運行能耗：水冷機組價格按515元/kW計，熱泵機組價格按858元/kW計，多功能冷熱水機組價格按1287元/kW，鍋爐設備按257元/kW計；電價以1元/度計，燃氣費以3.8元/m3計；運行時間：30間手術室，一年365d，每天平均10h，夏季4個月，冬季3個月，過渡季（制冷）4個月，過渡季（制熱）1個月；冷水機組COP按5.6W/W[1]計，制冷熱泵機組COP按3.0[1]計,制熱熱泵機組COP按3.7[12]計，多功能熱泵冷（熱）水機組COP按6.0[12]計；鍋爐效率按90%[1]計，燃氣熱值8400kcal/h·m3（9.8kW/m3）。計算結果見表1。

表1 四管制冷熱源初投資及運行費用萬元

經比較，就投資而言：方案四投資最高；方案二因配置了夏季冷水機、全年制熱及過渡季節制冷熱泵，初投資也較高；方案三居初投資第三位；方案一因與大樓冷熱源共用較多，初投資最低；方案四較方案一投資增加約18%，方案四較方案二及方案三投資高約4%。

運行能耗方面：方案四因機組冷熱水聯產運行，COP值大大提高，全年運行費用最低；方案一與方案二因機組設置在制熱系統熱源方面有差異，方案一為燃氣，方案二為耗電，方案一較方案二高，說明冬季燃氣較耗電運行費用高；運行費用最高的是系統方案三，主要是因為在制冷方面，熱泵的COP值大大低于冷水機組，造成全年運行費用較高；方案四較方案一及方案二運行費用低約30%-40%，較方案三節能約60%，方案四較方案一增加的投資，可在1a內回收。

很明顯，從投資及運行成本綜合考慮，方案四較其它系統有較大的優勢，這主要歸功于多功能冷熱水機組充分利用能量回收，較大幅度地提高了COP值，降低了機組的運行能耗，在有利于其運行的夏熱冬冷及夏熱冬暖地區醫院四管制系統中，有較高的推廣利用價值。

5 結語

為給廣大醫護工作者及病人提供舒適良好的工作及就醫環境，手術室四管制水系統因其負荷適應性好，對室內溫濕度調節性能保證性高等優點，必將得到越來越廣的應用。在四管制冷熱源選擇方面，應結合醫院建設條件、使用靈活性、節能性、運行可靠等方面的因素，經經濟技術比較后確定，在大力提倡節能減排、建設綠色醫院的今天，醫院建設者們應盡量選擇節能、環保、運行費用低、可靠性高的設備，多功能冷熱水機組應用于手術室四管制空調冷熱源，可同時供給四管制系統的冷水及熱水，由于利用了熱回收技術，在同時供冷和供熱時冷熱綜合能效比可達6.0[12]以上；與四管制系統中均利用熱泵機組（COP為3.0）作為冷源及熱源的情況相比，有著2倍的節能效果，具有較高的推廣運用價值。

[1]GB50189-2015，公共建筑節能設計標準[S].

[2]GB50333-2013，醫院潔凈手術部建筑技術規范[S].

[3]GB51039-2014，綜合醫院建筑設計規范[S].

[4]DB33/1092-2016，綠色建筑設計標準[S].

[5]GB/T51153-2015，綠色醫院建筑評價標準[S].

[6]路延魁.空氣調節設計手冊[M].2版.北京.電子工業部第十設計研究院、中國建筑工業出版社.1995.

[7]全國民用建筑工程設計技術措施暖通空調.動力2009[S].

[8]陸耀慶.暖通空調設計指南[M].1版.北京.中國建筑工業出版社.1996.

[9]許鐘麟.沈晉明.空氣潔凈技術應用[M].1版.北京.建筑工業出版社，1989.

[10]管德賽.張為.論醫院潔凈手術室空調四管制的優越性[J].潔凈空調技術，2012，73（1）：42.

[11]陳尹.醫院手術室空調水系統四管制的探討[J].綠色建筑，2014，（5）.

[12]Q/（GZ）K LX N Y 1-2010.多功能熱泵冷（熱）水機組[S].企業產品標準.2010.

修回日期：2016-12-27

數據中心能效國家標準正式發布

2016年9月20日，國家標準《數據中心資源利用第3部分：電能能效要求和測量方法》正式發布。標準號為GB/T32910. 3-2016。該標準是在國家標準化管理委員會和工業和信息化部的共同指導下，由全國信標委信息技術與可持續發展分技術委員會具體歸口管理，由中國電子技術標準化研究院牽頭，在國家機關事務管理局、國家能源局、清華大學、武漢大學、國家發改委能源研究所、國家電網信息通信分公司、中國移動、浪潮、華為、科計通等幾十家單位和部門歷時3年的編制驗證最終制定完成。

該標準對電能使用效率（EEUE）的測量、計算方法進行了統一的規定，明確提出我國數據中心電能能效要求，將數據中心按其電能使用效率值的大小分為節能、較節能、合格、較耗能、高耗能共5級。同時，此標準中在充分結合我國國情的基礎上，為補償系統差異考慮數據中心采用制冷技術、使用負荷率、安全等級、所處地域不同產生的差異而制定了能耗效率值調整模型。通過該調整模型可以實現進行不同數據中心的比較，從而形成全國范圍內數據中心能效的統一比對標準。此次制定的調整模型不僅在國內處于領先，在國際上也具有原創性。

該標準的發布為推動我國數據中心行業的綠色健康發展奠定了基礎。

（摘自“慧聰空調制冷網”）

Choice of the Cold and Heat Source for Four-pipe Water System of the Hospital Clean Operating Room

HOU Hui-qin
（Zhejiang Moden Architectural Design＆Research Institute Co.，Ltd，Hangzhou 310007，China）

The hospital clean operating room has the higher requirem ent on indoor cleanliness、tem preture and m oisture,the four-pipe-water system has been increasingly applied in the operating room construction because ofits high load adaptability、good accom m odative facility and can be better satisfied the clean operating room’s controlrequirem ent. The cold and heatsource is the key factor ofthe four-pipe-water system.The article com bines the engineering constuction exam ples,suppliesfourtypesofthe cold and heatsources,and hopesto give som e referencesto the designers.

four-pipe w ater system；cold and heat source；air cooled heat pum p；air sourceheat pum p；m ultifunction cold hot w ater unit

TU 831.3+6

B

2095-3429（2017）01-0082-04

2016-11-16

侯會芹（1974-），女，河北人，本科，高級工程師，從事暖通空調設計工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.020